海洋耐蝕塗層方案


                    熱噴塗(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,通過高速氣流使其霧化,然後高速噴射、沉積到經過預處理的工件表面,從而形成附著牢固的表面層。

                    熱噴塗特點

                    ①塗層材料取材範圍廣

                      金屬、合金、陶瓷、塑料、尼龍、複合材料等。

                    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內孔,也可大型構件;可大面積,也可局部;保護性氣氛,也可現場作業

                    ⑤工效高、操作程序少、速度快

                      每小時幾公斤~幾十公斤

                    ⑥塗層厚度可調範圍大

                      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、導電、絕緣

                    ⑧成本低、經濟效益顯著

                    海洋耐蝕塗層工作原理

                    ■腐蝕原理:電化學腐蝕

                    陽極:氧化反應 Fe-2e=Fe2+

                    陰極:還原反應 1/2O2+H2O+2e=2OH-

                    ■兩種基本防護作用:機械隔離、陰極保護

                      機械隔離:塗層起到物理覆蓋作用,較好地將鋼鐵基體與水、空氣及其它介質隔離開。

                      以目前海洋環境中主要應用的鋅鋁材料為例。

                    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)

                    碳鋼

                    海洋

                    26~104

                    0.5~8

                    0.4~0.6

                    工業

                    28~175

                    2~16

                    1

                    鄉村

                    4~65

                    0.2~3

                    0~0.1

                    陰極保護

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

                    ■例如,由于鋁的電極電位比鋼鐵低,在電解質溶液(海洋鹽水、海洋大氣)中,當鋁塗層局部發生破損或有孔隙時,熱噴塗鋁塗層在海洋鋼鐵防腐中為犧牲陽極,使鋼鐵基體得到保護,起到陰極保護作用。

                    常見海洋耐蝕塗層應用情況

                    ■鋁、鋅及其合金塗層

                      目前,在海洋大氣環境下橋梁、鐵塔海洋石油平臺等鋼等大型結構部件的防腐應用中,常選擇純鋁(99%)或鋁合金(如Zn-Al15,Al-Mg5),其中鋅鋁合金中,若鋁的質量分數為30%,則耐蝕性最佳。

                    ■不鏽鋼塗層

                      不鏽鋼電極電位比鐵高,易在塗層孔隙處産生電化學腐蝕,所以噴塗後必須封孔處理。

                    表2 Fe、金屬塗層與海水腐蝕相關參數

                    幾種金屬塗層/封孔層的海水腐蝕性能

                    美國焊接學會19年腐蝕實驗結果

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

                    ■未封閉的鋅塗層厚度至少需要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。在苛刻的海洋與工業大氣中厚度至少需要0.23mm,封閉層厚度需要0.08~0.15mm。

                    項目塗層系統設計及前期成果

                    ■項目擬開展的塗層系統設計

                      本項目塗層設計主要由兩部分功能塗層組成:首先是與基體材料直接結合的金屬耐蝕層,該塗層主要起到機械隔離和耐海洋電解質腐蝕的作用;其次是與金屬耐蝕層相結合的封孔層或有機耐蝕層,該部分塗層主要起到對內部金屬耐蝕層可能存在的微小空隙進行填封,阻礙腐蝕介質進入塗層內部。

                    封孔層的選擇

                    ■由于噴塗塗層存在一定孔隙,因此為提高防腐效果,需進行封孔處理。目前,對于基體使用溫度在120℃以下的鋼材,常選擇環氧類封孔劑,120℃以上的,選擇較高溫度下使用的鋁矽類封孔劑。

                    ■作為耐蝕塗層封孔處理材料,選擇封孔劑應具有以下特性:

                    1.足夠的滲透性;

                    2.耐化學或溶劑作用;

                    3.一定機械性能;

                    4.一定耐溫、耐候性;

                    5.不影響塗層或基體性能;

                    前期成果

                    熱噴塗耐磨防腐塗層技術

                    ■鋼結構防腐→耐蝕合金及其複合塗層技術

                    ■動力系統磨損防護→扁平粒子界面顆粒強化塗層技術

                    ■特殊功能表面塗層→可控微納米結構塗層及複合塗層技術

                    金屬/陶瓷複合塗層

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