一种钢材防腐涂层新技术

钢结构的腐蚀造成了巨大的经济损失和安全隐患，铺设防腐蚀涂层是应对这个问题的一种有效措施。从目前的研究成果看，要想对钢铁结构件进行长期的腐蚀防护，热喷涂技术是最为经济有效的防护方法。早期曾采用纯Zn、纯Al涂层对钢结构进行腐蚀防护。热喷涂纯锌涂层有很好的阴极保护作用，但对氯离子较为敏感，在海水或氯离子含量较高的环境中，其耐蚀性能有所降低。热喷涂纯Al涂层具有硬度高、耐腐蚀和抗冲蚀性能好的特点，但容易发生点蚀，并且对机械创伤较敏感。热喷涂Zn-Al涂层则很好地结合了两者的优点，具有比纯Zn或纯Al涂层更为优异的防腐蚀效果。研究表明，在Zn-Al合金中添加少量的Mg可进一步提高涂层的抗腐蚀能力。业内普遍认为，用电弧喷涂方法制备Zn-Al-Mg涂层是目前最为有效的钢材防腐技术

一，电弧喷涂技术的改进

电弧喷涂是利用燃烧于两根连续送进的金属丝之间的电弧来熔化金属，用压缩空气把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向基体形成涂层。高速电弧喷涂技术是在普通电弧喷涂基础上，根据空气动力学原理，优化了电弧喷枪的设计，使得雾化粒子能够获得更高的速度，因而喷涂效率高，更换喷涂丝材方便，安全系数高，涂层孔隙率显著降低，涂层的结合强度增大，有利于大规模推广应用。电弧喷涂只能采用导电的丝材进行喷涂，同时塑性差的、高硬的材料无法制成丝材使用，从而一定程度上限制了电弧喷涂可选材料的范围。粉芯丝材的开发应用解决了这一问题，拓宽了电弧喷涂技术的应用领域。

二，Zn-Al-Mg涂层的成分优化

研究发现，Zn-Al合金中加入适量的Mg，能显著改善涂层的耐蚀性。电弧喷涂制备的Zn-Al-Mg合金涂层呈典型的层状结构，涂层中交替存在着富Zn相和富Al相，结合了两者的防腐功能，并降低了Zn的氧化烧损，减少了对人体的危害。由于喷涂时液态金属熔滴在高速气流剪切力和反应热梯度作用下，加剧了熔滴的氧化，在涂层中相互堆叠的扁平颗粒之间和扁平颗粒的内部形成一定量的氧化物，大部分是以氧化物薄膜的形式存在，并与颗粒之间的截面结合良好，没有出现孔隙和裂纹。这些氧化物是耐蚀性极强的尖晶石结构氧化物，它们在腐蚀过程中转化为更为致密的尖晶石氧化物的水合物，呈极为细小的针状，堵塞孔隙，切断了腐蚀通道，阻止了腐蚀反应的进行，从而表现出更加明显的自封闭效果。即使涂层由于外界因素出现了局部剥落，其致密的腐蚀产物也可以很快填补缺陷，避免基体与外界直接接触，从而有效地保护基体。

此外，研究还发现，在Zn-Al-Mg合金涂层中加入稀土元素可以细化晶粒，减小雾化熔滴尺寸，使涂层中的扁平颗粒厚度明显变薄，组织更为致密均匀，减少了孔隙率，从而使涂层的耐蚀性能得到进一步提高。