【正文】 （鋅 /鋁）長效防護涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導則 根據(jù)國標 的有關(guān)規(guī)定，長期在戶外服役的鋼鐵結(jié)構(gòu)件，其長效防護鋅、鋁、及合金（鋅 /鋁）涂層可以按下表中的數(shù)據(jù)選擇應(yīng)用 非污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導則 第一次維修壽命 1） 涂層類型 2） 標號 總厚度 3） ， μm 很長（ 20 年以上） 噴鋁 Al160 160 噴鋅 Zn160 160 噴鋁 +封閉 Al120LF 120 噴鋅 +封閉 Zn160LF 160 長（ 10~20 年） 噴鋁 Al120 120 噴鋅 Zn120 120 噴鋅 +封閉 Zn120LF 120 噴鋁 +封閉 +涂裝 Al120QA 120+(30~100) 噴鋅 +封閉 +涂裝 Zn120QA 120+(30~100) 注： 1）涂層首次大修時間 2）涂層施加方案 3）最小局部厚度 表 4 非污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層 污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導則 第一次維修壽命 1） 涂層類型 2） 標號 總厚度 3） ， μm 很長（ 20 年以上） 噴鋁 Al160 160 噴鋅 Zn300 300 噴鋁 +封閉 Al160LF 160 噴鋅 +封閉 Zn160LF 160 長（ 10~20 年） 噴鋁 Al120 120 噴鋅 Zn160 160 噴鋁 +封閉 Al120LF 120 噴鋅 +封閉 Zn120LF 120 噴鋁 +封閉 +涂裝 Al120QB 120+(30~100) 噴鋅 +封閉 +涂裝 Zn120QB 120+(30~100) 中長（ 5~10 年） 噴鋅 Zn120 120 注： 1）涂層首次大修時間 2）涂層施加方案 3）最小局部厚度 表 5 污染內(nèi)陸大氣戶外使用的涂層 污染海洋大氣戶外使用的涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導則 第一次維修壽命 1） 涂層類型 2） 標號 總厚度 3） ， μm 很長 （ 20 年以上） 噴鋁 Al160 160 噴鋅 Zn300 300 噴鋁 +封閉 Al160LF 160 噴鋅 +封閉 Zn160LF 160 長（ 10~20 年） 噴鋅 Zn160 160 噴鋁 +封閉 Al120LF 120 噴鋅 +封閉 Zn120LF 120 噴鋁 +封閉 +涂裝 Al120QA 120+(30~100) 噴鋅 +封閉 +涂裝 Zn120QA 120+(30~100) 中長（ 5~10 年） 噴鋅 Zn120 120 注： 1）涂層首次大修時間 2）涂層施加方案 3）最小局 部厚度 表 6 非污染海洋大氣戶外使用的涂層 污染海洋大氣戶外使用的涂層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用導則 第一次維修壽命 1） 涂層類型 2） 標號 總厚度 3） ， μm 很長（ 20 年以上） 噴鋁 Al300 300 噴鋅 Zn400 400 噴鋁 +封閉 Al160LF 160 噴鋅 +封閉 Zn300LF 300 長（ 10~20 年） 噴鋁 Al160 160 噴鋅 Zn300 300 噴鋁 +封閉 Al120LF 120 噴鋅 +封閉 Zn160LF 160 噴鋁 +封閉 +涂裝 Al120QB 120+(30~100) 噴鋅 +封閉 +涂裝 Zn160QB 160+(30~100) 中長（ 5~10 年） 噴鋅 Zn160 160 噴鋅 +封閉 Zn120LF 120 注： 1）涂層首次大修時間 2）涂層施加方案 3）最小局部厚度 表 7 污染海洋大氣戶外使用的涂層 注：由于國家制定該標準和應(yīng)用導則時，國內(nèi)外鋅 /鋁合金尚未出現(xiàn)，從當前發(fā)展趨勢來看，當然鋅 /鋁合材料為最佳選擇。目前國內(nèi)已研制成功了超音速電弧噴涂和高速電弧噴涂裝置，據(jù)有關(guān)單位測試，現(xiàn)就噴涂純鋁涂層三種噴涂方法的主要性能，列表如下： 涂層性能 噴涂方法 氣孔率（％） 結(jié)合強度（ PMa） 鹽霧試驗 涂層硬度 氧乙炔絲噴 10~12 較好 較好 HB32 普通電弧噴涂 3~10 20~40 好 超音速電弧噴涂 ＜ 1 40~60 優(yōu) 表 4 三種噴涂方法純鋁涂層主要性能 從上面三種噴涂方法主要性能對比中可以看出，超音速電弧噴涂由于采用了拉伐爾噴咀，將噴涂粒子速度提高到超音速，改善了粒子霧化效果，提高了涂層質(zhì)量。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，一種新的電弧噴涂方法 ——超音速電弧噴涂技術(shù)應(yīng)運而生。 2. 電弧線材噴涂技術(shù)的發(fā)展與提高 熱噴涂鋅、鋁涂層，傳統(tǒng)的噴涂工藝是氧乙炔火焰絲材噴和電弧絲材噴涂，其電弧噴涂技術(shù)發(fā)展具有兩大特點：一是噴涂粒子速度的提高，二是噴涂絲材品種的增加和性能的改善，使這個傳統(tǒng)的噴涂工藝獲得了新生并發(fā)展壯 大。并用于生產(chǎn)實踐， 85/15 鋅鋁合金涂層的特點： （ 1） 85/15 鋅鋁合金涂層氣孔率很小，具有快速自然封孔； （ 2）因較高的電化學勢位差而具有持續(xù)的犧牲容量，能與鋅絲相匹敵； （ 3）鋁基降低鋅溶解，延長防護年限； （ 4）從技術(shù)和審美角度看， 85/15 鋅鋁合金涂層可不用封孔，厚度可比純鋅涂層要求的小，比純鋁涂層要求的更小； （ 5） 85/15 鋅鋁合金涂層在氯化鈉或二氧化硫的大氣環(huán)境下和地下防腐方面性能優(yōu)良。近年來，采用電弧噴涂或氧乙炔火焰絲噴，噴涂鋅、鋁涂層對鋼鐵結(jié)構(gòu)件進行長效防 護已經(jīng)列入國家標準并應(yīng)用到許多重大工程中。僅以我國上海地區(qū)為例 ，據(jù) 80 年代初統(tǒng)計，酸性降雨的 pH 值甚至低到 。一般情況下，噴鋅涂層用于弱堿性條件下，如圖 3 所示。我國南方幾個城市雨水的 pH 值列表如下： 城市 上海 蘇州 常州 南昌 福州 廣州 桂林 貴陽 雨水酸度（ pH） 表 2 我國南方幾個城市雨水的酸性化 圖 3 溶液 pH 值對 Zn、 Al、 Fe 腐蝕速率影響 隨著新型電弧線材噴鋁技術(shù)的發(fā)展，目前國際上大型鋼鐵構(gòu)件長效防護涂層，噴鋅涂層除繼續(xù)在鄉(xiāng)村大氣、淡水、和偏堿性氣氛中使用外，正在逐漸被噴鋁涂層所代替。 鋅、鋁、及合金（鋅 /鋁）涂層的比較 鋅、鋁涂層的比較 噴鋅涂層是國外應(yīng)用最早的一種陰極保護涂層， 60 年代以前長效防護大部分采用噴鋅涂層。而且噴涂過程中，鋁變成負電性更強的活化狀態(tài)，能更好地對鋼鐵基體起陰極保護作用。 由于熱噴涂時鋅或鋁呈熔融液滴噴射到經(jīng)過糙化處理的鋼鐵表面上，熔滴有較大的熱能，獲得比有機涂層更牢固的結(jié)合強度，而且耐磨不會老化，因而具有更長的保護周期。一方面，可以象涂料那樣（尤其是經(jīng)過封閉處理的涂層）起著物理覆蓋作用，將鋼鐵與水和空氣等腐蝕介質(zhì)隔離開來，從而起到防護作用。采用普通的油漆防護時，由于漆膜與鋼鐵基體的粘附強度低，耐沖刷和顆粒磨損能力低，使用過程中老化變質(zhì)等原因，往往容易造成局涂層脫落、損壞，而使鋼鐵基體銹蝕，導致油漆層大面積起泡脫落，致使短期內(nèi)防護失效。該項技術(shù)已在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益，且應(yīng)用前景廣闊。有效防護期一般可達 20~30 年，最長有效記錄國外已有 60 年之久的記錄。工業(yè)發(fā)達的國家，每年由于金屬腐蝕所造成的直接經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 2~4％，我國這方面的經(jīng)濟損失每年也達數(shù)千億元。 熱噴涂鋁、鋅及其合金長效防護復合涂層的性能及應(yīng)用 北京瑞達安噴涂技術(shù)開發(fā)中心總工程師 （原全國熱噴涂協(xié)會秘書長） 教授級高級工程師 劉廣海 由于鋼鐵結(jié)構(gòu)件長期處在各種氣氛（包括海洋、工業(yè)城市、田野、礦井）、不同水質(zhì)（海水、淡水）的浸漬和不同的浸蝕環(huán)境中，均受不同程度的腐蝕而失效。 目前我國已引進了冷噴涂設(shè)備，中國科學院沈陽金屬研究所、西安交大等單位在應(yīng)用方面的研究已做了大量工作，不久將會在國內(nèi)達到實用階段。該工藝對粉末顆粒無熱影響，無氧化，制備的涂層性質(zhì)基本上與原料性質(zhì)相同。 冷噴涂技術(shù)是一項即經(jīng)濟又實用的噴涂技術(shù)，用于材料的表面涂層可以改善和提高材料的表面特性，如：耐磨性、耐腐蝕性和材料的機械性能等，最終提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 （ 10）冷噴涂技術(shù)正在興起。 （ 8）棒材及陶瓷軟線噴涂，正在為現(xiàn)場噴涂陶瓷及合金涂層服務(wù)，解決了一部分等離子，超音速現(xiàn)場不能噴涂的問題。 （ 6）引進的 HVOF、 HVAF 以及高能等離子噴涂設(shè)備正在攻克鋼廠結(jié)晶管。 （ 4）電弧及其它噴涂方法，噴涂 304L、 316L 不銹鋼材料、哈氏合金高耐蝕材料已在食品、化工容器中廣泛應(yīng)用，取代整體制作不銹容器，效果很好。 （ 2）采用激光重熔、高頻感應(yīng)重熔、電子束重熔、大功率火焰重熔、爐中重熔工藝，已在伐門、石油行業(yè)各種柱塞，連鑄機低溫段各種軋輥（如 1450 軋機輸送輥）廣泛應(yīng)用，克服了以往的氧乙炔火焰重熔功率低、易變形等缺，保證了涂層質(zhì)量，采用高頻重熔技術(shù)生產(chǎn)的石油光桿已出口國外。 幾種新工藝技術(shù)的應(yīng)用 （ 1）爆炸噴涂、超音速噴涂（ HVOF、 HVAF）噴涂連鑄機軋輥和爐底輥。所以熱噴涂技術(shù)的推廣應(yīng)用在國民經(jīng)濟建設(shè)中越來越顯得重要。 3. 當前我國熱噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢及特點 腐蝕和磨損是造成材料和零部件失效的主要原因，據(jù)有關(guān)資料報導，發(fā)達國家每年由于磨損和腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 4~5％，全世界每年生產(chǎn)的鋼材約 1/10 將變成鐵銹。軟線系統(tǒng)不易磨損，堅固耐用、壽命長。同等離子設(shè)備比較，購入、安裝、調(diào)式、使用、移動、管理都比較方便，不需要水、電及活性氣體等；在工廠內(nèi)就可以保養(yǎng)維修，不需要另外的技術(shù)支援?？朔颂沾砂舳滩荒苓B續(xù)送進的缺點?，F(xiàn)在 SNMI 軟線技術(shù)已從陶瓷噴涂材料發(fā)展到覆蓋所有熱噴涂領(lǐng)域所需要的材料，成為一個較為完整的新體系。法國 SNMI 公司從耐熱材料開始，研制成功了不但耐高溫、耐磨損、耐腐蝕而且有優(yōu)異加工性能的高技術(shù)陶瓷涂層材料，把其制成柔性軟線進行熱噴涂，使其在元器件表面上制備一層高技術(shù)陶瓷涂層，來滿足元器件的性能要求。 陶瓷棒材 隨著引進國外先進的棒材噴涂槍和國內(nèi)研制成功了新型棒材噴涂槍，目前這項技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展很快，原引進美國 NORTON公司陶瓷棒價格昂貴，不易推廣，近期安徽舒玉特陶公司、廣東順德科威熱噴涂陶瓷材料有限公司相繼研制成功并能生產(chǎn) Al2O TiO Al2O3/TiO Cr2OCr3C2 等各種陶瓷或復合陶瓷棒材，價格僅為進口的 1/2， 這些棒材的研制成功，將會推動我國棒材噴涂技術(shù)的發(fā)展。 該合金的推出將大大推動我國鋼鐵結(jié)構(gòu)件表面長效防護涂層工程的進展。近期國外出現(xiàn)了 85/15 鋅鋁合金絲（即鋅 ∶ 鋁 =85∶ 15），這種絲材由于鋅鋁比重相差懸殊，生產(chǎn)難度大，多年來一直是攻關(guān)課題， 1988 年國外開始生產(chǎn)，近期國內(nèi)經(jīng)過科研人員的不懈努力，也能生產(chǎn) 85/15 鋅鋁合金絲。近年來，采用電弧噴涂或氧乙炔火焰絲噴，噴涂鋅、鋁涂層對鋼鐵結(jié)構(gòu)件進行長效防護已經(jīng)列入國家標準并應(yīng)用到許多重大工程中。 85/15 鋅鋁合金絲 隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，在戶外服役的大型鋼鐵結(jié)構(gòu) 件如：鐵塔、橋梁、水閘門、地下電纜支架等，都需要長效防護。結(jié)合我國國情，北京有色金屬研究總院等單位，近期研制成功了相當于 45CT的涂層材料，可供電弧噴涂，價格僅為進口的 1/3，有廣泛的推廣應(yīng)用價值。有專家預測到 2050 年，我國燃煤鍋爐仍占 50％。 NiCrTi 合金絲 高溫 腐蝕磨損一直是工業(yè)鍋爐普遍存在問題，給生產(chǎn)帶來危害極大。所謂粉芯材料，就是各種合金皮、純金屬皮包裹著各種單一金屬及合金粉末，根據(jù)涂層需要，成份比例均可調(diào)整，目前生產(chǎn)廠家較多，市場上常見的有：低碳馬氏體、 7Cr1NiCr/Cr3C Ni/Al、 NiCrTi 等多種粉芯絲， 同時也有從俄羅斯引進的系列粉芯絲可供噴涂選擇。在涂層結(jié)合強度、孔隙率、氧化物含量、沉積效率 、噴涂材料選擇、系統(tǒng)成本、運行成本等方面，相對火焰粉末噴涂、火焰絲噴、以及等離子噴涂、超音速噴涂（某些特定領(lǐng)域）具有相當優(yōu)勢，這些都歸功于絲材品種增加、性能提高的結(jié)果。結(jié)合力強、抗氧化、抗沖蝕性較好，可以取代部分進口材料。 80 年代初美國人首先將這種材料噴涂于燃汽輪機葉片和動葉片，其涂層的保護期達 40000 小時以上，之后諸多噴涂廠家相繼使用。粘結(jié)底層本身通常就是抗高溫氧化、抗腐蝕涂層，在發(fā)動機葉片上也單獨使用這種涂層。北京礦冶研究總院、湖南先導等離子粉末公司等單位先后研制成功并批量生產(chǎn)復合型及燒結(jié)型 NiOr/Cr3C2 粉末材料，現(xiàn)已在航空、冶金、電力等方面廣泛應(yīng)用。而且 Cr3C2 的常溫硬度和熱硬度都相當高，與 Ni、 Co 等金屬濕潤性好，耐蝕優(yōu)良，因此，是性能優(yōu)異的抗高溫氧化、磨損和沖蝕材料。上述二種材料，在耐熔融金屬（鋅、鋁）腐蝕方面將有更廣闊的應(yīng)用前景。新型 TiB2 陶瓷材料不僅耐磨、耐腐蝕、耐高溫，還具有高導電、高導熱、高溫抗氧化等特殊性，且比重輕，可廣泛用于航天、航空、軍備、機械、冶金、石化等各部門，特別是鋁電解槽最好的陰極涂層材料。現(xiàn)已用于軍工，有關(guān)工業(yè)部門 10 余噸，取得了重大經(jīng)濟效益。 “九五 ”期間該院承擔了軍工國家攻關(guān)項目 “納米級鋁粉 ”的研制，進而研 制成功了納米鋁粉包復的鎳鋁復合型“噴涂材料 ”。這使得它在熱噴涂行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用市場與前景。鋁包鎳粉受熱到一定溫度后，組元間發(fā)生強烈的