海洋腐蝕與防護(hù)是海洋開發(fā)中的一個重要問題，因為海洋大氣和海水腐蝕是造成海岸設(shè)施、近海工程結(jié)構(gòu)、船舶等損壞的重要原因。因此，研究海洋環(huán)境下建筑物的抗腐蝕性能和長效防護(hù)技術(shù)對人類開發(fā)海洋、利用海洋具有重大的戰(zhàn)略意義。

    國內(nèi)外大量的研究及應(yīng)用結(jié)果表明，熱噴涂鋁、鋅及其合金涂層是最有效和最經(jīng)濟(jì)的防護(hù)方法。因為鋁、鋅和鋁鋅合金涂層具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，鋁、鋅對于鋼鐵是陽極性材料，即使涂層稍有缺陷也會通過犧牲陽極來保護(hù)鋼鐵基體，使其免受腐蝕，因此鋁鋅被廣泛用作鋼鐵構(gòu)件的防腐蝕涂層。因此可以采用熱噴涂鋁、鋅及其合金涂層對鋼鐵構(gòu)件和構(gòu)筑物進(jìn)行長效防護(hù)。本文即對熱噴涂鋁鋅及其合金在海洋環(huán)境下的具體應(yīng)用做簡要介紹，供企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)及其相關(guān)人員參考。

    一、國外對熱噴涂鋁鋅的研究和應(yīng)用

    英國是應(yīng)用熱噴涂防腐蝕技術(shù)最早的國家之一。在1939年首次采用熱噴涂鋅涂層方法保護(hù)新建的威爾士Menai海峽大橋的鋼鏈和部分鋼結(jié)構(gòu)。噴涂的鋅涂層厚度為0.125 mm，油漆封孔。15年后檢查鋅涂層基本完好，鋼鐵基體保護(hù)完好，無需修復(fù)。1989年英國人J . C. Bailey等在第12屆國際熱噴涂會議上提交的論文中提到，經(jīng)過50 年的使用，Menai海峽大橋的鋼鐵基體仍然被很好地保護(hù)著。1956年后英國開始對新建的大橋整體實施熱噴涂鋅涂層防腐處理。位于蘇格蘭的Qucesferry的Forth Road橋處于多風(fēng)的海洋環(huán)境，橋長3.6 km，建成于1964年。該橋采用防腐工藝是磷化底漆和熱噴涂鉻酸鋅涂層，然后涂上云母氧化鐵面漆，大橋使用13年后無維修，保護(hù)層色澤完好，僅對部分油漆脫落處進(jìn)行少量的維修。采用熱噴涂鋅涂層的防腐方法能有效地防止鋼鐵構(gòu)件與瀝青路面接觸而發(fā)生生銹、腐蝕，降低橋梁發(fā)生斷裂破壞的危險。

    1926年，美國在亞利桑那洲鹽河上修建了Mormon Flat水庫，在1937 年安裝了2個15 m寬×15 m高的溢洪道閘門。隨著水庫水位的變化，閘門有時泡在水中，有時暴露在烈日之下，從經(jīng)濟(jì)利益和安全方面考慮，必須采取有效的防腐措施，保證盡可能的延長水庫的使用壽命。經(jīng)過反復(fù)論證，最后決定采用熱噴涂鋅涂層的方案。為保證40年的涂層壽命，工作人員初步預(yù)計鋅涂層的厚度應(yīng)至少0.175 mm。考慮到水面上經(jīng)常有漂浮物的碰撞會損壞閘門上凸起的鉚釘及焊縫區(qū)域的鋅涂層，為了充分發(fā)揮鋅涂層的陰極保護(hù)作用，使得涂層能在某些區(qū)域出現(xiàn)局部破損的情況下，對這些破損區(qū)仍有保護(hù)作用，決定在鋅涂層表面不涂刷任何涂料。施工后對噴涂層測量，涂層厚度基本在0.175 mm～0. 25 mm之間。1992 年3 月，水庫的管理者決定對它們進(jìn)行仔細(xì)地檢查。此時水庫的水位已低于以往最低水位線1米，可以很好地檢查閘門水位線附近區(qū)域的涂層狀況。檢查者看到在閘門表面沒有任何銹跡，鋅涂層表面狀況良好，無白銹（鋅的腐蝕產(chǎn)物），無明顯的鋅涂層不均勻腐蝕現(xiàn)象；雖然鉚釘頭、焊縫等凸起部位經(jīng)水面漂浮物的刮碰，表面鋅涂層已破損，鋼鐵基體暴露出，但是鋼鐵基體沒有任何可見的腐蝕跡象。檢查人員使用涂層測厚儀檢測了多處涂層厚度，測量結(jié)果顯示，除極少數(shù)點的涂層厚度是0.1 mm外，其余點的厚度值都在0.175 mm～0.25 mm之間，與22年前原始噴涂的厚度相比，幾乎沒有大的變化。可見，鋅涂層在水庫閘門防腐蝕方面起到了很好的保護(hù)作用。

    1984年6月，美國使用熱噴涂鋁涂層技術(shù)對北海中的Hutton生產(chǎn)設(shè)備中的張力支柱平臺的系鏈、升降機(jī)和錐形塔進(jìn)行防腐蝕，因為對于這些高強度鋼制件來說，火焰噴涂鋁涂層不僅可提供一種鋁屏蔽層，而且一旦涂層受到破壞，還可以作為犧牲陽極保護(hù)所出現(xiàn)的漏涂區(qū)；在火焰噴涂層上可涂覆封閉涂料，封住火焰噴鋁涂層的孔隙，改進(jìn)涂層性能，延長其使用壽命。Hutton 平臺使用8年后，在飛濺區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象和褐色滲漏效應(yīng)。厚度測量表明，平臺安裝后涂層厚度沒有減少，通過拉伸和劃線試驗發(fā)現(xiàn)，涂層的結(jié)合強度很高（在10.35～13.8 MPa之間），除去鋁涂層基體仍顯原始噴砂的狀態(tài)，表明熱噴涂鋁涂層后的Hutton平臺抗腐蝕性能良好。

    二、國內(nèi)對熱噴涂鋁鋅的研究和應(yīng)用

    我國從20世紀(jì)80年代開始全面推廣應(yīng)用熱噴涂防腐蝕技術(shù)，對該技術(shù)的系統(tǒng)研究與試驗起步較晚。1983年開始由機(jī)械工業(yè)部武漢材料保護(hù)研究所負(fù)責(zé)開展了熱噴涂鋅、鋁及其合金涂層的電化學(xué)測試，在全國8個典型地區(qū)的大氣暴露試驗在不同海域的海水腐蝕試驗，長江三峽水域的淡水腐蝕試驗。通過對試驗結(jié)果的分析，為熱噴涂防腐技術(shù)在我國的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。

    1984年南京水利科學(xué)研究院設(shè)計了山東石臼港10×104 t級開敞式碼頭16根32 m跨度裝煤機(jī)鐵道梁噴金屬保護(hù)。由于該地區(qū)平時風(fēng)浪較大、結(jié)構(gòu)離海平面位置低、腐蝕環(huán)境較為惡劣，因此科學(xué)家將涂層設(shè)計為：火焰噴鋁加磷化底漆27. 5 μm，環(huán)氧云母氧化鐵40～50 μm，丙烯酸聚氨酯面漆30 μm防腐保護(hù)，封閉層總厚度為80～90 μm。1987年經(jīng)交通部鑒定認(rèn)為防腐蝕效果顯著，預(yù)計20年不需要大修。1994年檢查整個鋼梁無一銹點。

    1986年，中船七二五所將研制的高鋁鋅基合金線材采用火焰熱噴涂技術(shù)噴涂到幾條躉船船舷外側(cè)處于海洋大氣區(qū)和浪花飛濺區(qū)的部位（金屬涂層厚度約150μm），并進(jìn)行有機(jī)涂層封閉處理。2004年對仍在服役中的一艘躉船檢查發(fā)現(xiàn)鋅鋁涂層在海洋大氣區(qū)保存完整，在浪花飛濺區(qū)水線附近的鋅鋁涂層基本消耗，并出現(xiàn)了大量白色的鋅鋁金屬腐蝕產(chǎn)物，但鋼鐵基體卻沒有出現(xiàn)明顯的銹蝕現(xiàn)象。

    三、結(jié)語

    熱噴涂鋅鋁及其合金涂層已成為一種成熟的近海和海洋鋼鐵設(shè)施的防護(hù)技術(shù)，經(jīng)過適當(dāng)封閉的熱噴鋁涂層在常溫和高溫下對處于飛濺區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出優(yōu)良的防腐蝕性能，按目前的技術(shù)水平，200μm厚的熱噴鋁涂層對鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)的防護(hù)壽命預(yù)計將超過30年。我國的熱噴涂防腐蝕技術(shù)起步較晚，這種有效的防護(hù)方法還沒有引起普遍的重視，在腐蝕嚴(yán)重的海洋環(huán)境中鋼鐵設(shè)施的熱噴涂長效防護(hù)應(yīng)用在我國目前仍然較少，有待進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，開發(fā)研究該技術(shù)對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有很大的推動作用。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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