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冷噴塗防腐塗層的研究現狀

時間:2017-08-05 20:49:28  來源:AG亚游官网熱噴塗網整理  作者:tianzhongma

    根據冷噴塗製備防腐塗層的研究報道,將防腐塗層分為金屬塗層、複合塗層、非金屬塗層。

1 金屬塗層

1.1 AlAl合金塗層

    AlAl合金塗層是金屬構件腐蝕保護的常用材料。穀春燕等研究表明,冷噴塗Al塗層比熱噴塗塗層均勻致密,孔隙率低,具有較高的耐蝕性。董彩常等測試鋁塗層在海水中的自然腐蝕電位表明,400h後腐蝕電位在0.785V(vs.SCE)左右波動,可為碳鋼提供陰極保護作用;對塗層交流阻抗譜和動電位極化曲線的分析表明,鋁塗層表麵生成致密的腐蝕產物,阻礙海水中腐蝕介質的擴散,從而降低塗層的腐蝕速度。

    李相波等在Q235鋼基體上製備了不同質量比的Al-Zn塗層。通過掃描電鏡觀察和能譜分析發現,冷噴塗各組分Al-Zn塗層的內部無明顯缺陷,氧化率為2%~4%,塗層截麵孔隙麵積很小。開路電位實驗表明,1500h後,冷噴塗各組分Al-Zn塗層的電位基本穩定在1.0V(vs.SCE),可以長效地為鋼基體提供陰極保護作用。通過測定塗層在海水中的腐蝕電流發現,24d後各組分Al-Zn塗層的腐蝕電流密度穩定在1μA/cm2左右,塗層表麵發生均勻緩慢腐蝕,有效地降低了塗層的腐蝕速度。

    石仲川等研究發現,Al-Zn塗層平均孔隙率為0.8%,中性鹽霧實驗1000h後的抗腐蝕性能強於純鋁和純鋅塗層,即使Al-Zn塗層被破損也能達到770h的防腐效果。同時經過12個月的戶外大氣暴曬實驗發現,Al-Zn塗層表麵無腐蝕發生,對高強鋼基體起到良好的保護作用。

    除了集中研究AlAl-Zn合金塗層提供陰極保護作用以外,研究者還報道了其他Al合金塗層的研究,例如,李相波等製備的Al-CoNiCrAlY高溫合金塗層與鋼基體的結合力良好,中性鹽霧實驗240h後,合金塗層表麵完整,隻有少許白鏽,在10d的測試中一直沒出現紅鏽。10d海水浸泡實驗發現,Al-CoNiCrAlY合金塗層的自腐蝕電位一直穩定在0.85~0.9V(vs.SCE),低於裸鋼的保護電位(0.78V),對鋼基體起到陰極保護作用,可用於解決船舶內燃機和發動機材料易腐蝕問題。Al基塊體非晶塗層以其優異的耐磨損和耐腐蝕性能受到廣泛地研究和關注,WuX.Q.等製備的Al88Ni6La6Al86Ni6La6Cu2非晶合金塗層,與Al塗層相比具有更高的腐蝕電位和更低的腐蝕電流密度。D.Lahiri等通過掃描電鏡發現,冷噴塗Al90.05Y4.4Ni4.3Co0.9Sc0.35非晶塗層的致密度達到98%。動電位極化試驗表明,Al90.05Y4.4Ni4.3Co0.9Sc0.35非晶塗層在0.01mol0.1molNaCl溶液中的鈍態電流為2.0~6.3μA,遠低於6061Al基體的鈍態電流(9.8~28.7 A),同時利用Tafel線推算出的非晶塗層腐蝕速率是6061Al基體腐蝕速率的1/5。因此,采用冷噴塗技術製備的Al基非晶塗層在防護方麵具有很大的應用前景。

1.2 NiNi合金塗層

    Ni及其合金在海水、低濃度氫氟酸、硫酸和堿性液體中能保持高強度和良好的耐腐蝕性能,廣泛應用於耐腐蝕性的工業領域,如化學製品、石油化學加工、汙染治理、石油天然氣的開采、船舶工程、發電機設備,以及紙漿和紙張的生產等。

    邢路闊等采用低壓冷噴塗設備在45#鋼基體上製備Ni-Zn-Al2O3金屬陶瓷塗層,工藝參數的限製導致Ni-Zn-Al2O3塗層內部存在貫穿孔隙,致密性較差,但是塗層中的Ni有效阻止了Zn腐蝕產物Zn(OH)2的分解而具有化學防護作用。天然海水浸泡實驗表明,60d後,Ni-Zn-Al2O3塗層的腐蝕表麵無紅鏽產生,表現出良好的腐蝕防護性能。

    Ni-Cr塗層作為耐高溫和耐酸堿腐蝕犧牲層,被廣泛應用於鍋爐、垃圾焚化爐等高溫環境中。S.Harminder等采用Kinetics4000高壓冷噴塗係統在Ni基不鏽鋼上製備了平均孔隙率為0.875%Ni-50Cr塗層。通過在900℃的廢物焚燒爐中進行1000h的高溫腐蝕研究表明:Ni-50Cr塗層表麵生成了一層致密均勻的氧化皮,有效地阻礙了塗層與高溫環境中的氧氯化反應,從而提高了超耐熱不鏽鋼基體的使用壽命。S.Harpreet等進一步研究Ni-20Cr塗層在T22鍋爐鋼上的熱腐蝕性。研究表明,在溫度為900℃的Na2SO4-60wt%V2O5熔鹽環境中,製備的Ni-20CrNi-20Cr-TiCNi-20Cr-TiC-Re三種冷噴塗塗層能分別降低T22鍋爐鋼73%83%90%的熱腐蝕速率。

    當然,並不是所有的Ni基合金塗層均可獲得優異的防腐性能,例如,H.Koivuluoto等研究Ni-30%Cu塗層的自然腐蝕電位發現,與超音速火焰噴塗(HVOF)製備的塗層相比,冷噴塗Ni-30%Cu塗層的腐蝕幾率較大,原因是Ni-30%Cu塗層中存在貫通的氣孔。需要進一步優化冷噴塗工藝參數,才能提高Ni-30%Cu塗層的防腐性能。進一步對NiNiCuNiCu+Al2O3塗層進行塗膏耐腐蝕試驗研究發現,對塗層進行熱處理能顯著降低塗層孔隙率,提高其耐蝕性。S.Tria等采用冷噴塗技術製備Ni-Ti塗層時發現,在掃描電鏡下,球形的Ti顆粒與扁平狀的Ni顆粒交錯形成多層結構,這是因為NiTi顆粒本身的強度和塑性差異導致變形不一致,最終導致塗層孔隙率較大而影響其耐腐蝕性能。

1.3 Cu基塗層

    相比AlNi塗層,利用Cu金屬製備Cu基防腐塗層的研究相對較少,但是,當代學者認為CuCu合金塗層在海水中具有抗汙防腐能力,例如,K.D.Efird認為在海水當中的Cu以及Cu合金能夠形成氧化銅膜的溶解質,從而釋放出亞銅離子,能有效地毒殺海洋生物。徐經委等製備的Cu-Ni合金塗層在經過海水曝曬2年後喪失了抗汙防腐性能,研究發現Cu-Ni合金塗層中氧化亞銅成分很少,無法大量釋放亞銅離子達到防止海洋生物汙損船工裝備的目的,進一步證實了K.D.Efird的研究成果。丁銳等製備了防汙效果最好的Cu-30%Cu2O塗層,經過絕緣處理後,塗層的防腐防汙能力大幅提升,在服役1年之後仍沒有明顯的生物附著,也沒有發生嚴重腐蝕,目前已經成功應用於實船的海底門部位。

1.4 其他金屬塗層

    除了上述AlNiCu金屬合金,研究者還采用Ti和其他合金作為防腐塗層,例如,王祺等在不鏽鋼基體上製備Ti塗層,經過60d的中性鹽霧試驗發現,Ti塗層表麵無紅鏽滲出,能有效地保護不鏽鋼基體。文獻通過測定Co基硬質合金塗層的動電位值和電流密度表明,與基板相比,動電位為0.3~0.4V、電流密度為0.5~0.65μA/cm2Co基硬質合金塗層具有更高的腐蝕電位和更低的電流密度,能改善基板的摩擦腐蝕性能。

2 複合塗層

    目前,人們對複合塗層材料的研究越來越深入。采用複合塗層技術獲得的防腐塗層種類主要包括:金屬-陶瓷複合塗層、陶瓷複合塗層、多層複合塗層、梯度功能複合塗層等。例如,M.Couto等係統地研究了冷噴塗WC-25Co塗層的耐腐性能,研究表明,浸入35℃、5%NaCl溶液12h後,溶液尚未到達塗層/基體界麵;500h5%NaCl鹽霧腐蝕後,塗層表麵未出現點蝕。在優化的參數條件下,冷噴塗WC-Co塗層比HVOF噴塗WC-Co塗層表現出更高的耐腐蝕性能。

    邱善廣等采用冷噴塗技術製備Al-Al2O3塗層發現,加入10%~20%(體積分數)Al2O3的陶瓷相粉末,可以將塗層的孔隙率降低至1%~3%。對Al-Al2O3塗層進行海水浸泡的電化學性能測試和海洋飛濺區的耐蝕性能試驗表明,Al-Al2O3塗層的表麵鈍化膜和腐蝕產物膜具有物理隔離作用和陰極保護作用,可以為鋼基體提供全麵有效的腐蝕防護。K.Spencer等對Al-Al2O3塗層進行陽極極化和鹽霧腐蝕實驗表明,電解液沒有腐蝕基板,加入Al2O3陶瓷相顆粒對塗層的抗腐蝕性沒有負作用。O.Meydanoglu等在T66061Al合金基板上分別沉積了7075Al合金塗層以及7075Al-B4C7075Al-SiC金屬陶瓷塗層。采用微觀檢測手段發現,塗層孔隙率平均為(0.5±0.1)%(體積分數),不受B4CSiC陶瓷相的影響。對冷噴塗金屬陶瓷塗層的開路電位和動電位極化曲線的分析表明,7075Al合金塗層比7075Al金屬陶瓷塗層均具有良好的耐腐蝕性。WangY.Y.等對5056Al-SiC複合塗層的電化學分析同樣表明,塗層中SiC的體積分數變化對5056Al-SiC複合塗層的陽極極化行為沒有影響。

    LiW.Y.等研究Ni-Al2O3塗層在高溫條件下的抗氧化腐蝕表明,塗層中的顆粒在850℃高溫條件下發生冶金結合而變得更加致密,整個塗層幾乎沒有氧化層和氧化物滲透,可以有效地防止氧化腐蝕。ZhaoZ.B.等利用冷噴塗技術製備Zn-Al-Si複合塗層時,采用電磁或激光重熔法獲得Zn集中分布在表層的Zn-Al梯度塗層,利用塗層中電化學勢的差異降低塗層的電化學腐蝕速率,從而進一步提高基板的使用壽命。ZhouX等研究表明,Ti-50%HAP(羥基磷灰石)比Ti-Ca10(PO4)6(OH)2)-20%HAP具有更低的腐蝕電流和更高的耐腐蝕性能。

3 非金屬塗層

    非金屬塗層具有優異的韌性、耐磨性和抗衝擊性能,因此在表麵防腐、防空蝕和機械撞擊等方麵應用廣泛。馮拉俊等采用自行研製的套管式冷噴塗槍在X70管線鋼上沉積高密度聚乙烯塗層,利用衝蝕和加速腐蝕試驗研究聚乙烯塗層在油氣管道輸送環境中的耐蝕性。研究表明,噴塗溫度為200℃時,製備的聚乙烯塗層具有較好的耐衝刷性和耐腐蝕性能,衝刷試驗中隻有在銳角和高壓力衝刷條件下才出現劃痕和減重現象,在溫度為40~60℃和體積分數均為3%的氯化鈉、硫化鈉的混合溶液中,聚乙烯塗層的腐蝕速率為8.3~10.5mg/(m2h),相當於5mm厚的塗層具有長達50年的使用壽命。

    K.Ravi等通過優化冷噴塗噴管,在Al和聚丙烯基板上實現了超高分子量聚乙烯塗層的沉積,同時通過在聚乙烯粉末中添加納米級Al2O3陶瓷相解決了塗層稀薄和易脆問題,為後續聚乙烯塗層的耐腐蝕性研究奠定了基礎。宋岩等采用冷噴塗技術在雲峰電站的水口閘門上製備IC531無機矽酸鋅塗層,經過防腐性能對比試驗表明,相對於氯化橡膠和環氧瀝青塗層,該塗層具有更加優良的耐鹽水性、耐有機溶劑性以及耐熱性,同時具有極強的粘附性、不溶解性、快速固化性和金屬硬度,是適合於大麵積鋼結構表麵防腐的新型防腐方法。

  

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