王佳萍
(甘肅省平?jīng)鰴C電工程學(xué)校,甘肅 平?jīng)?744000)
船舶作為水上重要的交通工具,常年工作在海上,受到高鹽環(huán)境的侵蝕,因此對船舶上各金屬部件的抗腐蝕性有著極高的要求?;谏鲜霰尘埃瑸楸Wo船舶上金屬部件,進行物理防腐是常見的一種手段。物理防腐是指在金屬材料的表面涂上一層防護層,以避免海水與金屬材料直接接觸,從而達到防腐蝕的目的[1]。目前,物理防腐手段多樣,如何選擇成為一道難題?;诖耍瑸樘骄坎煌饘偻繉拥姆栏阅?,本文將不同的涂層噴涂到同一種金屬材料上,并通過腐蝕模擬試驗,探究其防腐性。
低碳鋼是一種碳含量低于0.25%的碳素鋼,是船舶上大部分金屬部件的組成材料[2]。該種材料抗腐蝕性能較差,故而選擇該材料作為各種涂層防護對象。本實驗中選擇的低碳鋼為Q235,將其裁剪成80mm×30mm×3mm 的規(guī)格,組成5 組試件基體材料,如下圖1 所示。
圖1 試件基體材料規(guī)格
本實驗中選擇的金屬涂層材料有三種鋅涂層、鋁涂層、鋅鋁涂層,其規(guī)格如下表1 所示[3]。
表1 金屬涂層材料規(guī)格表
本次試驗中所涉及到的儀器設(shè)備,具體信息,如表2 所示。
表2 試驗儀器設(shè)備
在這里,選擇電弧噴涂技術(shù)在試件基體材料上噴涂鋅涂層、鋁涂層、鋅鋁涂層三種材料,具有質(zhì)量高、效率高、成本低等優(yōu)點[4]。具體過程如下:
步驟1:試件基體材料表面預(yù)處理,包括凈化處理和粗化處理兩部分。前者通過鹽酸多巴胺、乙醇等試劑去除試件基體材料表面存在的污垢,后者通過射吸式噴砂系統(tǒng)增加表面粗糙度,以便增加噴涂材料與試件基體材料的摩擦力,使得二者更加貼合[5]。
步驟2:電弧噴涂設(shè)備選擇。選擇DPT303 電弧噴涂裝置進行噴涂。該設(shè)備設(shè)置的噴涂工藝參數(shù)如下表3 所示。
表3 電弧噴涂工藝參數(shù)
步驟3:涂層的機械加工。在噴涂層干燥之后,對其表面進行機械加工,使得涂層外觀應(yīng)均勻一致。
噴涂結(jié)束后,得到三組試件。本章節(jié)就利用這三組試件進行涂層腐蝕試驗,即將三組試件分別放入同樣的高鹽環(huán)境中,然后記錄相關(guān)數(shù)據(jù),以判斷涂層對于低碳鋼的防腐性能。具體過程如下:
步驟1:制作試驗中所需要的高鹽環(huán)境。該環(huán)境在海水水質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上進行調(diào)整,使得水中鹽度更高。高鹽環(huán)境具體參數(shù)如下表4 所示。
表4 高鹽環(huán)境參數(shù)表
步驟2:將三組試驗樣品放置到所制備的高鹽環(huán)境中,在高鹽環(huán)境下放置7 個小時,室內(nèi)溫度設(shè)置為50℃。
步驟3:放置7 個小時撈出,使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡,針對試驗樣品進行顯微檢測,通過在納米尺度上觀察樣品中的大分子結(jié)構(gòu)。此外,利用透射電子顯微鏡,針對掃描電子顯微鏡中無法觀察到的細部結(jié)構(gòu)進行二次觀察。
步驟4:將三組樣本表面的腐蝕產(chǎn)物去除掉,然后放入無水酒精中,取出經(jīng)過干燥箱干燥后,放入干燥皿中冷卻至室溫,然后再進行稱重,最后利用失重法計算試樣的腐蝕速度,計算公式如下:
式中,v 為腐蝕速度(g/m2.h);x0、x1分別為試樣腐蝕前后的質(zhì)量(g);s 為試樣表面積(m2);t 為腐蝕時間(h)。
利用顯微鏡觀察腐蝕試驗后的三組試驗樣本的微觀組織結(jié)構(gòu),其特征如下表5 所示。
表5 涂層組織結(jié)構(gòu)特征表
利用公式(1)計算不同防護涂層的腐蝕速度,計算結(jié)果如下圖6 所示。
表6 不同防護涂層的腐蝕速度統(tǒng)計結(jié)果
從表6 中可以得出如下結(jié)果:①三組樣本中,鋅涂層試件腐蝕速度最快,其次是鋁涂層試件,最后是鋅鋁涂層試件。②三組樣本腐蝕速度均呈現(xiàn)先增長后下降的規(guī)律。
通過章節(jié)4 涂層組織結(jié)構(gòu)特征和腐蝕速度兩個方面總結(jié)出鋅鋁涂層的防腐性能要好于鋅涂層和鋁涂層的防腐性能。其主要原因在于兩種涂料結(jié)合在一起實現(xiàn)了優(yōu)勢互補,因此防腐性能有了極大改善。
本文通過試驗的方式,驗證不同物理防腐涂層對于金屬材料的防腐作用。通過驗證,在三種防腐材料中,鋁涂層的防腐性能最好。然而,本文同樣存在不足之處,主要表現(xiàn)為選用的試件基體材料僅為1 種,因此得到的結(jié)果存在一定的局限性,因此針對這一點,在未來針對此方面的研究中需要加以補足。與此同時,還需要對涂層材料種類進行優(yōu)化設(shè)計,以此為提高金屬材料綜合性能提供建議。