耐蚀涂层材料的应用原理

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：耐腐蚀是涂层的另一重要功能。2）涂层材料的腐蚀产物膜，包括氧化膜应致密无孔，韧性好，附着牢固，能将腐蚀介质与涂层、基体有效地隔离，起到腐蚀屏障的作用。3）对于钢铁基体材料，在存在电解质的条件下，涂层材料应具有比铁更低的电极电位，从而能对铁基体起有效的牺牲阳极的保护作用。这类情况下，必须对喷涂层进行适当的封孔处理。

耐腐蚀是涂层的另一重要功能。

热喷涂涂层的耐腐蚀原理：①利用牺牲阳极原理，将被保护金属与电位更低的活泼金属相偶接，由于两者电极电位不同，可以构成原电池，所产生的电流便是起阴极保护作用的阴极电流；②将比基材更耐腐蚀的材料喷涂在基材表面，以达到保护基材的目的。

室温下，钢铁材料耐大气条件酸、碱、盐的腐蚀，应用的就是牺牲阴极原理，常用的牺牲阳极材料主要有Zn、Al、Zn-Al和Zn-Al-Mg合金。通常采用电弧线材喷涂的方法制备。Zn、Al及Zn-Al和Zn-Al-Mg合金涂层对钢铁进行长效的防护，不仅是阴极保护作用，涂层本身也具有良好的耐蚀性。另外，涂层中金属微粒表面形成的致密氧化膜也起到了防腐蚀的作用。在工业和城市大气中，钢铁材料锈蚀损耗约400～500g/（m²·a），相应的腐蚀深度约为0.064mm/a。与此相对应，Zn的损耗是40～80g/（m²·a），相应的深度约为0.01mm/a。在没有保护的情况下，碳钢的年平均腐蚀速率比Zn高5～20倍，比Al高4～100倍。在不同的大气腐蚀环境里，钢材及Zn、Al的腐蚀损耗见表3-3。从腐蚀量的比较可明显地看出，在不同大气环境下，Zn、Al有良好的耐蚀性，其腐蚀速率比钢铁要低得多。重要金属的标准电极电位见表3-4。

表3-3　在不同的大气中钢和Zn、Al腐蚀损耗比较

（续）

表3-4 重要金属的标准电极电位

对于阳极性金属涂层，由于涂层孔隙和局部破损是不可避免的，腐蚀介质将渗透到基体表面，造成基材腐蚀。另外，虽然利用牺牲阳极作用保护了钢铁基材，但同时涂层本身也是要有损耗的。因此，选择适当的封孔剂涂覆在涂层表面上，并渗透到涂层的孔隙中，将涂层的孔隙封闭，阻止腐蚀介质的渗透，使涂层与基材之间不能构成腐蚀电池，不仅基材不受腐蚀，同时也保护了阳极性金属涂层。

4000h盐雾试验表明，单一阳极性涂层，无论涂层种类如何，24h后表面开始产生白锈，330h后都被白锈覆盖，即涂层本身受到腐蚀。涂层经封孔剂封闭后，3300h才出现白锈，经4000h白锈并无明显扩散，没有红锈出现。

应该注意，在温度高于60℃的水中，Zn/Fe电偶会发生极性倒置，Zn加速Fe的腐蚀。温度高时，也不宜用锌合金来保护铜合金，此时可用镁阳极或外电源法。

综上所述，耐蚀涂层材料选择的一般原则如下：

1）一般情况下，单相结构的涂层材料比多相结构的涂层材料具有更好的耐介质腐蚀能力。

2）涂层材料的腐蚀产物膜，包括氧化膜应致密无孔，韧性好，附着牢固，能将腐蚀介质与涂层、基体有效地隔离，起到腐蚀屏障的作用。

3）对于钢铁基体材料，在存在电解质的条件下，涂层材料应具有比铁更低的电极电位，从而能对铁基体起有效的牺牲阳极的保护作用。

4）除了喷焊层外，喷涂层均具有一定的气孔率，这会降低涂层的耐蚀性、抗高温氧化能力和电绝缘性能。这类情况下，必须对喷涂层进行适当的封孔处理。

金属型涂层和非金属涂层的均匀腐蚀均分为四个等级见表3-5。

表3-5 金属型涂层和非金属涂层的均匀腐蚀均分为四个等级