海洋環(huán)境中滲鋅層和鋅鉻涂層的耐蝕性研究

李瑞平

摘要：為了驗(yàn)證鋼鐵滲鋅涂層和鋅鉻涂層的耐蝕性，通過(guò)采取中性鹽霧試驗(yàn)、電化學(xué)阻抗試驗(yàn)和極化曲線的方法對(duì)兩者進(jìn)行試驗(yàn)，雖然兩者都有較強(qiáng)的耐蝕性，但鋅鉻涂層的耐蝕性更強(qiáng)，具有統(tǒng)計(jì)意義，尤其是對(duì)表面進(jìn)行封閉處理提高耐蝕能力后，性能更加優(yōu)越，所以鋅鉻涂層值得推廣。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境;滲鋅;鋅鉻涂層;耐蝕性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10. 15913/j .cnki.kjycx.2019.09.028

目前，提高船舶抗腐蝕能力最常用的方法就是將滲鋅鍍層運(yùn)用到船舶制造當(dāng)中，但滲鋅鍍層對(duì)于海洋環(huán)境中的鹽霧耐蝕性不足，無(wú)法對(duì)船舶進(jìn)行有效保護(hù)。鋅鉻涂層較好地解決了滲鋅鍍層的問(wèn)題，能夠適應(yīng)海洋環(huán)境中的各種氣候，尤其是解決了鹽霧的腐蝕問(wèn)題，雖然鋅鉻涂層的空隙大，但是運(yùn)用封閉處理，兩者相互協(xié)調(diào)大大提高了耐蝕性能[1]。

1 試驗(yàn)方法

1.1 預(yù)處理

首先選取船舶制造常用的螺栓螺母（直徑15 mm、螺距2.5 mm、長(zhǎng)度60 mm）分為五組，分別為對(duì)照組（無(wú)處理），試驗(yàn)組1（滲鋅組），試驗(yàn)組2（鋅鉻涂層組），試驗(yàn)組3（滲鋅+鋅鉻涂層組），試驗(yàn)組4（滲鋅+鋅鉻涂層+有機(jī)封閉涂層組），進(jìn)行表面除銹和除雜。將螺栓和螺母分別在浸泡8%的Na2C03和6%的NaOH溶液中5min和20 min，再浸入5%HCl溶液中15 min去除鐵銹，運(yùn)用無(wú)水乙醇干燥處理。

1.2 滲鋅處理

將螺栓與螺母置于滲鋅爐中，加入滲鋅劑，在400℃溫度下恒溫轉(zhuǎn)速60 r/min處理4h，再逐漸冷卻至室溫。

1.3 鋅鉻涂層處理

嚴(yán)格按照鋅鉻涂層制作工藝進(jìn)行涂層的制備，然后將螺栓與螺母浸泡在鋅鉻涂層制劑中80℃恒溫烘烤1O min，烘烤途中要利用自動(dòng)提拉機(jī)對(duì)螺栓與螺母進(jìn)行提拉，提拉過(guò)程中一定要保證螺栓與螺母全部浸潤(rùn)到涂層制劑當(dāng)中，烘烤結(jié)束后300℃煅燒30 min。

1.4 性能觀察指標(biāo)

參照《鋅鉻涂層技術(shù)條件》（ GB/T 18684-2002），對(duì)涂層完整度及結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)螺栓與螺母表面涂層的脫落情況，依次從完全脫落到無(wú)脫落分為五級(jí)，對(duì)涂層強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

1.5 外觀和耐腐蝕性

對(duì)于螺栓與螺母的外觀，主要通過(guò)顏色和表面的完整度進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也分為五級(jí)：等級(jí)1，表面銀白，表面無(wú)缺陷;等級(jí)2，表面銀灰，表面極少缺陷;等級(jí)3，表面灰色，表面較少缺陷;等級(jí)4，表面灰黑，表面較多缺陷;等級(jí)5，表面黑色，表面較多缺陷。

2 結(jié)果與討論

2.1 電化學(xué)阻抗譜測(cè)試

給樣品施加一個(gè)小振幅的交流電信號(hào)，運(yùn)用精細(xì)電流表與電壓表測(cè)量不同樣品的電壓與電流，計(jì)算出在正弦頻率下電信號(hào)各個(gè)樣品的阻抗（電壓/電流）的變化，通過(guò)樣品的阻抗變化間接得出樣品腐蝕情況。

將五組樣品浸泡在海水中（滅菌處理、排除微生物影響）1 680 h，觀察到各組樣品的容抗弧半徑先增大后減小，是由于腐蝕進(jìn)行到樣品內(nèi)部，當(dāng)腐蝕進(jìn)行到一定程度后，樣品表面連續(xù)性缺失。

由于對(duì)照組腐蝕過(guò)于嚴(yán)重，已經(jīng)無(wú)測(cè)量意義，因此，只對(duì)試驗(yàn)組進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)組1只有單純的Zn保護(hù)，抗腐蝕性差，變化速度快;試驗(yàn)組2變化較慢，隨著腐蝕的進(jìn)行，變化速度穩(wěn)定，這是由于腐蝕形成的氧化物阻斷了銹蝕向內(nèi)部的深入;試驗(yàn)組3與試驗(yàn)組2情況一致;試驗(yàn)組4的容抗弧半徑較其他三組大大增加，間接說(shuō)明試驗(yàn)組4的腐蝕性能最佳，各組具體情況如圖1所示。

通過(guò)電化學(xué)阻抗試驗(yàn)結(jié)果可以看出，滲鋅鍍層的防護(hù)性能是試驗(yàn)組中效果最差的，而且與其他三組差距十分明顯，而試驗(yàn)組2與試驗(yàn)組3結(jié)果一致，主要是由于鋅鉻涂層的存在，當(dāng)時(shí)間超過(guò)1 000h后，滲鋅鍍層的防護(hù)效果已經(jīng)完全消失，主要是由鋅鉻涂層發(fā)揮作用;試驗(yàn)組4由于有機(jī)封閉層的防護(hù)作用，將滲鋅+鋅鉻涂層表面的孔隙完全堵塞，大大加強(qiáng)了涂層的防護(hù)作用，在試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，樣品未受腐蝕，容抗弧特性未發(fā)生變化。

2.2 中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)比

將三組螺栓與螺母分別置于中性鹽霧試驗(yàn)裝置中，模擬海洋環(huán)境（5 .5%NaCl、pH-6.8），讓鹽霧附著在螺栓與螺母表面，進(jìn)行腐蝕。試驗(yàn)共持續(xù)1 680 h，試驗(yàn)過(guò)程中要密切關(guān)注螺栓與螺母的變化，每隔一定周期進(jìn)行拍照，記錄變化。另外要注意的是，要記錄每組螺栓與螺母出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間，以便后續(xù)的評(píng)級(jí)。對(duì)照組首次出現(xiàn)腐蝕時(shí)間24h;試驗(yàn)組1，120h;試驗(yàn)組2，1 200h;試驗(yàn)組3，1 200h。 從中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果看出，無(wú)任何涂層保護(hù)，螺栓與螺母首日便出現(xiàn)腐蝕，且腐蝕情況嚴(yán)重;滲鋅組腐蝕速度較無(wú)鍍層組慢，較鋅鉻涂層組快，兩者差異明顯，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;鋅鉻涂層與滲鋅+鋅鉻涂層處理，兩組樣品出現(xiàn)腐蝕時(shí)間相同.情況接近;滲鋅+鋅鉻涂層+有機(jī)封閉涂層組樣品，在試驗(yàn)周期1 680 h內(nèi)仍未出現(xiàn)腐蝕，狀況良好。

2.3 動(dòng)電位極化曲線測(cè)試

在進(jìn)行動(dòng)點(diǎn)位極化曲線測(cè)試前，將各組樣品按照電化阻抗譜試驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行處理。動(dòng)點(diǎn)位極化曲線測(cè)試的原理是使電解質(zhì)和溶液在場(chǎng)力的作用下發(fā)生移動(dòng)，密度高的離子由于受到的力更大，比密度小的離子移動(dòng)快，在滑移面形成電動(dòng)點(diǎn)位，可以用來(lái)分析金屬的腐蝕情況。通過(guò)對(duì)各組試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)和制作表格，清楚地看出各種樣品的腐蝕情況?？傮w來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)組4的動(dòng)電位極化曲線出現(xiàn)變化時(shí)間最長(zhǎng)，而試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3動(dòng)電位極化曲線變化速度最快。出現(xiàn)這些差異的原因主要是試驗(yàn)組4擁有最低的自腐電位，而且擁有表面涂層的保護(hù)，可以看出試驗(yàn)組4的防腐蝕性能最好。

3 結(jié)論

鋼鐵制品在海洋環(huán)境中受腐蝕速度較陸地環(huán)境更快，進(jìn)行鍍層或涂層保護(hù)能延緩鋼鐵的腐蝕速度。滲鋅鍍層具有一定的耐蝕性能，在海洋環(huán)境中能明顯延緩鋼鐵的腐蝕速度和程度，但是對(duì)于中性鹽霧的防護(hù)性能較差，不能對(duì)鋼鐵進(jìn)行有效保護(hù)。鋅鉻涂層的耐蝕性較滲鋅鍍層好，對(duì)腐蝕速度的延緩十分明顯，而且對(duì)中性鹽霧環(huán)境也有一定的抵抗力，但是防護(hù)時(shí)長(zhǎng)仍不足。對(duì)鋅鉻涂層增加有機(jī)封閉涂層，二者相互協(xié)調(diào)，能大大增加涂層的防護(hù)效果。

鋅鉻涂層與有機(jī)封閉涂層配合使用，耐腐蝕性最強(qiáng)，能大大降低船舶的消耗，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]包勝軍，周萬(wàn)紅，唐革新，等.達(dá)克羅和滲鋅在橋梁支座錨固螺栓上的應(yīng)用[J].涂料工業(yè)，2013，43（2）： 65-67.

[2]朱孝培，趙麥群，高輝，等.緊固件的機(jī)械能助滲鋅一低鉻達(dá)克羅復(fù)合防護(hù)技術(shù)[J].電鍍與涂飾，2017，36（ 23）： 1260-1264.