热喷涂铝涂层的一些特性

09月14日 18:27 93

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喷涂使用的铝丝纯度≥99.9%,涂层宏观硬度(HV)41.2。 与锌涂层相比,它的硬度较高、耐久性和抗冲蚀能力好。

锌和铝涂层之间的差别之一在于它们的腐蚀产物性质不同,锌的腐蚀产物稍溶于水,而在使用条件下,铝的腐蚀产物则转变成为不溶于水的氧化物。因而锌涂层的保护周期是取决于涂层的厚度,随着时间的推移,涂层逐渐减薄。而对于铝涂层来说,它表面的氧化膜有自愈性能,氧化膜永远存在于表面。一旦涂层中的孔隙已经被不溶解的氧化物所封闭,只要涂层不受磨损或机械损伤,涂层就几乎不再进一步消耗。 在一些腐蚀环境下,铝涂层实际上起了阳极涂层与隔离涂层的双重作用;铝涂层在其表面没有受到损伤时,起着惰性的隔离防腐蚀涂层的作用;一旦涂层的表面受到损伤,它又能提供活性的保护。由于氧化膜的存在,铝涂层在水中的溶解速度比按其电化学势所预期的要慢得多。此外,铝的密度比锌低得多,取得同样的防腐蚀效果所消耗的铝远远低于锌。由于铝的相对密度是锌的三分之一,得到相同厚度的铝涂层用铝量仅为达到同一目的用锌量的1/3。在用于钢铁构件的防腐蚀方面,铝与锌相似,它对钢铁基体的电化学保护较锌涂层差。铝在大气、淡水等中性环境中有良好的耐蚀性,但对钢铁材料来说,由于此时铝的电位较高,不能很好发挥阴极保护作用,而在海洋环境中,有氯离子存在时,铝相对钢铁基体为阳极从而对钢铁起到阴极保护作用。在海洋环境中,铝涂层的保护作用优于锌涂层。

铝在不氧化时电极电位也较母材为负,应该有阴极保护作用,正常情况下,铝的表面会存在一层致密的氧化膜,尤其是经热喷涂得到的涂层组织内部和涂层表面都有较厚的Al2O3膜。铝的耐蚀性主要依靠Al2O3膜的屏蔽作用,因为Al2O3组织致密,抗蚀性能强,使铝的年腐蚀率很低,达到了提高使用寿命的目的。但是应该看到由于Al2O3膜导电率低,电极电位较之母材为正,所以在工程用铝涂层的阴极保护作用较弱,即在表层破坏时母材金属会受到腐蚀,这就给单独使用铝涂层防护带来不利。此外,在热喷涂施工时,如果涂层较薄或封闭不当,将会出现“褐斑”锈蚀现象。对任何厚度的Zn涂层来说,孔隙并不十分重要,它们会通过阳极极化过程而自行封闭涂层孔隙。而对于Al涂层,如果涂层厚度较薄(小于100pum) 或涂层粗糙,在潮湿大气环境下,在涂层与基体的界面上开始产生腐蚀斑,既“褐斑”现象。侣涂层产生福斑的原因是由于在较薄的涂层中存在与界而连通的孔隙。来自大气中的腐蚀介质,尤其是氧和水分通过这些连通孔,穿透渗入到界面钢铁基体处,形成褐斑状的亚铁氧化物,这些腐蚀产物又通过孔陈跑到涂层表面,形成可见的“褐斑”。一般地讲,这些反应产物在数量上不多,且能封闭原有的连通孔,使腐蚀停止,因此,不会发生进一步的严重破坏。“褐斑”虽不影响涂层的使用寿命,但损坏涂层的美观效果。为避免铝涂层表面出现“褐斑”,一是要便涂层有足够的厚度;二是要在喷涂后及时对涂层做封闭处理。

高温抗氧化涂层是铝涂层的又一个重要应用。电弧喷涂铝涂层(厚度为0.2~0. 6mm)的工件不需专门的扩散处理可直接在生产中使用,在使用中,铝涂层发生熔化、扩散、生成铁铝化合物反应功。在铁铝化合物的外面形成致密的Al2O3膜。Al2O3膜能有效地阻止氧向钢铁基体的侵入,从而延缓钢铁工件的氧化速度。如果在轧制前,在高碳工具钢或高速工具钢坯表面喷涂一层铝涂层, 可控制整个制造过程中钢坯表面的氧化和脱碳程度,使经济效益相当可观。铝涂层用于抗氧化方面的应用还有,如燃烧器、加热体、退火罐、排气管道、水泥干燥设备、烟囱等。

电弧喷涂铝涂层的性能优于火焰喷涂,其根本的原因在于火焰喷涂对喷涂粒子所提供的热能与功能不足以造成涂层满意的结合,涂层结合强度太低,带有线材火焰喷涂的铝涂层的工件在周转与运输中常常在工件的边缘及突起的部位发生涂层的破损与脱落。线材火焰喷涂铝涂层时,对表面喷砂的要求非常苛刻,只要存在轻微的、没有彻底清除的氧化皮或锈蚀,涂层就难以形成。为了能够获得较可靠结合的铝涂层,需要非常高的喷砂等级。电弧喷涂设备的改进推动了铝涂层的进一步拓宽应用领域。

虽然电弧喷涂对基体的表面喷砂质量的要求宽松许多,但是与热喷涂锌涂层相比还是更加严格。热喷涂后铝涂层具有较大的收缩应力,如果对工件基体喷砂处理不到位,基体表面的粗糙度不够或表面的污物去除不净,涂层的收缩应力就会造成涂层起泡,甚至剥落。所以无论是电弧喷涂,还是氧乙炔火焰喷涂,在施工时,都需要进行严格的现场监督,保证喷砂质量,因为只有结合良好的铝涂层才能发挥长期保护钢铁基体的作用。当然,提高喷砂处理的等级,将会大大提高施工的成本,因为在热喷涂防腐施工过程中,喷砂工序往往是瓶颈工序。尽管严格的喷砂操作会增加施工成本,但是,在许多应用场合仍然使用热喷涂铝涂层,因为它能最大限度的发挥其使用寿命长的优点,更经济。

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