電弧噴涂金屬涂層作為鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)的一種重要措施,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已成為成熟的表面工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。同時(shí),隨著新的噴涂工藝、設(shè)備和材料的不斷研發(fā),電弧噴涂金屬涂層應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。與此同時(shí),使用電弧噴涂技術(shù)進(jìn)行防腐的缺點(diǎn)也日益突出,尤其是噴涂過(guò)程中存在有害物質(zhì)排放等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了其發(fā)展。電弧噴涂制備的涂層孔隙率低、微觀組織致密、結(jié)合強(qiáng)度高且經(jīng)濟(jì)性好。相比于其他傳統(tǒng)防腐技術(shù),電弧噴涂金屬涂層應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的表面防護(hù)具有如下優(yōu)勢(shì):（1）電弧噴涂沉積效率高、操作容易,便于現(xiàn)場(chǎng)施工;（2）涂層在海洋苛刻腐蝕環(huán)境中服役時(shí)間長(zhǎng)。然而,電弧噴涂耐海水腐蝕金屬涂層的服役環(huán)境介質(zhì)不同,對(duì)涂層的耐蝕性能提出了更高的要求。因此,近幾十年來(lái)除研究電弧噴涂工藝參數(shù)外,科研工作者們著力研發(fā)多功能、高性能的噴涂材料,并取得了豐碩成果,同時(shí)充分利用電弧噴涂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可顯著提高涂層的性能。目前電弧噴涂金屬涂層材料正朝著復(fù)合化、新型化方向發(fā)展。目前,用于鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)且已取得廣泛應(yīng)用的噴涂材料有鋅/鋁及其合金、鎳基合金、鐵基合金和銅基合金等。其中鋅、鋁及其合金是使用最早且最廣泛的噴涂材料;鎳基合金可通過(guò)加入鉻、鉬等抗點(diǎn)蝕... 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(13)北大核心EICSCD

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Mn和Mo含量對(duì)奧氏體不銹鋼腐蝕速率的影響[67]

鋅、鋁及其合金材料對(duì)機(jī)械損傷和點(diǎn)蝕特別敏感,因而其可靠性變差,不能保證鋼結(jié)構(gòu)在使用周期內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)鋅、鋁及其合金涂層防腐存在的問(wèn)題,研究發(fā)現(xiàn)在鋅、鋁及其合金材料中加入適量的鎂、硅和稀土(RE)等元素可以顯著提高涂層的耐腐蝕性能[37-38]。盧飛等[39]研究高速電弧噴涂Zn-Al-Mg-RE涂層在3.5% NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕行為,結(jié)果表明,涂層具備優(yōu)異的電化學(xué)保護(hù)和屏蔽特性,且腐蝕產(chǎn)物可以細(xì)化涂層表面的微觀組織結(jié)構(gòu),使其耐腐蝕性能顯著提高。蔣穹等[40]通過(guò)研究電弧噴涂Al-Zn-Si-RE合金涂層在3.5% NaCl溶液中的腐蝕行為,發(fā)現(xiàn)合金中的Si和氧的親和力較強(qiáng),生成的Si薄膜能夠在涂層內(nèi)部反應(yīng)生成硅酸鹽物質(zhì),降低涂層中的氧化物含量[41-42];合金中加入稀土(RE)元素可以改善涂層的微觀組織結(jié)構(gòu),使得涂層結(jié)構(gòu)更致密、孔隙率降低、耐蝕性更好。圖2為涂層腐蝕試驗(yàn)后Al-Zn-Si-RE涂層的橫截面[40],腐蝕產(chǎn)物堆積在涂層表面,不僅在涂層表面形成保護(hù)層,而且填充孔隙等表面缺陷,提高其耐腐蝕性能。隨著腐蝕試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng),保護(hù)層逐漸變薄,直至喪失屏蔽作用。但稀土(RE)元素在涂層中的最佳質(zhì)量比有待深入研究。研究者們制備了一系列金屬基涂層,如Zn-Al-Mg-Si[43]、Al-Ti-Si-RE[44]等,并通過(guò)實(shí)海掛片試驗(yàn)證實(shí)其耐腐蝕性能良好。2.2 鎳基合金

鎳基合金是一種重要的耐海水腐蝕材料[45]。鎳基合金中含有抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕的合金元素,如銅、鉻、鉬等[46]。鎳對(duì)銅、鉻和鉬等元素的固溶度較高,能夠形成固溶體合金,既保留了鎳的電化學(xué)特性,又具備其他金屬元素的耐腐蝕性能。目前電弧噴涂用鎳基合金材料主要有鎳銅合金[47]、鎳鉻合金[48]、鎳鉬合金[49]和鎳鉻鉬合金[50]等。鎳銅合金中主要含鎳、銅和鐵等元素,稱為Monel合金,在苛刻腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。Bagherzadeh等[51]研究了Monel合金在5% HCl溶液中的腐蝕行為,圖3為Monel合金在5% HCl溶液中浸泡不同時(shí)間后測(cè)得的電化學(xué)阻抗譜的奈奎斯特圖和伯德圖,可以看出,隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),試樣電荷傳遞電阻增大,表明合金中的Cu元素發(fā)生了晶界溶解腐蝕,腐蝕產(chǎn)物在合金表面堆積形成保護(hù)層,提高了合金的耐蝕性。鎳鉻合金稱為Inconel合金,合金中含有15%～22%的Cr,使合金在氧化條件下具備耐腐蝕性能及在高溫環(huán)境中具備抗氧化能力[52]。鉬對(duì)鎳基合金的強(qiáng)化作用比鉻好,目前常用的鎳鉬合金中鉬元素含量為26%～30%,抑制了鎳基合金涂層表面發(fā)生局部腐蝕。孟新靜等[53]研究了鉬元素對(duì)涂層耐腐蝕性能的影響,在低碳鋼基體上制備了Ni-Cu-Mo涂層,并對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,鉬元素提高了涂層的耐腐蝕性能,同時(shí)細(xì)化涂層表面微觀結(jié)構(gòu)。大量試驗(yàn)結(jié)果表明,在鎳基合金中同時(shí)加入16%～22%鉻及9%～18%鉬等元素,可以提高涂層的抗點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕能力,使得鎳基合金涂層在海洋環(huán)境等苛刻腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)出良好的耐蝕性能,為解決鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)效防腐問(wèn)題提供了可能[54]。由于鎳基合金材料種類眾多,影響其耐蝕性能的因素各異,制備鎳基合金涂層進(jìn)行防腐時(shí),應(yīng)研究不同熱處理工藝對(duì)其耐腐蝕性能的影響,并注意腐蝕介質(zhì)、服役條件與材料選取的匹配。2.3 鐵基合金

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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