SOLUTION
解决方案
海洋耐蚀涂层方案
热喷涂(Thermal Spray)的定义
采用各种热源将粉状或丝状固体材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后高速喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层。
热喷涂特点
①涂层材料取材范围广
金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙、复合材料等。
②工件不受限制、可用于各种基体
金属、陶瓷、玻璃、石膏、布、纸、木材等固体
③可使基体保持较低温度、基材变形小
冷工艺30~200℃、不变形、不弱化
④工艺灵活
可10mm内孔，也可大型构件;可大面积，也可局部;保护性气氛，也可现场作业
⑤工效高、操作程序少、速度快
每小时几公斤~几十公斤
⑥涂层厚度可调范围大
几十微米~几毫米
⑦可得到特殊的表面性能
耐磨、抗氧化、耐热、导电、绝缘
⑧成本低、经济效益显著
海洋耐蚀涂层工作原理
■腐蚀原理：电化学腐蚀
阳极：氧化反应 Fe-2e=Fe2+
阴极：还原反应 1/2O2+H2O+2e=2OH-
■两种基本防护作用：机械隔离、阴极保护
机械隔离：涂层起到物理覆盖作用，较好地将钢铁基体与水、空气及其它介质隔离开。
以目前海洋环境中主要应用的锌铝材料为例。
表1 碳钢、锌、铝材料在不同大气类型中的平均腐蚀速率
|
大气类型 |
平均腐蚀速率（微米/年） |
||
|
碳钢 |
锌 |
铝 |
|
|
海洋 |
26~104 |
0.5~8 |
0.4~0.6 |
|
工业 |
28~175 |
2~16 |
1 |
|
乡村 |
4~65 |
0.2~3 |
0~0.1 |
阴极保护
■牺牲阳极阴极保护是使用电动序中较活泼的金属，如铝、锌、镁等等作为主要成分的合金作为牺牲阳极，从而减轻或防止被保护金属腐蚀的一种电化学方法。
■例如，由于铝的电极电位比钢铁低，在电解质溶液(海洋盐水、海洋大气)中，当铝涂层局部发生破损或有孔隙时，热喷涂铝涂层在海洋钢铁防腐中为牺牲阳极，使钢铁基体得到保护，起到阴极保护作用。
常见海洋耐蚀涂层应用情况
■铝、锌及其合金涂层
目前，在海洋大气环境下桥梁、铁塔海洋石油平台等钢等大型结构部件的防腐应用中，常选择纯铝(99%)或铝合金(如Zn-Al15，Al-Mg5)，其中锌铝合金中，若铝的质量分数为30%，则耐蚀性最佳。
■不锈钢涂层
不锈钢电极电位比铁高，易在涂层孔隙处产生电化学腐蚀，所以喷涂后必须封孔处理。
表2 Fe、金属涂层与海水腐蚀相关参数
几种金属涂层/封孔层的海水腐蚀性能
美国焊接学会19年腐蚀实验结果
■铝喷涂层厚度为0.08~0.15mm时，可以在海水、苛刻的海洋与工业大气中提供19年以上的完全的基体金属防护。
■未封闭的锌涂层厚度至少需要0.30mm，才可以在海水中提供19年以上的完全的基体金属防护。在苛刻的海洋与工业大气中厚度至少需要0.23mm，封闭层厚度需要0.08~0.15mm。
项目涂层系统设计及前期成果
■项目拟开展的涂层系统设计
本项目涂层设计主要由两部分功能涂层组成：首先是与基体材料直接结合的金属耐蚀层，该涂层主要起到机械隔离和耐海洋电解质腐蚀的作用;其次是与金属耐蚀层相结合的封孔层或有机耐蚀层，该部分涂层主要起到对内部金属耐蚀层可能存在的微小空隙进行填封，阻碍腐蚀介质进入涂层内部。
封孔层的选择
■由于喷涂涂层存在一定孔隙，因此为提高防腐效果，需进行封孔处理。目前，对于基体使用温度在120℃以下的钢材，常选择环氧类封孔剂，120℃以上的，选择较高温度下使用的铝硅类封孔剂。
■作为耐蚀涂层封孔处理材料，选择封孔剂应具有以下特性：
1.足够的渗透性;
2.耐化学或溶剂作用;
3.一定机械性能;
4.一定耐温、耐候性;
5.不影响涂层或基体性能;
前期成果
热喷涂耐磨防腐涂层技术
■钢结构防腐→耐蚀合金及其复合涂层技术
■动力系统磨损防护→扁平粒子界面颗粒强化涂层技术
■特殊功能表面涂层→可控微纳米结构涂层及复合涂层技术
金属/陶瓷复合涂层
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