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        海洋環(huán)境中滲鋅層和鋅鉻涂層的耐蝕性研究

        2019-09-01 09:40:38李瑞平
        科技與創(chuàng)新 2019年9期
        關(guān)鍵詞:海洋環(huán)境

        李瑞平

        摘要:為了驗(yàn)證鋼鐵滲鋅涂層和鋅鉻涂層的耐蝕性,通過采取中性鹽霧試驗(yàn)、電化學(xué)阻抗試驗(yàn)和極化曲線的方法對兩者進(jìn)行試驗(yàn),雖然兩者都有較強(qiáng)的耐蝕性,但鋅鉻涂層的耐蝕性更強(qiáng),具有統(tǒng)計(jì)意義,尤其是對表面進(jìn)行封閉處理提高耐蝕能力后,性能更加優(yōu)越,所以鋅鉻涂層值得推廣。

        關(guān)鍵詞:海洋環(huán)境;滲鋅;鋅鉻涂層;耐蝕性能

        中圖分類號:TG174.42

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        DOI:10. 15913/j .cnki.kjycx.2019.09.028

        目前,提高船舶抗腐蝕能力最常用的方法就是將滲鋅鍍層運(yùn)用到船舶制造當(dāng)中,但滲鋅鍍層對于海洋環(huán)境中的鹽霧耐蝕性不足,無法對船舶進(jìn)行有效保護(hù)。鋅鉻涂層較好地解決了滲鋅鍍層的問題,能夠適應(yīng)海洋環(huán)境中的各種氣候,尤其是解決了鹽霧的腐蝕問題,雖然鋅鉻涂層的空隙大,但是運(yùn)用封閉處理,兩者相互協(xié)調(diào)大大提高了耐蝕性能[1]。

        1 試驗(yàn)方法

        1.1 預(yù)處理

        首先選取船舶制造常用的螺栓螺母(直徑15 mm、螺距2.5 mm、長度60 mm)分為五組,分別為對照組(無處理),試驗(yàn)組1(滲鋅組),試驗(yàn)組2(鋅鉻涂層組),試驗(yàn)組3(滲鋅+鋅鉻涂層組),試驗(yàn)組4(滲鋅+鋅鉻涂層+有機(jī)封閉涂層組),進(jìn)行表面除銹和除雜。將螺栓和螺母分別在浸泡8%的Na2C03和6%的NaOH溶液中5min和20 min,再浸入5%HCl溶液中15 min去除鐵銹,運(yùn)用無水乙醇干燥處理。

        1.2 滲鋅處理

        將螺栓與螺母置于滲鋅爐中,加入滲鋅劑,在400℃溫度下恒溫轉(zhuǎn)速60 r/min處理4h,再逐漸冷卻至室溫。

        1.3 鋅鉻涂層處理

        嚴(yán)格按照鋅鉻涂層制作工藝進(jìn)行涂層的制備,然后將螺栓與螺母浸泡在鋅鉻涂層制劑中80℃恒溫烘烤1O min,烘烤途中要利用自動提拉機(jī)對螺栓與螺母進(jìn)行提拉,提拉過程中一定要保證螺栓與螺母全部浸潤到涂層制劑當(dāng)中,烘烤結(jié)束后300℃煅燒30 min。

        1.4 性能觀察指標(biāo)

        參照《鋅鉻涂層技術(shù)條件》( GB/T 18684-2002),對涂層完整度及結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行分級,根據(jù)螺栓與螺母表面涂層的脫落情況,依次從完全脫落到無脫落分為五級,對涂層強(qiáng)度進(jìn)行評估。

        1.5 外觀和耐腐蝕性

        對于螺栓與螺母的外觀,主要通過顏色和表面的完整度進(jìn)行評價(jià),依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也分為五級:等級1,表面銀白,表面無缺陷;等級2,表面銀灰,表面極少缺陷;等級3,表面灰色,表面較少缺陷;等級4,表面灰黑,表面較多缺陷;等級5,表面黑色,表面較多缺陷。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 電化學(xué)阻抗譜測試

        給樣品施加一個(gè)小振幅的交流電信號,運(yùn)用精細(xì)電流表與電壓表測量不同樣品的電壓與電流,計(jì)算出在正弦頻率下電信號各個(gè)樣品的阻抗(電壓/電流)的變化,通過樣品的阻抗變化間接得出樣品腐蝕情況。

        將五組樣品浸泡在海水中(滅菌處理、排除微生物影響)1 680 h,觀察到各組樣品的容抗弧半徑先增大后減小,是由于腐蝕進(jìn)行到樣品內(nèi)部,當(dāng)腐蝕進(jìn)行到一定程度后,樣品表面連續(xù)性缺失。

        由于對照組腐蝕過于嚴(yán)重,已經(jīng)無測量意義,因此,只對試驗(yàn)組進(jìn)行測量,試驗(yàn)組1只有單純的Zn保護(hù),抗腐蝕性差,變化速度快;試驗(yàn)組2變化較慢,隨著腐蝕的進(jìn)行,變化速度穩(wěn)定,這是由于腐蝕形成的氧化物阻斷了銹蝕向內(nèi)部的深入;試驗(yàn)組3與試驗(yàn)組2情況一致;試驗(yàn)組4的容抗弧半徑較其他三組大大增加,間接說明試驗(yàn)組4的腐蝕性能最佳,各組具體情況如圖1所示。

        通過電化學(xué)阻抗試驗(yàn)結(jié)果可以看出,滲鋅鍍層的防護(hù)性能是試驗(yàn)組中效果最差的,而且與其他三組差距十分明顯,而試驗(yàn)組2與試驗(yàn)組3結(jié)果一致,主要是由于鋅鉻涂層的存在,當(dāng)時(shí)間超過1 000h后,滲鋅鍍層的防護(hù)效果已經(jīng)完全消失,主要是由鋅鉻涂層發(fā)揮作用;試驗(yàn)組4由于有機(jī)封閉層的防護(hù)作用,將滲鋅+鋅鉻涂層表面的孔隙完全堵塞,大大加強(qiáng)了涂層的防護(hù)作用,在試驗(yàn)時(shí)長內(nèi),樣品未受腐蝕,容抗弧特性未發(fā)生變化。

        2.2 中性鹽霧試驗(yàn)對比

        將三組螺栓與螺母分別置于中性鹽霧試驗(yàn)裝置中,模擬海洋環(huán)境(5 .5%NaCl、pH-6.8),讓鹽霧附著在螺栓與螺母表面,進(jìn)行腐蝕。試驗(yàn)共持續(xù)1 680 h,試驗(yàn)過程中要密切關(guān)注螺栓與螺母的變化,每隔一定周期進(jìn)行拍照,記錄變化。另外要注意的是,要記錄每組螺栓與螺母出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間,以便后續(xù)的評級。對照組首次出現(xiàn)腐蝕時(shí)間24h;試驗(yàn)組1,120h;試驗(yàn)組2,1 200h;試驗(yàn)組3,1 200h。 從中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果看出,無任何涂層保護(hù),螺栓與螺母首日便出現(xiàn)腐蝕,且腐蝕情況嚴(yán)重;滲鋅組腐蝕速度較無鍍層組慢,較鋅鉻涂層組快,兩者差異明顯,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;鋅鉻涂層與滲鋅+鋅鉻涂層處理,兩組樣品出現(xiàn)腐蝕時(shí)間相同.情況接近;滲鋅+鋅鉻涂層+有機(jī)封閉涂層組樣品,在試驗(yàn)周期1 680 h內(nèi)仍未出現(xiàn)腐蝕,狀況良好。

        2.3 動電位極化曲線測試

        在進(jìn)行動點(diǎn)位極化曲線測試前,將各組樣品按照電化阻抗譜試驗(yàn)方法對樣品進(jìn)行處理。動點(diǎn)位極化曲線測試的原理是使電解質(zhì)和溶液在場力的作用下發(fā)生移動,密度高的離子由于受到的力更大,比密度小的離子移動快,在滑移面形成電動點(diǎn)位,可以用來分析金屬的腐蝕情況。通過對各組試驗(yàn)樣品進(jìn)行測量,記錄數(shù)據(jù)和制作表格,清楚地看出各種樣品的腐蝕情況。總體來說,試驗(yàn)組4的動電位極化曲線出現(xiàn)變化時(shí)間最長,而試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3動電位極化曲線變化速度最快。出現(xiàn)這些差異的原因主要是試驗(yàn)組4擁有最低的自腐電位,而且擁有表面涂層的保護(hù),可以看出試驗(yàn)組4的防腐蝕性能最好。

        3 結(jié)論

        鋼鐵制品在海洋環(huán)境中受腐蝕速度較陸地環(huán)境更快,進(jìn)行鍍層或涂層保護(hù)能延緩鋼鐵的腐蝕速度。滲鋅鍍層具有一定的耐蝕性能,在海洋環(huán)境中能明顯延緩鋼鐵的腐蝕速度和程度,但是對于中性鹽霧的防護(hù)性能較差,不能對鋼鐵進(jìn)行有效保護(hù)。鋅鉻涂層的耐蝕性較滲鋅鍍層好,對腐蝕速度的延緩十分明顯,而且對中性鹽霧環(huán)境也有一定的抵抗力,但是防護(hù)時(shí)長仍不足。對鋅鉻涂層增加有機(jī)封閉涂層,二者相互協(xié)調(diào),能大大增加涂層的防護(hù)效果。

        鋅鉻涂層與有機(jī)封閉涂層配合使用,耐腐蝕性最強(qiáng),能大大降低船舶的消耗,值得推廣。

        參考文獻(xiàn):

        [1]包勝軍,周萬紅,唐革新,等.達(dá)克羅和滲鋅在橋梁支座錨固螺栓上的應(yīng)用[J].涂料工業(yè),2013,43(2): 65-67.

        [2]朱孝培,趙麥群,高輝,等.緊固件的機(jī)械能助滲鋅一低鉻達(dá)克羅復(fù)合防護(hù)技術(shù)[J].電鍍與涂飾,2017,36( 23): 1260-1264.

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