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热喷涂鋅-铝合金涂层对钢结构防护性能研究

文档作者：萧以德1 付志勇2 萧彧星3 周学杰1 伍建华1 张三平1 文档来源： 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀		点击数：	更新时间： 2025年09月30日
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上一篇：溶胶-凝胶涂层在镁合金腐蚀防护应用中的…

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􀀀 概况
材料的腐蚀破坏不仅给各国国民经济带来巨
􀀀大损失 也给人类有限的资源造成极大的消耗与浪
􀀀􀀀􀀀􀀀费 与此同时 还严重污染环境1 􀀀在基础设施建设
􀀀􀀀􀀀和设备加工制造中 出于安全 可靠 节材和节能方
􀀀􀀀面考虑 我国已提出全寿命成本分析概念 并对一
些重要基础设施提出了设计寿命10 0 -120 年的长
􀀀􀀀寿命设计要求 因此 对于钢结构的长寿命免维护
􀀀防护技术也越来越重视
􀀀􀀀􀀀􀀀曾在世界45 个地区的不同大气环境类
􀀀型开展了钢与金属锌板的大气曝晒腐蚀试验 获得
􀀀􀀀了两种材料的大气腐蚀速率数据1 􀀀􀀀数据显示 在美
􀀀􀀀国和加拿大城市 乡村大气环境下 碳钢的腐蚀速
􀀀􀀀􀀀度平均为锌腐蚀速度 16 倍 而在美国 加拿大 英
􀀀国的工业大气环境下 碳钢的腐蚀速度平均为锌的
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀20 倍 在海洋大气环境下 则为 4 倍 由此可见
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀金属锌 铝在大多数自然环境 大气 水 土壤 下具
􀀀有较高的化学稳定性 并且还可为钢铁提供优良的
􀀀􀀀电化学保护性 采用锌 铝制得的涂层作为钢基构
件制品的防护涂层被普遍认为是一种价廉而有效
􀀀􀀀的方法 因而被广泛应用于各行业 在美国作为涂
(镀) 层使用的锌的用量占其每年总消耗量的40 %
以上􀀀2-3 􀀀􀀀􀀀自上世纪 30 年代以来 采用热喷涂技术所获
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀得的喷 喷 涂层便成功地用于桥梁大型钢结
􀀀􀀀构的高效 长寿命防护 其保护寿命可高达数十年
􀀀􀀀而毋须进行维修4 􀀀􀀀随着材料科学发展 近 30 年国
􀀀􀀀􀀀􀀀外又开展了 - 合金涂层技术的研究 􀀀5 ,6 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀-
􀀀合金涂层在自然环境中的耐蚀性既接近铝涂层 而
􀀀电化学性能又与锌相同 因此其对钢的保护效果比
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀单纯的锌 铝涂层更佳 国内热喷涂 - 合金涂
􀀀层的相关研究还不是很多 但近几年却已渐渐受到
􀀀􀀀􀀀重视 并逐渐在桥梁 水利等工程建设中获得应用
􀀀取得较好的效果 本文采用在我国典型大气环境下
的户外暴露腐蚀试验以及实验室条件下的中性盐
雾加速腐蚀试验和电化学方法等手段研究讨论了
􀀀热 喷 涂 鋅 铝 合 金 涂 层 对 钢 结 构 防 护 性 能 研 究
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀S􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀-15 A
萧以德1 付志勇2 萧彧星3 周学杰1 伍建华1 张三平1
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀X􀀀- 1;F - 2;X - 3; X - 1; S - 1
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀1􀀀􀀀.􀀀武􀀀汉􀀀材􀀀􀀀料􀀀保护研究所 W R I M P ;W 430030
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀2. 尼􀀀􀀀􀀀欧􀀀联􀀀􀀀宁波􀀀磁性材料有限公司 N N C .,L ;N
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀3.武汉海军工程大学 N U E ;W 430033
摘要􀀀 在铝含量对锌-铝合金涂层耐蚀性能影响研究基础上􀀀通过我国典型自然大气和海水􀀀淡水环境下的曝露
􀀀􀀀􀀀􀀀腐蚀试验􀀀获得热喷涂 -15 合金涂层在不同大气环境下 1􀀀2􀀀4 年大气腐蚀数据􀀀并与同时进行试验的传统热
􀀀􀀀􀀀􀀀喷涂 􀀀 涂层进行了对比􀀀 在实验室条件下采用中性盐雾加速试验方法和电化学方法􀀀比较了三种涂层的耐蚀
􀀀􀀀􀀀􀀀性及其􀀀对􀀀钢基􀀀􀀀构件的电化学保护性能􀀀研究发现􀀀与热喷涂 􀀀 涂层相比􀀀 -15 合金涂层对钢基金属既具有
􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂 涂层优􀀀良􀀀电化􀀀学􀀀保护特点􀀀又具有热喷涂 涂层的高耐蚀特点􀀀 目前热喷涂 -15 合金涂层已开始
在国家水利􀀀桥梁等重点基础设施建设项目中获得应用􀀀
关键词􀀀热喷涂金属涂层防护性能
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀中􀀀图分􀀀类号􀀀 512.2 文献标识码􀀀 文章编号􀀀1003- 5(2010􀀀0 -004 -0
试验与研究
􀀀4
编号1 2 3 4 5 6 7
􀀀􀀀􀀀A % ( ) 0 5.4 9 .2 16.5 20 . 9 25.2 10 0
􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂 - A 合金涂层耐蚀性能和电化学性能 并
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀与传统的热喷涂 A 涂层进行了比较
􀀀 试验
2.1试样
􀀀(1) 试样基材及尺寸
采用20 # 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀碳钢作为试样基材 10 0 50 3
􀀀(特殊要求除外)
(2) 热喷涂涂层材料
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀按 B 9 79 3 选择锌 铝及 - 15A 丝作热喷
􀀀涂材料
(3)热喷涂涂层的涂覆
􀀀喷涂金属前 按相关标准要求对基体表面进行
􀀀􀀀􀀀􀀀严格除油 清洗 喷砂等表面处理 使表面清洁度
􀀀粗糙度达到规定要求 然后采用电弧喷涂工艺进行
􀀀金属喷涂
2.2 试验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀采用以下试验方法 研究了热喷涂 A 及
􀀀􀀀􀀀􀀀- A 合金涂层耐腐蚀及电化学保护性能
(1)我国典型大气环境下的户外大气曝露腐蚀
试验
􀀀本文选择了在我国青岛 海南的万宁和武汉三
个典型大气环境下开展了热喷涂金属涂层的户外
􀀀􀀀大气曝露腐蚀试验 进行其腐蚀行为的研究 试验
􀀀􀀀按照参照 B /6464- 86"金属和其它非有机覆盖
􀀀层户外静置曝露腐蚀试验一般规则"的规定执行
􀀀􀀀􀀀(2)中性盐雾加速腐蚀试验 按 B / 10 125-
19 9 7要求进行试验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀(3) 水溶液浸渍 干燥周期循环试验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀试验溶液 3.5% 水溶液
􀀀􀀀试验时间(周期) 168
􀀀试验方法 在周期浸渍- 干燥试验箱的条件下
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀按下述程序将试件先行在 水溶液中浸渍 1
􀀀然后将试件置于试验箱液面上 用红外灯照射烘干
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀1 以此作为一个试验周期 接着再浸入 水
􀀀􀀀􀀀溶液 如此反复操作 以模拟服役大气环境条件
􀀀􀀀􀀀􀀀(4) 水溶液下的全浸试验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀试验溶液 3.5% 水溶液
􀀀浸渍温度 室温
􀀀􀀀试验时间( ) 336
(5)金属喷涂层的电化学性能实验
在海水和淡水介质中采用动电位扫描研究了
它们的极化曲线和由此获得的腐蚀电流及腐蚀电
􀀀位
􀀀􀀀试样工作面积 2.0 2 􀀀􀀀用环氧树脂封样
􀀀􀀀􀀀试验参数 介质为海水和自来水 室温
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀扫描速度 60 /
􀀀测量仪器为 168电化学测量系统 辅助电极
􀀀􀀀为不锈钢电极 参比电极为饱和甘汞电极
(6)金属喷涂层孔隙率及渗水性实验
􀀀􀀀􀀀参照 B / 750 9 - 9 4 热喷涂孔隙率试验 铁试
􀀀􀀀􀀀􀀀表 1 - 合金材料试件成分
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀1 -
图 1 3.5 % 􀀀􀀀􀀀􀀀水溶液中全浸条件下腐蚀率与
􀀀
􀀀含量之
􀀀关系􀀀336 ,室温􀀀
试验与研究
􀀀􀀀
试验环境
􀀀青岛 暖温亚湿
􀀀润海洋大气
􀀀万宁 北热带湿
􀀀润海洋大气
􀀀武汉 亚湿热城
􀀀市大气
􀀀􀀀􀀀􀀀喷 涂层 0.72 2.60 增重 0.47
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷 -15 增重 2.00 增重 3.06 增重 4.05
􀀀􀀀喷 2.59 6.25 3.86
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀剂法 之要求 进行了热喷涂 及 -15 金
􀀀􀀀􀀀属涂层的孔隙率 严格讲应视为通孔率 实验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀参照 1653􀀀79 的相关规定要求 针对所研
􀀀究的三种金属涂层开展了金属喷涂层渗水性实验
􀀀 试验结果及讨论
3.1 铝含量对热喷涂
􀀀
􀀀􀀀-A 合金涂层耐蚀性
能的影响
􀀀􀀀􀀀􀀀为了研究铝含量对 - 合金涂层耐蚀性影
􀀀􀀀响 在武汉科技大学张恒教授协作指导下 用工业
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀纯锌 铝金属冶炼了不同铝含量的 - 合金材料
􀀀􀀀􀀀从金相组织分析它实际上是一种假合金 加工成
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀100􀀀50􀀀3 规格的试样 并采用 水溶液
􀀀􀀀介质 通过全浸曝露 浸渍/干燥循环曝露以及中性
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀盐雾条件下曝露等方式 对铝含量不同的 - 合
􀀀􀀀􀀀金材料 表1 分别进行了加速腐蚀等试验 用试验
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀前后试件质量损失来评价 - 合金的腐蚀性能
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀研究了铝含量对 - 合金材料耐蚀性能的影响
􀀀􀀀􀀀图1 2 3给出了这一研究结果
􀀀􀀀研究表明 随着铝含量的增加 在三种实验条
􀀀􀀀件下 试件质量损失量都显示了降低倾向 在铝含
􀀀量低于 10% 范围内这种降低的倾向更大 并且所
􀀀􀀀有含铝材料的腐蚀量都比纯锌明显低 然而 结果
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀也显示 铝含量在 20 25% 范围 - 材料的腐
􀀀蚀量出现略显增加 这一点可能是试验中的误差所
􀀀􀀀􀀀致 铝含量超过该范围后 耐蚀性可望进一步提高
􀀀􀀀􀀀但是在研究中也发现 随着铝含量进一步增加 -
􀀀􀀀伪合金材料的硬性和脆性都不利于丝材加工和
􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂操作 为此在本文以下研究中 热喷涂 -
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀合金涂层均采用了含铝量为 15% 的 85 15
􀀀合金涂层
􀀀􀀀􀀀􀀀3.2 热喷涂 -15 A 合金涂层耐大气 海水环
􀀀􀀀􀀀􀀀境腐蚀性能及其与喷 A 涂层比较
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀1 在我国典型大气环境下热喷涂 -15
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀涂层的耐蚀性比较
􀀀为了获得热喷涂层耐大气环境腐蚀性 本文在
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀我国主要典型环境下 采用上述 及 - 合
金标准热喷涂丝材分别制得的三种金属涂层开展
􀀀􀀀􀀀了户外大气曝露腐蚀试验 试验时间为 2年 表2
表2 热喷涂金属涂层在我国典型海洋和城市大气环境下腐
􀀀􀀀􀀀􀀀蚀速率 􀀀 /
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀2. C -
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀( 􀀀 / )
试验与研究
􀀀􀀀
表3 青岛海水曝露腐蚀试验二年后喷金属涂层腐蚀速率
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀 /
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀3 -
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀(􀀀 / )
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂 层 热喷涂 -15 层 热喷涂 层
飞溅区17.82 1 .35 增重
潮差区26 .20 0 .60 0.31
全浸区28.20 1 .4 0 0.6 8
表4 三种金属喷涂层经中性盐雾加速腐蚀试验后的腐蚀失
重结果比较
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀4 ( /10 2) 3
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀试验 10 试验 20 试验 30
失重
􀀀􀀀􀀀
腐蚀率
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀 /
失重
􀀀􀀀􀀀
腐蚀率
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀 /
失重
􀀀􀀀􀀀
腐蚀率
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀 /
􀀀􀀀喷 1.95 55 917.19 2.8535 669.055 3.7105 580.02
􀀀􀀀􀀀􀀀喷 - 增重 增重 增重
􀀀􀀀喷 0.05 15 64 .00 0.14 5 5 90.285 􀀀 􀀀
􀀀为三种涂层的户外大气曝露腐蚀试验结果
由于户外大气曝露腐蚀一般要求长时间的试
􀀀􀀀验才能真实反映材料腐蚀行为 本文受时间限制
􀀀􀀀仅仅获得 2 年结果 但尽管如此 试验结果也初步
􀀀􀀀􀀀􀀀反映喷 涂层在大气中的稳定性逊于喷 和
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀-15 合金涂层 试验后 -15 涂层的试样
􀀀􀀀􀀀结果都显示质量增加结果 可能是合金中富 相
􀀀受大气腐蚀后 其腐蚀产物难以溶解而夹嵌于多孔
􀀀􀀀的涂层中 平时在试样处理中 铝及其合金涂层也
􀀀经常出现腐蚀后质量反而增加现象 特别在经短期
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀试验后更多 但尽管如此 试验结果也表明 -
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀15 涂层耐蚀性明显优于喷 涂层 而接近喷
􀀀涂层
􀀀2 􀀀在青岛海水环境下热喷涂􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀-15
涂层的耐蚀性比较
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀针对热喷涂 -15 等三种金属涂层 在青
􀀀􀀀岛海域的海水全浸 潮差 飞溅三种暴露条件下进
􀀀行了海水暴露腐蚀试验 比较了它们的耐海水腐蚀
􀀀性能 表 3为试验 2 年后三种喷金属涂层在不同试
􀀀验条件下的腐蚀速度及其比较结果 这些结果所显
示出的三种涂层的耐海水腐蚀性能顺序与上述大
气环境下极为一致 􀀀即热喷涂
􀀀
􀀀涂层在海水环境
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀下消耗较快 而 -15 涂层稳定性与喷 涂层
􀀀􀀀􀀀􀀀十分接近 它们的耐腐蚀性能明显优于热喷涂
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀3 热喷涂 -15 涂层在实验室条
件下的耐中性盐雾性能
􀀀􀀀为模拟 加速大气环境下的行为 在实验室条
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀件下进行了喷 喷 及喷 - 合金三种金属
􀀀喷涂层的中性盐雾加速腐蚀试验 表 4 给出了不同
􀀀试验周期内三种涂层的腐蚀失重结果比较 它们经
加速腐蚀试验后失重大小顺序与上述大气曝露腐
􀀀蚀试验二年结果吻合 另外试验中试件外观变化也
􀀀􀀀􀀀反映了它们之间的耐蚀性差异 喷 试样放入盐
􀀀􀀀雾箱数小时内表面即出现白锈 30 后布满厚厚的
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀白锈 并且锈层疏松多孔 而喷 和喷 - 合金
􀀀􀀀试样 30 后表面只出现少量较致密的白锈
􀀀􀀀􀀀在中性盐雾试验中 喷 涂层腐蚀率随时间
􀀀􀀀的延长而降低 腐蚀失重与时间成线性关系 其回
􀀀归方程为
􀀀􀀀􀀀=99.52+8.05 2=0.9998
这说明喷􀀀􀀀􀀀涂层开始腐蚀很快 随着腐蚀产
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀物的形成 逐渐减缓了 的腐蚀 由于 的产物
􀀀􀀀是一层白色疏松的锈层 虽有一定的保护作用 但
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀不能阻止 - 2 2 等腐蚀介质通过孔隙到达
􀀀􀀀􀀀􀀀表面 从而使其保护作用不完全 会继续造成
􀀀􀀀􀀀􀀀的腐蚀 其腐蚀失重与时间成线性关系
试验与研究
􀀀􀀀
􀀀􀀀喷 涂层
􀀀􀀀􀀀喷 -15A
合金涂层
􀀀喷A 涂层
􀀀􀀀􀀀腐蚀电位 , C -1.079 - 1.06 9 -0.785
腐蚀电流
􀀀
􀀀􀀀A / 2 5 0.42 5 .79 2. 6 8
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷 A 和喷 -A 合金涂层腐蚀速率较小 短
􀀀期内无法获得其动力学发展模型
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀4􀀀 热喷涂 - 1 5 􀀀 􀀀 涂层的电化学性
能研究
􀀀针对三种金属涂层 在海水和淡水介质中分别
进行了腐蚀电位和它们对钢的电化学保护性能研
􀀀究 随后还采用动电位扫描研究了它们的极化曲线
􀀀和由此获得的腐蚀电流及腐蚀电位
􀀀􀀀􀀀􀀀腐蚀电位测量
通过对三种金属喷涂层在海水中的电化学测
􀀀量 获得它们的腐蚀电位随时间而变化及其稳定腐
􀀀蚀电位值 三种金属喷涂层的在海水中的腐蚀电位
􀀀􀀀(相对于饱和甘汞电极 为
喷 􀀀􀀀涂层 􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀=-1.010􀀀-1.050
喷 A 􀀀涂层 􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀=-0.96 1􀀀-1.000
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷 -A 合金涂层 =-0.990􀀀-1.019
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀而钢铁在海水中的腐蚀电位为 =-0.78
􀀀􀀀􀀀( C ) 因此该三种金属涂层在海水介质中都能较
好地对钢铁起到阴极保护作用 􀀀特别指出的是 􀀀􀀀
􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀和 -A 涂层腐蚀位极其接近 表明 -15A 合
􀀀􀀀􀀀金涂层具有和 涂层同样的电化学特性
三种金属涂层在自来水中相对于饱和甘汞电
􀀀􀀀􀀀极的腐蚀电位
􀀀通过试验 获得了三种热喷涂层在自来水中的
􀀀腐蚀电位 三种金属喷涂层的在自来水中的腐蚀电
􀀀位为
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷 涂层 =-0.911􀀀-0.937
喷 A 􀀀涂层 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀=-0.782􀀀-0.791
喷 􀀀􀀀-A 􀀀合金涂层 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀=-0.917􀀀-0.943
􀀀􀀀自来水中测得的钢铁的腐蚀电位为 􀀀0.701
􀀀􀀀􀀀( C ) 三种金属喷涂层在自来水中的腐蚀电位在􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀0.78 􀀀0.94 之间 从理论上说 三种金属喷涂层
􀀀􀀀对钢铁均能起到阴极保护作用 但是由于喷 A 涂
层在自来水中的腐蚀电位与钢铁的最小保护电位
􀀀􀀀􀀀􀀀非常接近 且 A 表面生成钝化膜 使其腐蚀缓慢
􀀀􀀀阳极电流很小 因此阴极保护作用相对要弱得多
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀而 和 -15A 涂层在淡水中的腐蚀电位相同
􀀀它们对钢铁仍然具有好的阴极保护作用
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂 -15A A 涂层对碳钢 低合
金钢的电化学保护性研究
􀀀􀀀研究参考了美国军用规范 D D- -246 48的
􀀀相关规定进行 即在喷涂层试样上预留一定面积的
􀀀􀀀基体裸露金属 经腐蚀介质浸泡后 观察裸露基体
􀀀金属的腐蚀情况 以基体出现第一个棕红色锈蚀点
时所经历试验的时间作为评定阳极性保护涂层的
􀀀阴极保护效果好坏的判据 未出现棕红色锈蚀点的
图4 三种金属喷涂层在海水中的极化曲线
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀4
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀
表5 三种金属喷涂层在海水中的极化腐蚀电位和腐蚀电流
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀5
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀3
试验与研究
􀀀􀀀
􀀀􀀀时间越长 说明其阴极保护效果及保护寿命越好
牺牲阳极型涂层的电化学保护性能既受涂层本身
􀀀在环境介质中的腐蚀电位控制 又受环境介质的导
􀀀􀀀电性影响 当然 阴极保护寿命还取决于保护涂层
􀀀厚度
􀀀通过试验获得如下结果
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷 -A 合金涂层和喷 涂层试样无
􀀀􀀀论是经海水还是自来水浸泡 120 后 试样中间裸
􀀀露的钢铁基体表面都未发生任何腐蚀 只是涂层表
􀀀面布满白色腐蚀产物 说明这两种种金属涂层对钢
􀀀铁都能起到很好的阴极保护作用
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀在海水浸泡 120 后 喷 A 涂层试样表面
􀀀中间所裸露的钢铁基体表面也未发生任何腐蚀 涂
􀀀􀀀层表面也布满腐蚀产物 说明喷 A 涂层在海水腐
􀀀蚀介质中对钢铁起到了较好的阴极保护作用 但是
􀀀􀀀􀀀􀀀在自来水中 对于中间裸露直径分别为 10
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀20 40 的三种喷 A 涂层阴极保护试样
􀀀􀀀在仅仅浸泡 12 后 中间裸露的钢铁基体即出现
􀀀􀀀􀀀棕色腐蚀锈点 说明在自来水腐蚀介质中 喷 A 涂
􀀀层对钢铁仅起到非常有限的保护 究其原因可能是
􀀀􀀀纯铝很活泼 一旦曝露空气中立即与
2 反应生成
􀀀A 2 􀀀3 􀀀􀀀􀀀膜 该膜连续 致密 在大气(尤其是洁净大
􀀀􀀀气) 淡水中十分稳定 对其下的铝具有很好的保护
􀀀􀀀作用 由于 A 2 􀀀3 􀀀膜导电性差 所以其腐蚀电位正
􀀀􀀀􀀀􀀀移(􀀀0.78 􀀀􀀀0.79 ) 用它作阴极保护涂层时 与
􀀀􀀀钢铁腐蚀电位(􀀀0.71 )相差很小 加上淡水电阻
􀀀率也较高 所以在淡水中铝涂层的阴极保护作用比
􀀀􀀀较小 其电化学保护性能低 这一点与在海水中的
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀情况是有所不同的 因为海水中含 C 等盐类 其
􀀀􀀀中氯离子因其半径小 较易穿透膜 从而可破坏
􀀀􀀀􀀀A 2 3 膜而直接裸露出纯铝 至使涂层腐蚀电位负
􀀀􀀀移 其海水中阴极保护作用得以提高
上述电化学保护性能研究表明 􀀀􀀀􀀀􀀀-15 A 合金
􀀀􀀀􀀀涂层无论是大气 淡水还是海水下都与喷 涂层
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀一样 具有满意的阴极保护效果 而由于 -15 A
􀀀􀀀􀀀􀀀合金涂层的耐蚀性比 涂层更优秀 因此 其对钢
􀀀􀀀􀀀结构的保护效果比喷 涂层更加可靠 防护寿命
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀更长 而喷 A 涂层虽然在大气 海水以及江 河 湖
􀀀等淡水环境下具有很好的稳定性 但由於其在鄕村
􀀀清洁的大气以及导电性较低的淡水等环境介质中
􀀀􀀀对碳钢 低合金钢的电化学保护性不是十分理想
􀀀因此在这些环境下要慎用
􀀀 热喷涂 􀀀􀀀-15 A 􀀀􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀A 涂层的电化学极化
曲线测定
研究中测定了热喷涂 􀀀􀀀-15 A 􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀A 涂层的
􀀀电化学极化曲线 图 4 为测得的三种金属喷涂涂层
􀀀电化学极化曲线图 由极化曲线分别获得了它们的
􀀀􀀀􀀀腐蚀电流 和腐蚀电位 E 数据(表5 )..
􀀀由图 4和表 5 可以看出 三种金属喷涂层腐蚀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀速率由大到小的顺序依次为 喷 􀀀喷 -A 合
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀金􀀀喷 A 其中喷 -15 A 合金涂层与 A 涂层的
􀀀􀀀􀀀腐蚀电流虽然也有差别 但和喷 层相比较却小
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀得多 而 -15 A 合金涂层的腐蚀电位却与喷
􀀀层几乎一样 电化学研究结果再一次证明了热喷涂
􀀀􀀀􀀀􀀀-A 涂层既具有很好的耐腐蚀性能 又对钢铁构
􀀀件具有极为优秀的电化学保护性能 这与上述的所
􀀀有试验结果是一致的 而根据极化曲线图(图 4)可
􀀀􀀀以发现 喷 A 涂层的阳极极化曲线存在明显的缓
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀蚀区间 缓蚀区间始于-1000 到-600 停
􀀀􀀀止 在此范围内 极化电位上升而极化电流却增加
􀀀􀀀缓慢 这说明在这一腐蚀电位范围内 即使发生了
􀀀腐蚀反应 但腐蚀过程中仍然可在电极表面产生致
􀀀􀀀密的钝化膜 阻碍腐蚀反应的进一步加速 此钝化
􀀀􀀀􀀀膜是由于 A 在腐蚀过程中产生的 而且不溶于水
􀀀随着极化电位的进一步增高 钝化膜将逐步受到破
􀀀􀀀􀀀坏 腐蚀得以加速 极化电流也有所增高 但增加却
试验与研究
􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀比较缓慢 远远小于喷 涂层的极化电流 􀀀由极化
曲线图可合理解释上面关于三种涂层耐蚀性和电
化学阴极保护试验结果􀀀即它们在大气􀀀淡水环境
下耐蚀性差异及对钢铁的阴极保护能力的不同的
原因􀀀
􀀀 本文小结
􀀀􀀀在大多自然环境下􀀀金属锌的腐蚀速度仅为
碳钢的十几分之一到几百分之一􀀀在所有钢结构防
护涂层中􀀀􀀀􀀀唯有热喷涂 􀀀􀀀
􀀀及它们合金的金属涂
层可为在大气􀀀海水􀀀淡水等环境下使用的钢结构
􀀀􀀀提供 年以上的防腐寿命 􀀀
􀀀􀀀在三种热喷涂金属涂层中􀀀􀀀􀀀热喷涂 和
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀- 合金涂层在大气及淡水 􀀀海水环境中具有
同样的腐蚀电位􀀀它们能为钢铁提供有效阴极保
护􀀀但相比起来􀀀􀀀􀀀热喷涂 涂层在自然环境中的稳
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀定性明显低于 - 涂层 􀀀􀀀尤其是海水环境下
消耗较快􀀀因此要求足够厚度的涂层􀀀才能提供长
寿命防护􀀀
􀀀相比起来􀀀􀀀􀀀热喷涂 涂层具有很高的稳定
性􀀀这是由于金属铝很快受空气中氧作用􀀀表面很
􀀀􀀀快生成致密的 􀀀􀀀
􀀀连续薄膜缘故􀀀然而由于
􀀀􀀀
􀀀􀀀
􀀀膜的导电性差􀀀致使铝在自然环境特别是洁
净大气和淡水中腐蚀电位变正􀀀因而其电化学保护
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀性能逊于喷 和喷 - 合金涂层 􀀀有鉴于
此􀀀在洁净大气环境和江􀀀河􀀀湖泊淡水环境下􀀀宜
􀀀􀀀慎重用喷 涂层 􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀热喷涂 - 合金涂层的耐腐蚀性接近
􀀀􀀀喷 涂层 􀀀􀀀􀀀而明显优于热喷涂 􀀀阴极保护作用
􀀀􀀀􀀀􀀀与喷 层相同而优于热喷 涂层 􀀀综合比较􀀀热
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀喷涂 - 涂层即具有高的耐蚀性 􀀀又具有高
的阴极保护性􀀀􀀀􀀀加上其硬度也因加入 而明显高
􀀀􀀀于喷 涂层 􀀀鉴此􀀀对基础建设设施􀀀装备中的大
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀型钢结构构件可考虑采用热喷涂 - 涂层和
封孔及有机涂层的复合防护体系􀀀以获得高效􀀀长
寿命的防护效果􀀀
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试验与研究
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