所有新闻

金属热喷涂层耐蚀性评价方法及应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-07-12 0:58:54 * 浏览: 732
田运生,赵兵,沉思科,白书亚,张同标摘要:介绍了金属热喷涂涂料的耐久性试验方法,检测与评价方法及研究进展,并对现有的研究应用成果和存在的争议进行了总结和分析。讨论了检测技术存在的问题,期待新技术的进步。关键词:热喷涂,涂层,阴极保护,等离子喷涂,热喷涂粉末1引言Zn,Al阳极金属及其合金(如Zn / Al,Al / Mg,Al / Mg / Zn,Al / Mg / Re等)。 )通过热喷涂技术对钢构件和建筑物进行长期防腐保护的技术已得到普遍认可和持续发展,其耐久性测试和评估技术也在不断改进,完善和创新。由于对各种阳极金属热喷涂涂层的防护性能的评价结果​​不仅影响其自身的应用和推广,而且涉及各方的经济利益,其测试技术和结果的可靠性和准确性值得每个人的关注。积极讨论不断创新。 2阳极金属热喷涂层的耐久性试验方法2.1盐雾试验单层阳极金属热喷涂层耐久性的实验室测试方法主要包括耐气雾性测试(如中性耐盐雾性测试和耐SO2大气性测试),介质浸没测试(例如酸雨测试,耐碱液测试,模拟海水完全浸没测试)和环境循环测试(例如盐雾-老化循环测试,各种介质之间的交替测试)等[1],何时对阳极金属热喷涂复合涂层进行了测试,上述耐久性测试主要通过涂层破坏性方法进行,以测量复合涂层体系的耐腐蚀性。金属热喷涂层的室外自然老化测试是在真实的海洋环境中进行的,例如海洋大气区域,波浪飞溅区域,潮汐范围区域,全浸入区域等。由于金属热喷涂层具有良好的耐腐蚀性喷涂涂料和金属热喷涂复合涂料,设计使用寿命为30至50年,如果通过钢结构的中性盐雾喷涂加速了其耐久性试验,则通常需要长时间进行。使用钢结构一年的观点。盐雾测试需要超过5000h。有关于16000h盐雾试验的报道[2]。实际的海上测试基于美国焊接学会热喷涂委员会19年的经验。现场胶片悬挂测试是代表性的[3]。为了提高加速效果并确保遵守现场暴露测试,美国测试和材料学会的ASTMD5894和G85标准,美国腐蚀工程师学会的NACETM0304和挪威的NorsokM-501标准石油标准化组织将引入“紫外线/冷凝”程序。在常规“盐雾/干燥”循环中,Norsok M-501标准还增加了“冷冻/解冻”程序,研究表明[4-6],上述测试方法具有取得了优异的结果,更接近于野外测试的结果。 2.2电化学测试电化学方法是阳极金属热喷涂涂层耐久性测试中最常用,最可靠的方法。该测试方便快捷,几乎没有损坏,并且提供了大量与涂层防护性能有关的直接信息。进一步研究了涂层的腐蚀机理和破坏行为。目前,阳极金属热喷涂层检测的主要应用是直流电化学法和电化学阻抗谱法。其中,直流电化学法包括电位时间法,极化曲线法和极化电阻法。以上方法主要用于测试裸金属涂层样品[7-10]。电化学阻抗谱也有其局限性。为了获得Tafel直线,需要将电极极化到强极化区域。电极电位偏离自腐蚀电位很远。此时,阴极或阳极过程可能与自腐蚀潜能不同。区别是显而易见的。其次,由于对Tafel直线的极化,所需的电流很大,这容易引起电极表面状态,实际表面积和周围介质的显着变化。因此,每次测试都需要一个新的样本,这不利于比较研究[11]。尽管弱极化方法的测量避免了由于强极化方法而引起的腐蚀系统的过多干扰,并且避免了由于近似处理而引起的线性极化方法的明显误差,但它忽略了介质电阻对测量的影响。影响腐蚀潜能的主要因素是涂层电阻,由腐蚀产物(如金属离子和OH-)的缓慢扩散引起的浓度梯度,以及腐蚀抑制剂对腐蚀的抑制作用。响应于线性极化法中极化电阻测量中介电电阻的影响,Zheng Liqun等人(2002)。中国科学院金属研究所基于CMB-1510B等技术,结合交流阻抗和弱极化技术开发了CMB-4510测量仪。有效解决了线性极化技术和介电电阻的误差[12],并提高了测试结果的可靠性。 3阳极金属热喷涂涂层的耐久性评估3.1涂层的失重方法检测测试前后样品质量的变化,并分析和比较变化过程,失重趋势和大小/体重增加。涂层样品被认为具有优异的耐腐蚀性。当前失重方法研究面临的最大问题是如何简单,准确,可靠地去除测试后金属涂层产生的腐蚀产物,因为金属涂层在喷涂形成过程中还会形成大量的氧化物,因此还含有杂质松散的颗粒很多,金属涂层表面的氧化物和杂质在测试过程中容易掉落,并且不能保证在清洁过程中不会将原始氧化物洗掉。这些将对测试结果产生很大的影响,并且一旦样品被清洗,将被终止以继续参与实验。现有的研究结果存在明显的争议,表明失重法粗略地评估了金属涂层本身的耐蚀性,不能单独用来准确地测量其对金属基材的保护性能。 3.2涂层厚度损失法电化学方法主要测量热喷涂金属涂层的腐蚀电流和极化电阻,并通过计算来计算涂层的腐蚀速率,并根据其尺寸评估涂层的耐腐蚀性。在实际测试期间,腐蚀性介质通常是封闭或半封闭的系统。与开放的环境不同,即使在测试过程中腐蚀性介质处于动态循环中,腐蚀性物质的消耗也有明显的趋势。那些腐蚀性介质更换量低或补给频率低,数据测量时机不正确,研究结果将存在重大问题。由于正极金属的高活性,热喷涂层在测试的早期阶段具有较快的腐蚀速率,并在测试过程中使用。氧化膜在层表面(包括颗粒表面)上的作用不同,这也会导致在测试过程中不同正极金属的腐蚀速率发生较大变化,因此在测试期间时间越短,涂层的腐蚀速率就越大,测量的时间就越长。数据偏差很大。现有研究表明,[13-14],测试介质的温度,溶解氧含量以及样品在介质中的位置都会对腐蚀结果产生一定的影响。另外,由于热喷涂金属涂层的表面是粗糙的并且包含许多空隙,所以介质被浸入其中。准确计算电化学评估过程中热喷涂金属涂层样品的电极表面积,会影响测量结果和评估。 3.3涂层的显微组织分析方法是使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪,金相分析等现代手段对阳极金属热喷涂涂层的显微组织和组成变化进行测试和分析,主要用于分析涂层的腐蚀该机理通常不适用于定量评估涂层的耐腐蚀性。目前,定量评价主要是基于在不同测试阶段对同一类型涂层样品的微观结构的比较,但是这样,在连续选择样品及其样品时会存在一定程度的任意性和主观性。测量点。进行更改很难确保一致性和准确性。综上所述,由于阳极金属热喷涂层保护机制的多样性以及测试环境影响的复杂性,很难通过一个测试项目或一个测试项目对其保护效果进行准确可靠的评估。在一定时间内进行测试有必要结合上述方法的检测结果,经过综合分析,做出更可靠的评价。 4评估结果4.1涂层的耐蚀性目前,关于各种热喷涂丝的耐蚀性及其优缺点几乎没有分歧。但是,关于各种热喷涂涂层的耐腐蚀性评价的争论激烈,主要集中在铝涂层和锌铝假合金涂层上。董立先等人对纯铝涂层和锌铝假合金涂层的动态腐蚀试验表明[15],Al在缺氧环境中可以起到更好的阴极保护作用,并具有纯铝涂层的耐腐蚀性比锌铝伪合金涂层更好。李秉忠等人2000h盐雾试验的结果。 [16]表明,锌铝合金假合金涂层的结合强度和耐蚀性优于Zn15%/ Al合金涂层,后者接近于纯铝涂层。陈长江和李秉忠对锌铝拟合金涂层电化学机理的研究表明[8],耐蚀性的顺序是纯铝层,锌铝拟合金和纯锌层。 Chen Guoyu等人根据日本ArcTechno公司的Zn45%/ Al55%样品的16000h盐雾测试结果显示,锌铝假合金涂层的耐腐蚀性优于现有的纯铝层,锌铝合金层和纯锌层[17]。美国焊接学会热喷涂委员会进行的为期19年的现场悬挂测试表明,[3]厚度为0.08至0.15mm的铝涂层可以确保钢基材在海水,恶劣的工业环境和海洋环境中不受限制孔是否密封。一年不腐蚀,以确保钢质基材在恶劣的工业环境和海洋环境中连续19年不被腐蚀。没有密封的锌喷涂层的厚度至少为0.23mm,海水中锌涂层的厚度至少为0.3mm。用于密封的锌涂层的厚度减小到0.08〜0.15mm,这也可以达到上述的防腐效果。肖一德等。在总浸入,潮汐范围和飞溅区等三个腐蚀性区域进行了为期8年的海水暴露测试[18],这表明锌铝喷涂/封闭和铝喷涂/封闭系统对海水中的钢具有长期影响。赖国伟等人建议采用有效的保护方法,其中喷涂锌铝/封闭系统具有更好的保护性能,建议使用锌喷涂铝,锌喷涂和无机富锌涂料作为底漆。实际海洋试验表明[19],在飞溅区域,潮差范围和全浸入区域,锌铝合金涂层的腐蚀面积小于铝涂层和锌涂层的腐蚀面积。夏兰亭在青岛的三个测试站的飞溅面积,潮差范围和总浸没面积,和榆林经过4年的海水腐蚀性能研究[20],结果表明,铝和锌涂层在完全浸没在静海中的条件下具有优异的耐腐蚀性,铝涂层比锌涂层更好。根据各种研究的结果,在盐雾,海洋环境和酸雨中,对Al,Zn,Zn-Al合金和Zn-Al假合金的四弧喷涂层的耐腐蚀性进行综合评估显然是有争议的,大多数研究结果都偏向于最好的Al,其次是Zn-Al假合金,Zn-Al合金和Zn,但同时,人们认为弱Al涂层阴极保护的问题需要不断解决。改善。陈永雄,徐斌石等人的研究表明,[21-23]在铝中添加其他合适的元素(如稀土元素Mg)可以显着提高涂层的耐腐蚀性。 4.2复合涂层的耐久性4.2.1试验研究进展前苏联的试验表明,在盐雾腐蚀环境中120μm的铝涂层的寿命达到20至25年,GarlandPO等人。研究了200μm铝涂层的耐腐蚀寿命超过60年[24],根据应用测试的研究结果,80μmm的热喷涂铝涂层的钢基材在经过34年后并未被腐蚀多年的暴露[25]。国内已有研究表明,[26]在矿井水(pH 6.5〜)中,中性盐雾(pH 7.0)环境下普通电弧喷涂铝涂层的腐蚀速率深度为4.33mu,m / a。 8.9)中深腐蚀速率为2.5〜6.5mu,m / a。安运奇等。 [27]表明,在酸雨条件下,深腐蚀速率为1.9〜2.2mu,m / a。 mZn-Al假合金涂层可以满足50年的腐蚀寿命要求[28]。荷兰热浸涂层研究所获得了国际认可的寿命预测计算公式:复合涂层的耐腐蚀寿命=(金属喷涂涂层寿命+油漆涂层寿命)乘以(1.5〜2.3)年,由武汉理工大学通过材料保护通过测试金属涂层的密度,结合强度,腐蚀电流密度以及涂层的耐盐雾性,湿热,加速老化等测试来评估金属涂层的寿命,最后得出的结论基本上是与以上结果一致。 4.2.2实际应用情况目前,以热喷涂铝为代表的金属复合涂层保护工程在室外已有50多年的使用历史,均已达到设计要求。国内最早采用弧喷涂铝复合涂层技术保护钢箱梁的大型室外工程,武汉君山长江大桥已投入运营近十年。现场跟踪监测表明,钢箱梁复合涂层包括密封完整的上部暴露区域,Zn-Al假合金涂层的应用是杨浦大桥2005年的最早维修工程。是重庆渝嘴长江大桥,始建于2006年4月,于2009年底竣工。在各种大气环境中,热喷涂金属复合涂料的优异的长期防腐能力已得到各方的认可。哪种金属涂层系统在恶劣的腐蚀环境(如潮汐带)中具有更强的耐腐蚀性的答案与上述相同,作者认为,如何在相同的腐蚀环境中测试和评估不同金属涂层系统的防护性能尽管与涂料金属材料直接相关,但与涂料喷涂工艺(如预处理工艺和质量,喷涂工艺参数),金属涂料的物理机械性能(如涂层厚度,致密性)有关,附着力),金属涂层中金属颗粒的性能(例如粒径,颗粒之间的结合力,氧化程度)与涂层的物理化学性质密切相关。 5结论长期研究表明,耐久性试验条件不能总是准确地模拟实际的环境条件,并且样品制备还与大规模涂覆有关。施工过程和质量存在明显偏差。室内模拟测试和大气暴露测试之间的加速度绝不是一个简单的常数,而是随时间动态变化的[29],并且阳极金属涂层自然会受到各种因素的影响。研究结果存在许多争议。阳极金属热喷涂技术为中国的煤矿,电力,桥梁和其他项目的保护以及机械设备的维护和翻新做出了重大贡献。其保护性能已通过国内外许多试验和工程实例的验证。在行业中,检测和评估过程中的许多技术问题已引起行业争议,如何准确,可靠和定量地评估其防腐性能还需要不断深入讨论。