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钢结构热喷涂长效防腐蚀技术

一、       引言

常用钢结构防腐蚀方法有涂料涂装、金属镀层、热浸镀锌或铝涂层。这些传统的办法很难满足一些大型、重要钢结构在服役期间不维护或少维护的要求,难以达到长效防腐蚀的目的。上世纪前叶,欧美发达国家开始用热喷涂技术来解决钢结构腐蚀问题,应用领域覆盖航空、机械、水利、交通、电力、石化等各个方面。热喷涂防腐蚀技术已被公认为钢结构长效防腐蚀中最有竞争力的方法之一。其特点:操作灵活、不受工件尺寸形状的限制,易于现场施工和维护;工件热影响小,较之热浸镀不受铁含量的影响,防腐蚀性能好;操作成本低,可实现防腐蚀施工的工厂化和机械化;相比其他方法对环境污染小。

二、       常用的热喷涂防腐蚀涂层

1.    Zn涂层

Zn是热喷涂防腐蚀技术中使用最早且使用最多的涂层材料。在大气和淡水环境下服役的钢结构腐蚀防护目前仍以热喷涂锌涂层为首选办法。但对高氯环境或近海钢结构热喷涂Zn涂层的长效保护作用并不好。Zn涂层腐蚀首先是在表面形成ZnO,然后发生水化或快速碳酸化反应,在NaCl溶液的侵蚀下,局部Cl-逐渐积累并在潮湿气氛共同作用下,难溶、密集的碳酸盐化合物被疏松、易于溶解的氯盐化合物取代。腐蚀产物的易溶性是Zn涂层耐腐蚀性能不高的一个重要原因,同时腐蚀产物还会引起涂层起泡,减低涂层的附着力。

2.    Al涂层

热喷涂Al与涂层Zn涂层相比,硬度高、耐久性和抗冲蚀能力好。Al涂层由许多保护性的氧化物薄层包裹的片状物组成,对点蚀和机械损伤比较敏感。

海洋环境中,Al涂层的保护作用优于Zn涂层。适用于飞溅区,但不适合潮差区。热喷涂得到的涂层组织内部和表面都有较厚的Al2O3膜,涂层的耐蚀性主要是依靠Al2O3的屏蔽作用。但Al2O3膜导电率低,电极电位较母材正,即在表层受到破坏时基体钢结构会受到腐蚀,而起不到电化学保护作用。

3.    Zn-Al涂层,

20世纪80年代,美国TAFA公司对纯铝、纯锌、Zn-15AlZn合金涂层进行了工业大气加速腐蚀试验,结果表明Zn-15AlZn合金涂层具有较好的耐腐蚀性能,且涂层的抗冲蚀能力好于Zn涂层。当涂层中Al含量为13%-15%时,Zn-15AlZn合金涂层具有纯锌涂层对钢铁基体有效的阳极保护且对裂纹和点腐蚀不敏感的特点。

三、       热喷涂防腐蚀涂层的耐蚀性

自1995年,日本JACC热喷涂委员会对Zn、Al及Zn-13Al热喷涂涂层作了长期暴露试验,在暴露10年和18年的报告均指出热喷涂Zn涂层比Al涂层出现红锈的时间要短,不适合海洋环境下的长效防腐蚀。而Al涂层在长期暴露后也出现白锈和红锈交替,当涂层破坏时红锈区迅速扩大。而Zn-13AlZn涂层的耐蚀性明显优于Zn、Al涂层。

美国焊接学会从1953年开始对锌、铝涂层进行了为期19年的挂片试验,证明热喷涂锌、铝加封闭涂层能对工业环境、海水环境和海洋性环境下的钢结构提供长效保护。

各国研究人员的试验结果表明:热喷涂锌铝长效防腐蚀的有效性,特别是锌铝合金涂层的耐蚀效果好于单金属涂层。

四、       热喷涂防腐蚀材料

热喷涂使用的丝材主要有三类:

1.    实心丝材:含铝量15%-25%Zn-Al合金丝材;

2.    Al粉芯丝材:15%-30%Zn-Al合金丝材;

3.    使用不同直径的锌丝和铝丝,利用不同的送丝速度喷涂制备不同铝含量的“伪”合金涂层,其铝含量最高可达55%。

另外,    Mg等元素的适量加入可提高涂层的抗红锈能力。

五、       防腐蚀喷涂工艺的改进

钢结构的腐蚀防护历经了油漆防护、重防腐涂料防护、热浸镀锌防护、火焰喷涂防护和电弧喷涂防护的发展过程。火焰喷涂防护和电弧喷涂技术能满足钢结构长效防腐蚀要求成为普遍采用的工艺方法。

使用火焰喷涂防腐蚀初期取得了很好的防腐蚀效果。但该方法不能解决涂层结合力相对较低、空隙率大、生产效率低的问题,特别是粉末火焰喷涂锌时烧损严重,限制了火焰喷涂在钢结构上的大面积应用。

20世纪80年代,随着电弧喷涂技术的发展和高速电弧喷涂技术的出现,熔滴速度提高,雾化效果改善,涂层结合强度增大,空隙率低,和火焰喷涂相比,大大提高了工作效率和工作安全性,已成为钢结构长效防腐蚀的首选办法。

电弧喷涂层与钢结构基体以机械镶嵌和微冶金的结合,提高了涂层结合力,在轻微碰撞或冲击下也能确保防腐涂层不起皮、不脱落,涂层外加有机封闭涂层的长效防腐蚀复合涂层能够实现30年内不维护的要求,达到长效防腐蚀的目的。
 

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