SOLUTION

解決方案

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海洋耐蝕涂層方案

熱噴涂(Thermal Spray)的定義

　　采用各種熱源將粉狀或絲狀固體材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，通過高速氣流使其霧化，然后高速噴射、沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件表面，從而形成附著牢固的表面層。

熱噴涂特點(diǎn)

①涂層材料取材范圍廣

　　金屬、合金、陶瓷、塑料、尼龍、復(fù)合材料等。

②工件不受限制、可用于各種基體

　　金屬、陶瓷、玻璃、石膏、布、紙、木材等固體

③可使基體保持較低溫度、基材變形小

　　冷工藝30~200℃、不變形、不弱化

④工藝靈活

　　可10mm內(nèi)孔，也可大型構(gòu)件;可大面積，也可局部;保護(hù)性氣氛，也可現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

⑤工效高、操作程序少、速度快

　　每小時(shí)幾公斤~幾十公斤

⑥涂層厚度可調(diào)范圍大

　　幾十微米~幾毫米

⑦可得到特殊的表面性能

　　耐磨、抗氧化、耐熱、導(dǎo)電、絕緣

⑧成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著

海洋耐蝕涂層工作原理

■腐蝕原理：電化學(xué)腐蝕

陽(yáng)極：氧化反應(yīng) Fe-2e=Fe²⁺

陰極：還原反應(yīng) 1/2O₂+H₂O+2e=2OH-

■兩種基本防護(hù)作用：機(jī)械隔離、陰極保護(hù)

　　機(jī)械隔離：涂層起到物理覆蓋作用，較好地將鋼鐵基體與水、空氣及其它介質(zhì)隔離開。

　　以目前海洋環(huán)境中主要應(yīng)用的鋅鋁材料為例。

表1 碳鋼、鋅、鋁材料在不同大氣類型中的平均腐蝕速率

大氣類型	平均腐蝕速率（微米/年）
大氣類型	碳鋼	鋅	鋁
海洋	26~104	0.5~8	0.4~0.6
工業(yè)	28~175	2~16	1
鄉(xiāng)村	4~65	0.2~3	0~0.1

陰極保護(hù)

■犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是使用電動(dòng)序中較活潑的金屬，如鋁、鋅、鎂等等作為主要成分的合金作為犧牲陽(yáng)極，從而減輕或防止被保護(hù)金屬腐蝕的一種電化學(xué)方法。

■例如，由于鋁的電極電位比鋼鐵低，在電解質(zhì)溶液(海洋鹽水、海洋大氣)中，當(dāng)鋁涂層局部發(fā)生破損或有孔隙時(shí)，熱噴涂鋁涂層在海洋鋼鐵防腐中為犧牲陽(yáng)極，使鋼鐵基體得到保護(hù)，起到陰極保護(hù)作用。

常見海洋耐蝕涂層應(yīng)用情況

■鋁、鋅及其合金涂層

　　目前，在海洋大氣環(huán)境下橋梁、鐵塔海洋石油平臺(tái)等鋼等大型結(jié)構(gòu)部件的防腐應(yīng)用中，常選擇純鋁(99%)或鋁合金(如Zn-Al15，Al-Mg5)，其中鋅鋁合金中，若鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，則耐蝕性最佳。

■不銹鋼涂層

　　不銹鋼電極電位比鐵高，易在涂層孔隙處產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，所以噴涂后必須封孔處理。

表2 Fe、金屬涂層與海水腐蝕相關(guān)參數(shù)

幾種金屬涂層/封孔層的海水腐蝕性能

美國(guó)焊接學(xué)會(huì)19年腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

■鋁噴涂層厚度為0.08~0.15mm時(shí)，可以在海水、苛刻的海洋與工業(yè)大氣中提供19年以上的完全的基體金屬防護(hù)。

■未封閉的鋅涂層厚度至少需要0.30mm，才可以在海水中提供19年以上的完全的基體金屬防護(hù)。在苛刻的海洋與工業(yè)大氣中厚度至少需要0.23mm，封閉層厚度需要0.08~0.15mm。

項(xiàng)目涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)及前期成果

■項(xiàng)目擬開展的涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本項(xiàng)目涂層設(shè)計(jì)主要由兩部分功能涂層組成：首先是與基體材料直接結(jié)合的金屬耐蝕層，該涂層主要起到機(jī)械隔離和耐海洋電解質(zhì)腐蝕的作用;其次是與金屬耐蝕層相結(jié)合的封孔層或有機(jī)耐蝕層，該部分涂層主要起到對(duì)內(nèi)部金屬耐蝕層可能存在的微小空隙進(jìn)行填封，阻礙腐蝕介質(zhì)進(jìn)入涂層內(nèi)部。