电弧喷涂锌、铝复合层

        一、概述
        超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝及其合金涂层，外加封闭处理，就可以制备长效防护复合涂层。有效防护期一般可达２０－３０年，最长有效期外国已有６０年之久的记录。随着我国电弧喷涂热喷涂技术的发展与提高，锌、铝及其它合金涂层将逐渐取代传统的刷漆工艺，在某些领域里应用超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝涂层也代替了大部分热浸镀锌工艺。这里以超音速热喷涂锌、铝涂层为例，简要介绍长效防腐工艺的性能。　　
       由于钢铁结构长期处在各种气氛（包括海洋、工业城市、田野、矿井）、不同水质介质的侵蚀环境中，均受到不同程度的腐蚀。据资料介绍，全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈，大约有３０％的钢铁设备因腐蚀而失效。工业发达国家，每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的２－４％，我国这方面的损失每年也达上千亿元。
　　二、锌、铝长效防护复合涂层的性能
　　１、锌、铝涂层的防护机理
　　超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝复合涂层对钢铁基体有双重保护作用。
     研究表明，钢铁在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因，在没有保护的情况下，碳钢的平均腐蚀速度比锌高５－２０倍，比铝高４０－１００倍。采用普通的油漆防护时，由于油漆与钢铁基体的粘附强度低、耐冲刷和颗粒磨损能力低、使用过程中老化变质等原因，往往容易造成局部涂层损失脱落、而使钢铁基体锈蚀，导致油漆层大面积起泡脱落，致使短期内防护失效。
　　一方面，经过封闭处理的涂层可以起到物理覆盖作用。将钢铁与水和空气等腐蚀介质隔离开来，从而起到防护作用；另一方面，当涂层有孔隙、裂纹或损坏时，由于锌和铝的电化学性能比较活泼，电极电位比钢低，构成腐蚀电池时，锌或铝是负极，铁是正极，锌、铝失去电子，变成离子进入电解质溶液中而被腐蚀，其自由电子流向钢铁，使钢铁极化而受到保护。
　　 铝是一种活性很强的金属，很容易与氧结合，生成一层致密、坚硬的氧化保护层，有效的防止铝涂层进一步氧化。而且喷涂过程中，铝变成负电性更强的活化状态，能更好的对钢铁基体起阴极保护作用。
　　喷涂后采用低粘度涂料，对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆，成为以金属为基础的复合涂层，将进一步显著提高涂层防蚀能力，延长保护周期。
　　由于超音速电弧喷涂（热喷涂）时锌或铝呈熔融液喷射到经过粗化处理的钢铁表面上，熔融有较大的热能，获得比有机涂层进一步氧化。而且喷涂过程中，铝变成负电性更强的活化状态，能更好地对钢铁基体起阴极保护作用。
喷涂后采用低粘度涂料，对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆，成为以金属为基础的复合涂层，将进一步显著提高涂层防护能力，延长保护周期。
　　２、超音速电弧喷涂锌、铝涂层的特点
钢铁结构件采用喷涂锌、铝涂层加封闭涂装保护，形成长效防护复合涂层，与一般有机涂层相比有其突出特点：
　　（１）防护期长：喷锌、喷铝复合涂层、防护有效期一般可达２０－３０年，在大气中最长有效期国外达６０年之久的记录，而有机涂装的防护期一般为３－８年。
　　（２）结合强度比有机涂层高，达到２－３kgf/mm2。
　　（３）耐高温：喷铝涂层经扩散处理，可在９００℃高温下抗氧化；锌涂层亦可承受４５０℃。
　　（４）不存在老化变质问题。
　　（５）耐磨、耐冲刷、抗擦伤性能好。
　　３、喷锌、喷铝涂层的比较
　　喷锌涂层是国外应用最早的一种阴极保护涂层，６０年代以前长效防护大部分采用喷锌涂层。但是由于（１）锌层是一种牺牲阳极材料，因此喷锌涂层的防腐速率比喷铝涂层高，其耐蚀期与厚度成正比，要达到长效防蚀、喷锌涂层应有一定厚度；（２）锌的密度（7.09/cm3）。比铝（2.7cm3）高2.6倍，因此喷涂相同厚度的涂层，锌的消耗量是铝的2.6倍。国外资料报道，喷涂等效涂层厚度的情况下，锌比铝涂层成本贵一倍；（３）喷锌所形成的ZnO粉尘对人体呼吸道有危害；（４）喷锌时由于空气中CO含量不足，不能形成稳定的ZnCO3保护膜，而易疏松的Zn(OH)2，在锌涂层上产生许多“白锈”，腐蚀率升高；（５）由于工业区大气、城市大气中SO2含量较高，使雨水酸度增加，也能破坏ZnCO3膜的稳定性，使锌涂层腐蚀速率加快。
　　随着新型电弧丝材喷涂技术的发展，目前国际上大型钢铁构件广泛采用喷铝长效防护涂层。喷锌涂层除继续在乡村大气、谈水和偏碱性气氛中使用外、正逐渐被喷铝涂层所代替。
　　喷锌、喷铝涂层腐蚀速率与其使用环境介质的PH值密切相关。一般来说，喷锌涂层用于弱碱性条件下为好，喷铝涂层最好用于中性或酸性条件下。