电弧喷涂耐海水腐蚀金属涂层的研究进展
发布时间：2021-12-19 15:00
电弧喷涂金属涂层作为钢结构表面防护的一种重要措施,经过几十年的发展,已成为成熟的表面工程技术和产业。同时,随着新的喷涂工艺、设备和材料的不断研发,电弧喷涂金属涂层应用领域日益广泛。与此同时,使用电弧喷涂技术进行防腐的缺点也日益突出,尤其是喷涂过程中存在有害物质排放等问题,严重制约了其发展。电弧喷涂制备的涂层孔隙率低、微观组织致密、结合强度高且经济性好。相比于其他传统防腐技术,电弧喷涂金属涂层应用于钢结构的表面防护具有如下优势:（1）电弧喷涂沉积效率高、操作容易,便于现场施工;（2）涂层在海洋苛刻腐蚀环境中服役时间长。然而,电弧喷涂耐海水腐蚀金属涂层的服役环境介质不同,对涂层的耐蚀性能提出了更高的要求。因此,近几十年来除研究电弧喷涂工艺参数外,科研工作者们着力研发多功能、高性能的喷涂材料,并取得了丰硕成果,同时充分利用电弧喷涂技术的优势可显著提高涂层的性能。目前电弧喷涂金属涂层材料正朝着复合化、新型化方向发展。目前,用于钢结构表面防护且已取得广泛应用的喷涂材料有锌/铝及其合金、镍基合金、铁基合金和铜基合金等。其中锌、铝及其合金是使用最早且最广泛的喷涂材料;镍基合金可通过加入铬、钼等抗点蚀...
【文章来源】：材料导报. 2020,34(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Mn和Mo含量对奥氏体不锈钢腐蚀速率的影响[67]
锌、铝及其合金材料对机械损伤和点蚀特别敏感,因而其可靠性变差,不能保证钢结构在使用周期内正常运转。针对锌、铝及其合金涂层防腐存在的问题,研究发现在锌、铝及其合金材料中加入适量的镁、硅和稀土(RE)等元素可以显著提高涂层的耐腐蚀性能[37-38]。卢飞等[39]研究高速电弧喷涂Zn-Al-Mg-RE涂层在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,结果表明,涂层具备优异的电化学保护和屏蔽特性,且腐蚀产物可以细化涂层表面的微观组织结构,使其耐腐蚀性能显著提高。蒋穹等[40]通过研究电弧喷涂Al-Zn-Si-RE合金涂层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为,发现合金中的Si和氧的亲和力较强,生成的Si薄膜能够在涂层内部反应生成硅酸盐物质,降低涂层中的氧化物含量[41-42];合金中加入稀土(RE)元素可以改善涂层的微观组织结构,使得涂层结构更致密、孔隙率降低、耐蚀性更好。图2为涂层腐蚀试验后Al-Zn-Si-RE涂层的横截面[40],腐蚀产物堆积在涂层表面,不仅在涂层表面形成保护层,而且填充孔隙等表面缺陷,提高其耐腐蚀性能。随着腐蚀试验时间的延长,保护层逐渐变薄,直至丧失屏蔽作用。但稀土(RE)元素在涂层中的最佳质量比有待深入研究。研究者们制备了一系列金属基涂层,如Zn-Al-Mg-Si[43]、Al-Ti-Si-RE[44]等,并通过实海挂片试验证实其耐腐蚀性能良好。2.2 镍基合金
镍基合金是一种重要的耐海水腐蚀材料[45]。镍基合金中含有抗点蚀、缝隙腐蚀的合金元素,如铜、铬、钼等[46]。镍对铜、铬和钼等元素的固溶度较高,能够形成固溶体合金,既保留了镍的电化学特性,又具备其他金属元素的耐腐蚀性能。目前电弧喷涂用镍基合金材料主要有镍铜合金[47]、镍铬合金[48]、镍钼合金[49]和镍铬钼合金[50]等。镍铜合金中主要含镍、铜和铁等元素,称为Monel合金,在苛刻腐蚀环境中表现出良好的耐腐蚀性。Bagherzadeh等[51]研究了Monel合金在5% HCl溶液中的腐蚀行为,图3为Monel合金在5% HCl溶液中浸泡不同时间后测得的电化学阻抗谱的奈奎斯特图和伯德图,可以看出,随着浸泡时间的延长,试样电荷传递电阻增大,表明合金中的Cu元素发生了晶界溶解腐蚀,腐蚀产物在合金表面堆积形成保护层,提高了合金的耐蚀性。镍铬合金称为Inconel合金,合金中含有15%～22%的Cr,使合金在氧化条件下具备耐腐蚀性能及在高温环境中具备抗氧化能力[52]。钼对镍基合金的强化作用比铬好,目前常用的镍钼合金中钼元素含量为26%～30%,抑制了镍基合金涂层表面发生局部腐蚀。孟新静等[53]研究了钼元素对涂层耐腐蚀性能的影响,在低碳钢基体上制备了Ni-Cu-Mo涂层,并对其进行电化学腐蚀实验,结果表明,钼元素提高了涂层的耐腐蚀性能,同时细化涂层表面微观结构。大量试验结果表明,在镍基合金中同时加入16%～22%铬及9%～18%钼等元素,可以提高涂层的抗点蚀和耐缝隙腐蚀能力,使得镍基合金涂层在海洋环境等苛刻腐蚀环境中表现出良好的耐蚀性能,为解决钢结构的长效防腐问题提供了可能[54]。由于镍基合金材料种类众多,影响其耐蚀性能的因素各异,制备镍基合金涂层进行防腐时,应研究不同热处理工艺对其耐腐蚀性能的影响,并注意腐蚀介质、服役条件与材料选取的匹配。2.3 铁基合金
【参考文献】：
期刊论文
[1]导静电防腐涂料的研究进展[J]. 杨明坤,刘斌,夏杰. 材料导报. 2018(S2)
[2]海洋环境下钢材表面镀铝工艺的研究进展[J]. 王瑶,赵雪妮,党新安,王旭东,张黎,杨建军,何富珍,张伟刚,刘庆瑶. 材料导报. 2018(21)
[3]高速电弧喷涂FePSiBNb纳米结构的涂层结构及电化学行为[J]. 孙博,程江波,刘奇,冯源,梁秀兵. 材料导报. 2018(12)
[4]中国陆上深层油气资源勘探开发现状及展望[J]. 徐春春,邹伟宏,杨跃明,段勇,沈扬,罗冰,倪超,付小东,张建勇. 天然气地球科学. 2017(08)
[5]Al-Ti-Si-RE涂层在模拟深海压力下的耐蚀机理[J]. 童辉,魏世丞,刘毅,王新坤,刘文超,徐滨士. 稀有金属材料与工程. 2016(11)
[6]装备修复用铜合金涂层制备方法及应用研究[J]. 刘基凯,苏新勇. 表面技术. 2016(09)
[7]海洋工程腐蚀防护及水下焊接修复技术研究[J]. 毕凤琴,李会星,孙振旭,徐子怡,赵红梅,王勇. 材料导报. 2014(23)
本文编号：3544625
【文章来源】：材料导报. 2020,34(13)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Mn和Mo含量对奥氏体不锈钢腐蚀速率的影响[67]
锌、铝及其合金材料对机械损伤和点蚀特别敏感,因而其可靠性变差,不能保证钢结构在使用周期内正常运转。针对锌、铝及其合金涂层防腐存在的问题,研究发现在锌、铝及其合金材料中加入适量的镁、硅和稀土(RE)等元素可以显著提高涂层的耐腐蚀性能[37-38]。卢飞等[39]研究高速电弧喷涂Zn-Al-Mg-RE涂层在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,结果表明,涂层具备优异的电化学保护和屏蔽特性,且腐蚀产物可以细化涂层表面的微观组织结构,使其耐腐蚀性能显著提高。蒋穹等[40]通过研究电弧喷涂Al-Zn-Si-RE合金涂层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为,发现合金中的Si和氧的亲和力较强,生成的Si薄膜能够在涂层内部反应生成硅酸盐物质,降低涂层中的氧化物含量[41-42];合金中加入稀土(RE)元素可以改善涂层的微观组织结构,使得涂层结构更致密、孔隙率降低、耐蚀性更好。图2为涂层腐蚀试验后Al-Zn-Si-RE涂层的横截面[40],腐蚀产物堆积在涂层表面,不仅在涂层表面形成保护层,而且填充孔隙等表面缺陷,提高其耐腐蚀性能。随着腐蚀试验时间的延长,保护层逐渐变薄,直至丧失屏蔽作用。但稀土(RE)元素在涂层中的最佳质量比有待深入研究。研究者们制备了一系列金属基涂层,如Zn-Al-Mg-Si[43]、Al-Ti-Si-RE[44]等,并通过实海挂片试验证实其耐腐蚀性能良好。2.2 镍基合金
镍基合金是一种重要的耐海水腐蚀材料[45]。镍基合金中含有抗点蚀、缝隙腐蚀的合金元素,如铜、铬、钼等[46]。镍对铜、铬和钼等元素的固溶度较高,能够形成固溶体合金,既保留了镍的电化学特性,又具备其他金属元素的耐腐蚀性能。目前电弧喷涂用镍基合金材料主要有镍铜合金[47]、镍铬合金[48]、镍钼合金[49]和镍铬钼合金[50]等。镍铜合金中主要含镍、铜和铁等元素,称为Monel合金,在苛刻腐蚀环境中表现出良好的耐腐蚀性。Bagherzadeh等[51]研究了Monel合金在5% HCl溶液中的腐蚀行为,图3为Monel合金在5% HCl溶液中浸泡不同时间后测得的电化学阻抗谱的奈奎斯特图和伯德图,可以看出,随着浸泡时间的延长,试样电荷传递电阻增大,表明合金中的Cu元素发生了晶界溶解腐蚀,腐蚀产物在合金表面堆积形成保护层,提高了合金的耐蚀性。镍铬合金称为Inconel合金,合金中含有15%～22%的Cr,使合金在氧化条件下具备耐腐蚀性能及在高温环境中具备抗氧化能力[52]。钼对镍基合金的强化作用比铬好,目前常用的镍钼合金中钼元素含量为26%～30%,抑制了镍基合金涂层表面发生局部腐蚀。孟新静等[53]研究了钼元素对涂层耐腐蚀性能的影响,在低碳钢基体上制备了Ni-Cu-Mo涂层,并对其进行电化学腐蚀实验,结果表明,钼元素提高了涂层的耐腐蚀性能,同时细化涂层表面微观结构。大量试验结果表明,在镍基合金中同时加入16%～22%铬及9%～18%钼等元素,可以提高涂层的抗点蚀和耐缝隙腐蚀能力,使得镍基合金涂层在海洋环境等苛刻腐蚀环境中表现出良好的耐蚀性能,为解决钢结构的长效防腐问题提供了可能[54]。由于镍基合金材料种类众多,影响其耐蚀性能的因素各异,制备镍基合金涂层进行防腐时,应研究不同热处理工艺对其耐腐蚀性能的影响,并注意腐蚀介质、服役条件与材料选取的匹配。2.3 铁基合金
【参考文献】：
期刊论文
[1]导静电防腐涂料的研究进展[J]. 杨明坤,刘斌,夏杰. 材料导报. 2018(S2)
[2]海洋环境下钢材表面镀铝工艺的研究进展[J]. 王瑶,赵雪妮,党新安,王旭东,张黎,杨建军,何富珍,张伟刚,刘庆瑶. 材料导报. 2018(21)
[3]高速电弧喷涂FePSiBNb纳米结构的涂层结构及电化学行为[J]. 孙博,程江波,刘奇,冯源,梁秀兵. 材料导报. 2018(12)
[4]中国陆上深层油气资源勘探开发现状及展望[J]. 徐春春,邹伟宏,杨跃明,段勇,沈扬,罗冰,倪超,付小东,张建勇. 天然气地球科学. 2017(08)
[5]Al-Ti-Si-RE涂层在模拟深海压力下的耐蚀机理[J]. 童辉,魏世丞,刘毅,王新坤,刘文超,徐滨士. 稀有金属材料与工程. 2016(11)
[6]装备修复用铜合金涂层制备方法及应用研究[J]. 刘基凯,苏新勇. 表面技术. 2016(09)
[7]海洋工程腐蚀防护及水下焊接修复技术研究[J]. 毕凤琴,李会星,孙振旭,徐子怡,赵红梅,王勇. 材料导报. 2014(23)
本文编号：3544625
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