热喷涂涂层对钢铁材料的长效腐蚀防护
朱 隽，徐雪莲，石秀强
电力设施腐蚀与控制
摘要：热喷涂的涂层体系主要包括金属涂层和复合涂层两大类。金属涂层主要是锌、铝及其合金涂层。复合涂层是在钢铁基材上覆盖金属涂层后再加非金属涂层(主要是有机涂料)进行封闭。本文对各种热喷涂涂层的防腐性能进行了大量的调研和对比，包括了很多具有参考价值的大气腐蚀数据和应用实例，数据证明热喷涂涂层对钢铁材料的防护性能优越，已成为当今大型钢铁结构件长效防腐的首选方法。本文同时对各种热喷涂涂层的性能特点进行了比较，并且对必要的验证性试验也进行了推荐和要求，在实际工程应用中，通常应根据具体工况选择、确定适合的涂层设计以满足工程的需求。
关键词：热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/repentu/20120914/1347588345484.html；涂层
l前言
在核电行业，钢铁材料的腐蚀防护是一个长期、复杂的系统工程，由于核电设备的使用寿命通常较长，甚至不可维修或更换，因此钢铁材料的长效腐蚀防护成为了核电工程设计中的一个莺要课题。
热喷涂的涂层体系主要包括金属涂层和复合涂层两大类，金属涂层主要是锌、铝及其合金涂层；复合涂层是在钢铁基材上覆盖金属涂层后再加非金属涂层(主要是有机涂料)进行封闭。对于大型钢铁结构件而言，此项技术操作灵活、不受尺寸限制，而且可得到较厚的涂层从而提供更长的使用寿命，防腐性能好。因此，在满足核电厂内设备／设施工况环境要求的情况下，热喷涂涂层成为了钢铁结构件的有效防腐方法之一。
本文对各种热喷涂涂层的性能特点进行了比较，主要针对热喷涂涂层的耐腐蚀性能展开了大量的调研，收集了可供参考的相关数据和信息，为防腐蚀涂层的设计提出了进一步的考意见，并且对必要的验证性试验也进行了推荐和要求。在实际工程应用中，通常应根据具体工况选择、确定适合的涂层设计以满足工程的需求，以使设备／设施在寿期内能够安全、可靠地运行。
2热喷涂涂层性能特点及国内外研究和应用情况
2．1涂层性能特点
锌是热喷涂防腐蚀工程中使用最早、最多的涂层材料，锌涂层腐蚀均匀且缓慢，具有良好的耐大气腐蚀性能。通常情况下，涂层厚度设计一般为50～500pum，可广泛应用于钢铁材料的防腐011。锌涂层的阴极保护作用突出，但其耐均匀腐蚀性较铝略差。铝涂层的耐均匀腐蚀性很好，但阴极保护效果不如锌。把锌和铝结合起来，则可综合铝及锌的各自特性，从而获得更优异的综合防护性能。通常情况下，当涂层厚度为120～160tun时，无论是否进
行封闭处理，涂层的防护寿命都很长。金属涂层上加非金属涂层的复合涂层可有效的对金属涂层的孔隙进行封闭，在要求同等防护寿命的情况下减少了金属涂层的厚度，可进一步提高涂层的抗腐蚀性能，因而目前也被广泛地采用。但封闭层的使用寿命有限，因此在长效防腐过程中，需考虑封闭层的维修。
2．2热喷涂层耐腐蚀性试验结果
2．2．1 国内外大气暴露试验
评价自然环境中钢铁结构物防腐涂层的耐蚀性能，大气暴露试验结果最具有信赖性。从20世纪40年代就有了大气暴露试验记载，试验结果发现涂层的厚度与耐腐蚀时间成正比，因此大气暴露试验的结果通常作为制定涂层厚度的重要依据。表1给出了具有代表性的热喷涂涂层大气暴露腐蚀试验结果。
2．2．2腐蚀速率与湿度、污染物的关系
在污染的空气中，当空气的相对湿度低于70％时，即使是长期暴露，金属的腐蚀速率也是很慢的。但是在有污染物存在的条件下，当相对湿度略高于70％时，腐蚀速率急剧增加。因此，金属的腐蚀速率与湿度和污染物关系密切，在污染的大气中，在低于临界湿度时，金属表面没有水膜，受到的是由于化学作用引起的腐蚀，腐蚀速率很慢；当相对湿度高于临界湿度时，由于水膜的形成，发生了电化学腐蚀，腐蚀速率急剧增加。
2．3 热喷涂防腐技术应用实例
表2包括了一些热喷涂技术对钢铁基体进行长效防护腐蚀的工程实例。鉴于热喷涂涂层在钢结构长效防护中的出色表现，采用热喷涂锌、铝或相应的合金涂层可以保护钢铁结构在多种腐蚀环境中长期安全地运行，经过半个多世纪的现场应用证明，热喷涂技术是当今钢结构大气中长效防腐的最好方法。
2．4涂层设计参考
2．4．1 TAFA涂层设计法
美国TAFA公司是世界最著名的热喷涂材料和喷涂设备公司之一，对各种热喷涂涂层的防腐性能都做过大量且深入的研究。根据研究数据和实际应用的情况，TAFA公司制定了涂层体系与使用年限间关系的速查表。
2．4．2行业标准
机械行业标准JB／T8427《钢结构腐蚀防护热喷涂锌、铝及其合金涂层选择与应用导则》，规定了各种典型腐蚀环境中推荐的热喷涂涂层。
3热喷涂层耐腐蚀性综合分析
从各试验数据和应用实例看来，国内外对热喷涂技术的防腐效果进行了大量的研究工作，应用领域正不断扩大，热喷涂已成为当今大型钢铁结构件长效防腐的首选方法。由于目前我国核电行业厂址大多位于海边，因此结合海洋性大气环境进行综合分析，归纳如下：
(1)涂层厚度与耐腐蚀时间成正比。因此适当提高涂层厚度，可延长对基体的保护。
(2)在严重污染的海洋大气环境中，比较保守和权威的试验结果是230µm的无封闭锌
涂层可以提供19年的保护；80—150µm经封闭处理的锌涂层可以提供19年的保护。在严重污染的海洋大气环境中，比较保守和权威的试验结果是150µm铝涂层无论是否进行封闭可以充分提供19年的保护，薄的铝涂层寿命比厚的铝涂层更长(由于薄的铝涂层更不易发生坑蚀及起泡)。
(3)加拿大标准协会认定，只有热喷涂的锌或铝涂层可以给予钢铁结构预期40年的保护寿命。
(4)英国标准协会(BSI)在1977年制定的钢结构防腐蚀技术标准中指出：只有热喷涂的锌或铝涂层才能保证钢铁结构在工业及海洋大气中20年不需维修口1。
(5)在污染的大气中，如果是在干燥的环境中，当相对湿度低于70％时的腐蚀速率大大低于此临界湿度以上时的腐蚀速率。
4验证性试验考虑
目前收集的资料数据具有一定的参考价值，在不同腐蚀环境中按防护寿命的要求，通常可根据涂层设计参考的推荐确定方案。但在核电行业的实际工程项目中，通常缺乏工况条件
下确切的试验研究或应用结果，建议应进行验证性试验以得到实际使用工况下的腐蚀数据，为热喷涂材料的选择及厚度的选择提供依据。因此建议进行现场挂片试验测定拟设计涂层体系的年腐蚀量，具体的试验大纲可参考各种标准，并结合实际情况进行制定。
5结语
本文对各种热喷涂涂层的性能特点进行了比较，介绍了大量具有参考价值的大气腐蚀数据和长效应用实例，为防腐蚀涂层的设计提供了一定的支持与证明。针对核电行业设备／设
施防腐蚀的实际要求，通常应根据具体工况选择、确定适合的涂层，并推荐进行现场挂片大气暴露试验测定场址环境条件下涂层的年腐蚀量以帮助确定涂层的设计。
图略
参考文献略
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