電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理和應用現狀

王金輝(中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理和應用現狀

王金輝(中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000)

鋅鋁合金涂層是一種應用十分廣泛的防腐手段，在金屬材料表面噴涂鋅鋁合金涂層，可以對金屬材料實施有效的保護，能夠預防金屬材料的腐蝕，從而有利于延長金屬材料的使用壽命，也有利于減少金屬材料的維護與保養成本。電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術，電弧噴涂鋅鋁合金涂層是現階段防腐性能最好的涂層之一，在我國有著良好的發展前景與廣闊的發展空間。本篇論文中，筆者主要對電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理進行了探討，并分析了電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應用現狀，以供參考。

電弧噴涂；鋅鋁合金涂層；防腐機理

0 引言

電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術，隨著科學技術的不斷進步，熱噴涂技術也取得了一定的改進與完善，并得到了越來越廣泛的應用，其在實際應用過程中表現出了不可替代的優勢，合理選擇噴涂材料，有利于改善與提升金屬材料表面的耐腐蝕性，從而有利于延緩金屬材料的腐蝕速率。電弧噴涂鋅鋁合金涂層是一種性能十分理想的防腐涂層，具有良好的附著性、塑性，因此，變形前后的耐腐蝕性保持不變。熱鍍鋅鋁合金涂層中含有鋅、鋁以及微量的稀土元素，相比較于常規熱鍍鋅，熱鍍鋅鋁合金涂層的耐大氣腐蝕特性較好，且涂敷性較好，因此能夠使涂層、合金層之間的結合長期保持穩定。

1 電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理

對于金屬材料來說，最為常見的一種腐蝕類型便是電化學腐蝕，海水、淡水、土壤以及大氣環境等，均會導致金屬材料發生電化學腐蝕。為了有效提升金屬材料的耐腐蝕性，可以應用兩種措施：一是按照鈍化機理理念，利用陽極保護法來提高鐵(Fe)的電極電位；二是按照極化機理理念，采取陰極保護法來降低鐵(Fe)的電極電位[1]。

1.1 鋁含量對電弧噴涂鋅鋁合金涂層性能的影響

一般來說，普遍認為為加強電弧噴涂鋅鋁合金涂層的耐腐蝕性能，必須遵循百分之三十的標準來嚴格控制鋅鋁合金涂層中鋁的質量分數。然而，由于鋅、鋁兩種材料之間的密度存在著很大的差異，導致鋅鋁合金的生產難度大幅度增加，基于這樣的原因，就現階段來說，我國依然尚未生產出相應質量配比的鋅鋁合金。目前，可以成功生產的鋅鋁合金主要有2種，一種是鋅、鋁質量分數比為百分之八十五比百分之十五的鋅鋁合金，另一種鋅、鋁質量分數比為百分之八十比百分之二十的鋅鋁合金[2]。經過近年來的不斷發展，電弧噴涂技術也取得了一定的改進與完善，其噴涂絲材除了實心絲材之外，也研發了一些新型的、性能更加優越的耐腐蝕粉芯絲材。粉芯絲材主要由外皮與粉芯兩個部分組成，外皮通常情況下是金屬外皮，例如各種類型的金屬以及合金粉末等；粉芯絲材充分發揮了粉末和絲材兩者的優勢。一般情況下，改變了粉末成分之后，便可以實現涂層性能的改進與優化，同時也可以滿足柔性加工制造的要求。總而言之，粉芯絲材的研發與應用，在很大程度上拓展了高速電弧噴涂材料的應用范圍。

1.2 電弧噴涂鋅鋁合金涂層在氯離子環境下的防腐機理

我國相關研究學者在對百分之三氯化鈉溶液中鋅鋁合金的電化學行為進行研究的時候發現，在室溫環境中時，鋅在鋁中的最大溶解度僅為百分之二，在鋅含量逐漸增加的過程中，沿著晶間偏析富鋅成分，從而在晶界出現了一些偽共晶組織，這也就代表著鋁、鋅形成了固溶體區域。基于此，通常情況下可以將鋅鋁合金的溶解過程劃分為溶解、沉積以及再溶解[3]。固溶體區域中的鋅和鋁進行比較，是陽極性組分，但是與固溶體相比，富鋅成分也屬于陽極性組分，究其原因在于，根據電偶腐蝕原理的要求來看，通常情況下會對電解質接觸界面處存在的鋅原子、富鋅成分進行優先溶解，從而導致鋅鋁合金表面出現了點蝕孔，這就破壞了鋅鋁合金表面氧化膜的致密性、完整性，接下來便會對鋅鋁合金表面進行均勻溶解，經過一系列的反應之后，鋅鋁合金表面便會形成一層高電阻表面膜。除此之外，析出的物質還可以對鋅鋁合金表面氧化膜產生剝離的作用，從而暴露出一層新鮮的鋅鋁合金表面，使得鋅鋁合金表面的點蝕孔進一步擴大，破壞了鋅鋁合金表面氧化膜的致密性、完整性之后，又對其進行修補，這就構建了一個不斷的循環。

2 電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應用現狀

電弧噴涂是一種較為常用的熱噴涂技術，熱噴涂技術在實際應用過程中表現出了非常多的優勢，其中，最為明顯的一項便是其有利于加強金屬材料表面的防腐蝕效果，通過與金屬材料的結合，同時合理選擇適合的噴涂材料，從而可以有效改善、加強金屬材料的耐腐蝕性[3]。鋅鋁合金涂層就是一種性能優越的噴涂材料，其中含有鋅、鋁以及微量的稀土元素，相比較于常規熱鍍鋅，熱鍍鋅鋁合金涂層的耐大氣腐蝕特性較好，且涂敷性較好，因此能夠使涂層、合金層之間的結合長期保持穩定。在熱噴涂防腐涂層中，電弧噴涂鋅鋁合金涂層的地位非常重要，同時也是耐腐蝕性能最為優越的涂層之一，其具有非常廣泛的應用范圍、十分理想的性能以及比較優越的經濟性，因此得到了越來越廣泛的應用，電弧噴涂鋅鋁合金涂層比較適用于室外大型工程結構的防護。通過進行研究發現，電弧噴涂鋅鋁合金土層能夠充分發揮鋁涂層的鈍化保護作用、鋅涂層的陰極保護作用，同時，也有利于降低氧化鋅煙霧、氧化燒損對環境及人體造成的影響，在很大程度上提升了涂層沉積效率，從而有利于延長金屬材料的使用壽命，也有利于減少金屬材料的維護與保養成本。未來發展中，鋅鋁合金涂層有可能將會逐步取代傳統的油漆等重防腐涂料，在金屬材料的防腐保護中得到更好的應用。

我國相關學者對熱噴涂鋅鋁合金涂層對鋼結構的防護作用進行了實驗研究，發現，多種鋼結構防護涂層中，在淡水、海水以及大氣等條件下，只有鋅鋁合金涂層、鋅涂層、鋁涂層可以確保鋼結構的防腐壽命能夠超過20年，同時，鋅鋁合金涂層也比較適用于對一些基礎裝備、基礎設施的各種大型鋼結構構件進行防腐保護[4]。與此同時，也有相關學者對電弧噴涂防腐技術在橋梁工程中的應用情況進行了研究與分析，通過對比分析目前橋梁工程中應用比較廣泛的2種防腐技術，結果發現電弧噴涂鋅鋁合金涂層的免維護壽命高達20年至50年，而重防腐涂料涂層的免維護壽命僅為15年左右[5]。就現階段來說，我國已經將電弧噴涂鋅基防腐涂層、電弧噴涂鋁基防腐涂層以及電弧噴涂鋅鋁合金涂層應用于數百座橋梁工程中，且均得到了較為理想的防護效果。除此之外，還有一些學者對電弧噴涂技術在電廠中的應用情況進行了研究，結果發現，相比較于傳統重防腐油漆涂層，電弧噴涂鋅鋁合金涂層在電廠各種循環管路、鋼結構長效防腐體系中的有效應用，不僅可以提升防護效果，且免維護壽命高達30年以上，同時，在30年的免維護壽命之后，維護工期相對較短，維護難度也相對較小，因此得出結論為電弧噴涂鋅鋁合金涂層可以得到經濟效益、社會效益的雙贏。

3 結語

綜上所述，電弧噴涂鋅鋁合金涂層的應用現狀及防腐機理，是目前我國熱噴涂長效防腐涂層工藝技術研究領域中的一項重點。相比較于純鋁涂層、純鋅涂層以及傳統重防腐油漆涂層，鋅鋁合金涂層的耐腐蝕性能更好，基于這樣的原因，相信在接下來的發展中，電弧噴涂鋅鋁合金涂層會有更加廣闊的發展前景。

[1]彭欣,劉園園,張勍.電弧噴涂長效復合金屬涂層防腐應用進展及趨勢[J].山東化工,2016，(22)：57-59.

[2]黃金.電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理和應用現狀[J].化工管理,2016，(26)：166.

[3]梁國,魏偉,王玉純,賈傳寶,張婧,常德春.超音速電弧噴涂鋅鋁合金涂層的制備及在海水中的腐蝕行為研究[J].全面腐蝕控制,2014，(09)：55-56+81.

[4]黃鈺,程西云.電弧噴涂鋅鋁合金涂層的防腐機理和應用現狀[J].熱加工工藝,2014，(04)：9-11+16.

[5]劉安強,肖葵,董超芳,王恩清,魏丹,高瑾,李曉剛.電弧噴涂鋅鋁偽合金涂層的耐中性鹽霧腐蝕性能[J].材料保護,2011，(12)：12-15+3.

王金輝(1988- )，男，浙江人(原籍河北)，助理工程師，本科，主要從事汽車輪轂表面噴涂研究工作。