關于鋅鋁偽合金涂層的介紹

關于鋅鋁偽合金涂層的介紹
1. 1 特點
若用成分相同的兩根金屬絲作為電弧的熔化極, 噴出后便得到成分為該金屬絲的涂層。使用兩根不同成分的線材噴涂時, 便得到這兩種材料的偽合金涂層( 金屬學中∀ 偽合金#一詞通常指由于時間、溫度等條件不夠, 未達到合金平衡狀態的一種多元金屬組織, 如偽珠光體等)。
這種涂層的顯著特點是: ∃ 具有較長的耐腐蝕壽命, 用鹽霧加速試驗表明, 其防腐蝕壽命可達80年以上, 在30年使用期內無需維護; 30年以后, 僅需在電弧噴涂層上涂刷封閉涂料和面層, 無須重新拷鏟和噴涂金屬, 體系的底層經久有效。% 電弧噴層與金屬基體具有優良的結合力(可達10 MPa以上) , 噴涂層以液固黏結、機械鑲嵌和少量合金方式與基體金屬相結合, 受到輕微的彎曲、沖擊或碰撞也能確保涂層不脫落、不起皮、結合牢固、防腐長久有效, 這一點是其他表面防腐涂層難以達到的。&電弧噴涂鋅、鋁或鋅鋁合金涂層的防腐蝕原理為陰極保護中的犧牲陽極保護, 在腐蝕環境下, 即使防腐蝕涂層局部破損, 周邊噴涂層仍具有保護鋼鐵基體的效果。
1. 2 鋅鋁偽合金涂層的電化學保護原理
為了利用犧牲陽極金屬(如鋅或鋁等) 保護鋼鐵, 人們曾選用過多種涂層作為防腐蝕系統的底層,如富鋅底漆、顯微鱗片狀富鋅涂層、電鍍鋅、熱浸鍍鋅、熱浸鍍鋅鋁合金、噴涂鋅鋁合金絲和噴涂鋅鋁偽合金等[ 3 ~ 7 ] 。用鹽霧加速腐蝕試驗的方法[ 8~ 12]篩選, 證明噴涂高含鋁量的鋅鋁偽合金涂層的防腐蝕性能優于對比試驗的其他涂層(富鋅底漆、鍍鋅等)。當對比試樣出現紅棕色銹斑時, 噴涂高含鋁量的鋅鋁偽合金涂層表現良好, 基本沒有紅棕色銹斑。覆蓋鋅、鋁和鋅鋁偽合金涂層的陰極保護作用優于涂膜的原理圖如圖3所示[ 6] 。
1. 3 高含鋁量鋅鋁偽合金涂層的制備
鋅鋁偽合金噴涂層主要采用電弧噴涂法獲得。以兩根同樣直徑的金屬絲作為電弧的熔化極, 一根鋁絲一根鋅絲。電弧噴涂時, 以同樣的送絲速度送出, 便會得到平均成分各占50% (體積)的偽合金涂層。
采用二次風進行熔絲噴涂的原理如圖4所示,在噴嘴中心的一次風將熔融金屬噴出的同時, 在錐形金屬霧柱的外圍施加二次風, 除了增加金屬霧粒噴射到鋼板表面的速度之外, 還可以加強霧粒表面的氧化。這樣, 除了金屬噴涂層的成分(平均成分)做到體積比為1: 1 (質量比為2. 7: 7. 3) 之外, 噴涂層后表面的氧化物還會大量增加。
1. 4 鋅鋁偽合金的組織結構特點
鋅鋁偽合金的組織結構主要是鋅和鋁兩種金屬的機械混合物, 還含有少量的鋅鋁合金。鋅鋁偽合金涂層的力學性能和化學性能兼有鋅、鋁兩種涂的特點。因為兩種材料的熔點相差不是很大, 可以進行這種組合。此外, 不同材料組合可以得到多種偽合金, 如鋅鋁鎂偽合金, 鋁鎂偽合金等。鋅鋁偽合金的顯微組織由純鋅相、純鋁相和一些鋅鋁合金相組成。在100~ 500倍左右的顯微組織圖中可以清楚地看到這些金屬相的分布狀態。因為電弧的溫度很高, 兩種純金屬絲呈熔融分散的狀態噴向鋼表面, 而鋼的表面是常溫, 高溫金屬急冷后呈純鋁相和純鋅相, 只有兩種金屬的接觸介面附近才能通擴散形成固溶體或固溶體與純鋁、純鋅混合的合金。
從液態金屬變成固態金屬結晶體需具備兩個條件, 一是有原子活動的能量(熱狀態), 二是有擴散的時間。兩種純金屬噴出時熱狀態下接觸的部分具備這兩個條件, 因而就產生了少量鋅鋁合金。據文獻介紹, 涂層中鋁元素越多且分布較分散時, 有利于氧化鋁的生成, 對鋼鐵起保護作用。圖5 為鋼鐵基體和鋅鋁偽合金層, 可以鑒別出純鋁相、純鋅相、合金相和氧化物。
1. 5 鋅鋁偽合金涂層的性能
( 1)電化學性能 介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋅涂層, 因此能對鋼鐵起很好的陰極保護作用。
( 2)力學性能 介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋁涂層, 有較高的硬度和抗沖擊性能。
1. 6 體積分數和質量分數
如果兩根不同金屬的絲, 其直徑和進給速度相同, 將得到金屬體積比為1∋1的偽合金噴涂層。如果兩根絲的直徑不同或送絲速度不同, 則可得到不同體積比的偽合金涂層。用兩根成分相同的合金絲(二元或多元合金)噴出的涂層其成分與合金絲相同。但實踐表明, 要制備含鋁量較高的鋅鋁合金絲是非常困難的, 這一點從圖6也可以看出。
有人指出[ 14] , 當鋅鋁偽合金涂層中鋁含量為30% (質量分數)時, 會得到理想的防腐蝕性能。我國的鋅鋁偽合金噴涂層的含鋁量已經接近這一目標。