热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究_贾恒琼.pdf
《热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究_贾恒琼.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究_贾恒琼.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、高速铁路新材料Advanced Materials of High Speed Railway第 2 卷 第 2 期2 0 2 3 年 4 月Vol.2 No.2April 2 0 2 3热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究贾恒琼,王涛,吴韶亮,史懿,魏曌,石振平,袁磊(中国铁道科学研究院集团有限公司 金属及化学研究所,北京 100081)摘要:选取了4种不同Al含量的热喷涂Zn-Al合金丝材,研究了Zn-Al涂层的厚度、微观结构、电化学腐蚀、耐盐雾腐蚀、附着力等性能。结果表明:涂层中Zn和Al微观分布与合金丝材的成分组成基本一致,说明2种元素的沉积效率基本接近100%;随着涂层中Al含量的增加
2、,涂层耐腐蚀性能大幅增加;热喷涂Zn-Al涂层的附着力优于钢结构防腐涂料的附着力。研究结果可以为热喷涂Zn-Al涂层的应用提供参考。关键词:热喷涂;Zn-Al涂层;耐腐蚀性能;附着力中图分类号:TQ153.2 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.2097-0846.2023.02.005热喷涂技术广泛应用于防腐工程中,通过选择适合的喷涂材料,在金属基体表面形成致密的粒状叠层涂层,大幅提高金属材料的耐大气腐蚀性1。Zn-Al合金是一种防腐性能优越的喷涂材料,含有Zn、Al以及微量的稀土元素,相较于常规热镀Zn、热镀Zn-Al合金涂层、热喷涂纯Zn(或纯Al),热喷涂Zn-Al合
3、金的耐大气腐蚀性更好,且与金属基材的结合强度更高,因此涂层与金属基材之间的结合更易长期保持稳定。其优势表现在:(1)Zn具有优良的电化学保护性,Al具有比Zn更好的化学稳定性,Zn-Al合金涂层能够充分发挥Al的钝化保护作用、Zn的阴极保护作用。Zn、Al对于钢铁是阳极性材料,即使涂层稍有缺陷也会通过牺牲阳极来保护钢铁基体,使其免受腐蚀2。(2)Zn-Al合金涂层有利于降低氧化锌烟雾、氧化烧损对环境及人体的影响,很大程度提升了涂层沉积效率,从而有利于延长钢构件的使用寿命,也有利于减少钢构件的维护与保养成本3。在我国,热喷涂Zn基防腐涂层、热喷涂Al基防腐涂层以及热喷涂Zn-Al合金涂层已应用于
4、数百座桥梁工程中,得到了较为理想的防护效果及良好的经济效益和社会效益。有相关学者通过对比分析目前桥梁工程中应用比较广泛的防腐技术,发现热喷涂Zn-Al合金涂层的免维护寿命高达2050年,而重防腐涂料涂层的免维护寿命仅为l5年左右4。未来发展中,Zn-Al合金涂层有可能会逐步取代传统的油漆等重防腐涂料,在金属钢构件的防腐工程中得到更广泛的应用。国内外研究人员积极研究热喷涂Zn-Al涂层在腐蚀防护领域的应用,取得了一系列的研究成果1-7,主要集中在耐腐蚀性能方面,但对于较低Al含量的Zn-Al涂层的微观结构、耐腐蚀性、附着力等方面的系统研究比较少。对不同Al含量热喷涂Zn-Al涂层的厚度、微观结构
5、、电化学腐蚀、耐盐雾腐蚀、附着力等性能和耐蚀机理进行了综合分析,为其应用提供参考。1 试验材料、涂层制备工艺和试验方法 1.1试验材料基材:钢板(150 cm70 cm1 cm),热轧带肋螺纹钢筋(20 mm50 cm)。4种市售合金丝材:纯Zn、Zn-Al 2(Al的质量分数为2%,余量为Zn)、Zn-Al 7.5(Al的质量分数为7.5%,余量为 Zn)、Zn-Al 15(Al的质量分数为 15%,余量为Zn)。1.2涂层制备工艺涂层制备工艺分为2步:首先对金属基材表面喷砂除锈,然后在处理后的基材表面热喷涂Zn-Al合金,涂层均匀,厚度120200 m。1.3试验方法(1)涂层厚度和微观结
6、构按照GB/T 49562016 磁性基体上非磁性覆盖层厚度测量 磁性法 在钢筋测试面均匀选取5个点,用磁性测厚仪测量并取其厚度的平均值。采用扫描电镜(SEM)观测钢筋涂层以及界面形貌,并测试涂层厚度;采用能谱仪(EDS)对涂层断面进行成分半定量测试,EDS分层图像中显示Zn和Al的分布。文章编号:2097-0846(2023)02002206收稿日期:20230310;修回日期:20230323基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(N2021G035)第一作者:贾恒琼(1980),女,副研究员,硕士。E-mail:第 2 期贾恒琼等:热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究(2)涂层
7、电化学腐蚀性能制备面积1 cm2的合金喷涂钢板,非喷涂面采用砂纸逐级打磨(从500#到1200#),乙醇清洗除污,干燥后在喷涂面的背面焊接铜导线引出,然后用环氧树脂将背面和侧面包封,露出1 cm2工作面积,每组3个试样。采用GAMRY Reference 600+型电化学工作站,试验溶液为3.5%(质量分数)氯化钠水溶液,采用三电极体系,工作电极为 1 cm2的合金喷涂钢板,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极,试验温度为(252),扫描范围为-1.5+1.5 V,扫描速率为0.5 mV/s。测量稳态的腐蚀电位E和腐蚀电流I的数据,作I-E图。利用Echem Analys TM软件读取腐蚀
8、电位、腐蚀电流、腐蚀速率等,腐蚀速率的测定采用塔菲尔(Tafel)线外推法。(3)盐雾环境下涂层腐蚀速率按 GB/T 17712007 色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定 测试喷涂涂层的钢筋经中性盐雾试验14 d后的腐蚀速率。试验步骤如下:4种涂层钢筋,每组3个,两端采用聚氨酯漆封闭,固化7 d后,作为钢筋试件备用。将制备的钢筋试件经无水乙醇冲洗、干燥后,称取初始质量,按照 GB/T 17712007将钢筋试样悬挂在盐雾箱中,共14 d。到达14 d时,将钢筋试件取出,经软毛刷去除表面附着物、去离子水冲洗、无水乙醇冲洗、干燥后,称取质量,按照JB/T 79012001 金属材料实验室均匀腐蚀全浸
9、试验方法 计算4种试样的腐蚀速率,并对涂层表面进行XRD分析。(4)涂层附着力在钢板上制备4种成分的涂层,按照GB/T 52102006 色漆和清漆 拉开法附着力试验 的步骤制备试样并测试。2 结果与分析 2.1涂层厚度和微观结构采用磁性测厚仪和扫描电镜测量厚度,4种钢筋的涂层厚度均在120200 m。钢筋涂层能谱仪测试结果见图1,Zn-Al 15涂层中Al的质量分数在10%左右,Zn-Al 7.5涂层中Al的质量分数在5%左右,Zn-Al 2涂层中Al的质量分数在2%左右,Zn涂层中Al质量分数为0。4种涂层中Zn质量分数均在80%以上,测试结果与合金丝材设计基本一致。以Zn-Al 15为例
10、观察试样断面形貌,如图2所示,界面结合良好,无裂缝,涂层充满了基体凹凸不平的表面。以Zn-Al 7.5和Zn-Al 15涂层为例观察放大2 000倍下Zn、Al和二者的EDS分层分布图像(见图3和图4)。图像清楚地显示了混合的Zn元素(蓝色区域)和Al元素(绿色区域),这表明热喷涂对于获得均匀的复合涂层是理想的。同时显示,Zn和Al在高速冲击过程中发生了严重的塑性变形,导致颗粒变平,形成瀑布状图案8。020406080100Zn-Al 15Zn-Al 7.5Zn-Al 2Zn元素质量分数/%ZnAl图1涂层中2种元素质量分数图2扫描电镜下Zn-Al 15试样断面形貌图3Zn-Al 7.5涂层中
11、Zn和Al的EDS分层图像23高速铁路新材料第 2 卷使用EDS软件分析涂层中Zn相和Al相的微观分布,图5(a)显示Zn-Al 7.5涂层中Al的质量分数为7.4%,与合金丝材中Al的质量分数(7.5%)基本相同;图5(b)显示Zn-Al 15涂层中Al的质量分数为14.1%,与合金丝材中Al的质量分数(15%)基本相同。考虑到测量误差,基本证实了2种金属元素的沉积效率接近100%。2.2涂层电化学腐蚀性能4种钢板涂层的电化学腐蚀极化曲线见图6,每组3个试样,曲线重合性较高。根据图6得出4种涂层的腐蚀电位E和腐蚀电流I(见图7),分析如下:(1)Zn、Zn-Al 2、Zn-Al 7.5、Zn
12、-Al 15涂层极化曲线中腐蚀电位分别是-1.310、-1.340、-1.294、-1.262 V,图4Zn-Al 15涂层中Zn和Al的EDS分层图像图5涂层中Zn和Al含量图64种涂层的极化曲线24第 2 期贾恒琼等:热喷涂Zn-Al涂层的耐蚀性能研究腐蚀电流分别是 136.0、291.8、366.8、250.6 A/cm2,设备程序上得出腐蚀速率分别是:5.17、10.99、13.47、8.91 mm/a,见图7(b)。在Al质量分数为2%时腐蚀电位负值最大,随着Al含量的增加,腐蚀电位向正向移动。腐蚀电流和腐蚀速率在Al质量分数为7.5%时达到峰值,在Al质量分数为15%时下降,是由于
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 喷涂 Zn Al 涂层 性能 研究 贾恒琼
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。