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金属热喷涂涂层耐蚀性评价方法及应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-14 1:16:20 * 浏览: 179
田运生,兵兵,沉克思,白书亚,张同标摘要:介绍了金属热喷涂涂层的耐久性试验方法,检测与评价方法以及研究进展。总结并分析了现有的研究应用结果和存在的争议。讨论了检测技术的问题,并期待新技术的发展。关键词:热喷涂,涂层,阴极保护,等离子喷涂,热喷涂粉末1引言锌,铝阳极金属及其合金(如锌/铝,铝/镁,铝/镁/锌,铝/镁/稀土)的使用等等)钢构件和建筑物长期防腐蚀的热喷涂技术已得到广泛认可和不断发展,其耐久性的测试和评估技术也在不断改进,完善和创新。由于对各种类型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,其检测技术的可靠性和准确性及结果值得积极研究。讨论。和创新。 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的耐久性实验室试验方法主要是气雾试验(如耐中性盐雾试验,耐SO2气氛)。测试),介质耐浸性测试(如酸雨测试,耐碱性测试,模拟海水完全浸入测试)和环境循环测试(如盐雾-老化循环测试,各种介质之间的交替测试)等[1] ,当测试阳极金属热喷涂复合涂层时,上述耐久性试验主要通过破坏涂层的方法进行以评估复合涂层体系的耐腐蚀性。金属热喷涂涂料的室外热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,潮汐范围和整个浸没区域。由于金属热喷涂涂料和金属热喷涂复合涂料具有良好的耐腐蚀性,设计使用寿命为30至50年,因此耐久性测试通常需要较长时间。如果被钢结构的中性盐雾加速,则200h的试验代表使用钢结构一年的观点。盐雾测试需要5,000多个小时。目前,有关于16000h盐雾试验的报道[2],而实际的海上试验是由美国焊接学会热喷涂委员会进行的19年。现场悬挂试验具有代表性[3]。为了提高加速效果并确保符合现场暴露测试,美国材料与测试协会的ASTM D5894和G85标准,美国腐蚀工程师协会的NACETM 0304和挪威石油标准化的Norsok M-501组织介绍了“紫外线/冷凝程序”。在常规的“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],上述测试方法取得了优异的结果,并且更接近于野外暴露测试的结果。 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,损坏少,并且具有与涂层防护性能有关的大量直接信息。进一步研究了涂层的腐蚀机理和破坏行为。目前,直流电化学方法和电化学阻抗谱主要用于阳极金属热喷涂层的检测。其中,DC电化学方法包括电位时间方法,极化曲线方法和极化电阻方法。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,阴极或阳极工艺可能与t他具有自我腐蚀的潜力。区别是显而易见的。其次,由于对Tafel的直线部分的极化,所需的电流很大,并且容易引起电极表面,真实表面积和周围介质的状态的显着变化。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强极化方法对腐蚀系统的过度干扰,并且避免了线性极化方法由于近似处理而引起的明显误差,但它忽略了介电电阻对测量的影响。影响腐蚀潜能的因素包括抗镀层性,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。针对线性极化法中极化电阻测量中介电电阻的影响,中国科学院金属研究所的郑立群等人开发了基于CMB-1510B等技术的CMB-4510测量仪结合使用交流阻抗和弱极化。有效地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耐久性的评估3.1涂层失重​​法检测测试前后样品的质量变化,并分析和比较变化过程,失重/增重的趋势和大小。涂层样品被认为具有优异的耐腐蚀性。目前,失重研究的最大问题是如何快速,准确,可靠地去除试验后金属涂层产生的腐蚀产物,因为金属涂层在喷涂成型过程中还会形成大量的氧化物,并且涂层中还混有许多疏松的颗粒,在测试过程中很容易剥离金属涂层表面上的氧化物和杂质,并且在清洁过程中无法清洁原始氧化物。这些将对测试结果产生很大的影响。样品清洁后,即停止参与试验。现有的研究结果存在明显的争议,这表明对失重方法的粗略评价更多地是关于金属涂层本身的耐腐蚀性,并且不能用来准确地测量其在金属基材上的防护性能。 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,计算涂层的腐蚀速率,并根据其尺寸评估涂层的耐腐蚀性。在实际测试中,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整体处于动态循环中,腐蚀性物质的消耗也具有明显的变化趋势。那些腐蚀性介质更换量低或补给频率低,并且数据测量的时间不正确。研究结果将有更大的问题。由于正极金属的高活性,其热喷涂涂层在测试的初始阶段具有更快的腐蚀速率,并在测试过程中使用。氧化膜在层表面(包括颗粒表面)上的作用是不同的,并且还会在测试过程中导致不同正金属的腐蚀速率发生较大变化。这样,当测试周期短时,涂层的腐蚀速率会越来越大。存在诸如数据偏差大的问题。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,热喷涂金属涂层的表面是粗糙的并且包含大量的空隙,并且介质被浸渍在其中。在电化学评估过程中更难于准确计算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涂层显微组织分析方法采用现代仪器,如扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪,金相分析法对阳极金属热喷涂涂层的显微组织和成分变化进行测试和分析。它主要用于分析涂层的腐蚀。该机制通常不适合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料样品的微观结构的比较,但这种方式的样品及其测量点的连续选择将具有一定的随机性和主观性。变化很难保证连续性和准确性。综上所述,由于阳极金属热喷涂涂层的保护机理的多样性以及测试环境影响的复杂性,难以基于单个测试项目或测试对其保护效果进行准确可靠的评估在一定时间内。在进行更可靠的评估之前,有必要结合上述各种方法的检测结果并进行全面分析。 4评估结果4.1涂层的耐蚀性目前,对各种热喷涂丝材的耐蚀性及其优缺点的反对很少,关于各种热喷涂层的耐蚀性的测试和评估的争论也很激烈。 。专注于铝涂层和锌铝伪合金涂层。董立先等人在纯铝涂层和锌铝假合金涂层上的动态腐蚀试验表明,[15],Al在缺氧条件下可以表现出更好的阴极保护,并且纯铝涂层的耐腐蚀性优于锌对于铝假合金涂层,李秉忠等人的2000h盐雾试验结果。文献[16]表明,锌铝合金假合金涂层的结合强度和耐蚀性优于接近纯铝涂层的Zn15%/铝合金涂层。陈长江和李秉忠对锌铝拟合金涂层电化学机理的研究[8]表明,耐蚀性的顺序为纯铝层,锌铝拟合金和纯锌层。 Chen Guoyu等人基于日本ArcTechno的Zn45%/ Al55%样品的16000h盐雾测试结果,结果表明锌铝拟合金涂层的耐蚀性优于现有的纯铝层,锌铝合金层和纯锌层[17]。美国焊接学会热焊接委员会19年的现场焊接测试表明,[3]厚度为0.08至0.15毫米的铝涂层可以确保钢基材处于海水,恶劣的工业环境和海洋环境中,无论孔是否密封19,它不会每年腐蚀。有必要确保钢质基材在恶劣的工业环境和海洋环境下保持19年不被腐蚀。未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至0.15mm,这也可以实现上述的防腐蚀效果。肖一德等。在三个腐蚀区域(如海域的总浸没,潮差和飞溅区域)进行了为期8年的海水暴露测试[18]。铝喷锌/封闭式和铝喷淋/封闭系统对海水中的钢具有持久的影响。有效保护的可靠方法。其中,喷锌铝/密闭系统具有更好的防护性能。建议使用锌喷涂铝,锌喷涂和无机富锌涂料作为底漆。赖国伟等。面积,潮区和完全浸没区,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。夏兰亭和其他位于青岛,和榆林的测试站有三个溅水站,潮汐带和完全浸没区。经过4年的海水腐蚀性能研究[20],resul这表明铝和锌涂层在完全浸入海水的条件下具有出色的耐腐蚀性,并且铝涂层比锌涂层更好。综合研究结果表明,在盐雾,海洋环境和酸雨中,对Al,Zn,Zn-Al合金和Zn-Al假合金的四种电弧喷涂涂层的耐腐蚀性进行综合评估显然是有争议的。结果有利于Al,其余为Zn-Al假合金,Zn-Al合金和Zn。然而,还认为需要持续改善Al涂层的弱阴极保护问题。陈永雄,徐斌石等[21-23]的研究表明,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实验研究进展前苏联的试验表明,在盐雾腐蚀环境中120μm的铝涂层的寿命可以达到20到25年,GarlandPO等人。获得了200mu,m铝涂层的耐腐蚀寿命。从应用测试研究的结果来看,已有60多年了[24],暴露34年后,80μm的热喷涂铝涂层的钢基底没有被腐蚀[25]。国内现有研究结果表明[26],普通电弧喷涂铝涂层在中性盐雾(pH 7.0左右)环境下的深腐蚀速率为4.33mu,m / a,已用于煤矿用水( pH 6.5〜8.9)中深腐蚀速率为2.5〜6.5mu,m / a。安运奇等人的研究。 [27]表明,在酸雨条件下,深腐蚀速率为1.9〜2.2mu,m / a。毛兆祥认为,120μm的mZn-Al假合金涂层可以满足50年防腐寿命的要求[28]。荷兰热浸涂层研究获得了国际认可的寿命预测计算公式:复合涂层的腐蚀寿命=(金属喷涂涂层寿命+涂层涂层寿命)乘以(1.5〜2.3)年,武汉材料保护研究所通过了密度测试,金属涂层的粘结强度,腐蚀电流密度以及涂层的耐盐雾性,湿热,加速老化等测试,评估了金属涂层的寿命,最后得出的结论与上述结果基本一致。 4.2.2实际应用目前,世界上以热喷涂铝为代表的金属复合涂层保护项目已有超过50年的室外使用历史,并且全部满足设计要求。武汉君山长江大桥是中国最早的采用弧喷涂铝复合涂层技术保护钢制箱梁的大型室外项目,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封口完好无损的上部暴露区域,Zn-Al假合金涂层的应用项目是杨浦大桥2005年最早的维修工程。重庆渝嘴长江大桥于2006年4月动工,至2009年底完成。在各种大气环境中,热喷涂金属复合涂层具有出色的长期耐腐蚀性,已被各方认可。存在这样的答案:在潮汐区等恶劣的腐蚀环境中,哪种金属涂层系统具有更好的耐腐蚀性。与上述相同的争议,作者认为,如何在相同的腐蚀环境下测试和评估不同的金属涂层系统的防护性能,尽管它与金属涂层材料有直接关系,但与金属涂层喷涂有更多的关系。工艺(例如预处理工艺和质量,喷涂工艺参数),金属涂层的物理和机械性能(例如涂层厚度,密度,附着力),金属涂层中金属颗粒的性能(例如粒径,颗粒间键合度和程度)的氧化),与理化性质密切相关。 5结论长期研究表明,耐久性试验条件不能准确模拟实际环境条件,且样品制备也与大规模涂装有关,其结构存在明显偏差。流程和质量。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]。阳极金属涂层自然受各种因素影响。研究结果引起了很多争议。阳极金属热喷涂技术为中国的煤矿,电力,桥梁及其他工程保护,机械设备的维护和翻新做出了重大贡献。其防护性能已被国内外许多试验和工程应用实例验证,但其试验在工业上,在检测和评估过程中的许多技术问题引起了工业界的争议,以及如何实现准确,可靠和定量其防腐性能的评估需要不断探索。