王佳萍

（甘肅省平?jīng)鰴C(jī)電工程學(xué)校，甘肅 平?jīng)?744000）

船舶作為水上重要的交通工具，常年工作在海上，受到高鹽環(huán)境的侵蝕，因此對(duì)船舶上各金屬部件的抗腐蝕性有著極高的要求?；谏鲜霰尘埃瑸楸Ｗo(hù)船舶上金屬部件，進(jìn)行物理防腐是常見(jiàn)的一種手段。物理防腐是指在金屬材料的表面涂上一層防護(hù)層，以避免海水與金屬材料直接接觸，從而達(dá)到防腐蝕的目的[1]。目前，物理防腐手段多樣，如何選擇成為一道難題?；诖?，為探究不同金屬涂層的防腐性能，本文將不同的涂層噴涂到同一種金屬材料上，并通過(guò)腐蝕模擬試驗(yàn)，探究其防腐性。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試件基體材料

低碳鋼是一種碳含量低于0.25%的碳素鋼，是船舶上大部分金屬部件的組成材料[2]。該種材料抗腐蝕性能較差，故而選擇該材料作為各種涂層防護(hù)對(duì)象。本實(shí)驗(yàn)中選擇的低碳鋼為Q235，將其裁剪成80mm×30mm×3mm 的規(guī)格，組成5 組試件基體材料，如下圖1 所示。

圖1 試件基體材料規(guī)格

1.2 金屬涂層材料

本實(shí)驗(yàn)中選擇的金屬涂層材料有三種鋅涂層、鋁涂層、鋅鋁涂層，其規(guī)格如下表1 所示[3]。

表1 金屬涂層材料規(guī)格表

1.3 試驗(yàn)儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)中所涉及到的儀器設(shè)備，具體信息，如表2 所示。

表2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

2 噴涂工藝

在這里，選擇電弧噴涂技術(shù)在試件基體材料上噴涂鋅涂層、鋁涂層、鋅鋁涂層三種材料，具有質(zhì)量高、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]。具體過(guò)程如下：

步驟1：試件基體材料表面預(yù)處理，包括凈化處理和粗化處理兩部分。前者通過(guò)鹽酸多巴胺、乙醇等試劑去除試件基體材料表面存在的污垢，后者通過(guò)射吸式噴砂系統(tǒng)增加表面粗糙度，以便增加噴涂材料與試件基體材料的摩擦力，使得二者更加貼合[5]。

步驟2：電弧噴涂設(shè)備選擇。選擇DPT303 電弧噴涂裝置進(jìn)行噴涂。該設(shè)備設(shè)置的噴涂工藝參數(shù)如下表3 所示。

表3 電弧噴涂工藝參數(shù)

步驟3：涂層的機(jī)械加工。在噴涂層干燥之后，對(duì)其表面進(jìn)行機(jī)械加工，使得涂層外觀應(yīng)均勻一致。

3 涂層腐蝕試驗(yàn)

噴涂結(jié)束后，得到三組試件。本章節(jié)就利用這三組試件進(jìn)行涂層腐蝕試驗(yàn)，即將三組試件分別放入同樣的高鹽環(huán)境中，然后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，以判斷涂層對(duì)于低碳鋼的防腐性能。具體過(guò)程如下：

步驟1：制作試驗(yàn)中所需要的高鹽環(huán)境。該環(huán)境在海水水質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，使得水中鹽度更高。高鹽環(huán)境具體參數(shù)如下表4 所示。

表4 高鹽環(huán)境參數(shù)表

步驟2：將三組試驗(yàn)樣品放置到所制備的高鹽環(huán)境中，在高鹽環(huán)境下放置7 個(gè)小時(shí)，室內(nèi)溫度設(shè)置為50℃。

步驟3：放置7 個(gè)小時(shí)撈出，使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，針對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行顯微檢測(cè)，通過(guò)在納米尺度上觀察樣品中的大分子結(jié)構(gòu)。此外，利用透射電子顯微鏡，針對(duì)掃描電子顯微鏡中無(wú)法觀察到的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次觀察。

步驟4：將三組樣本表面的腐蝕產(chǎn)物去除掉，然后放入無(wú)水酒精中，取出經(jīng)過(guò)干燥箱干燥后，放入干燥皿中冷卻至室溫，然后再進(jìn)行稱重，最后利用失重法計(jì)算試樣的腐蝕速度，計(jì)算公式如下：

式中，v 為腐蝕速度(g/m2.h)；x0、x1分別為試樣腐蝕前后的質(zhì)量(g)；s 為試樣表面積(m2)；t 為腐蝕時(shí)間(h)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 涂層組織結(jié)構(gòu)特征分析

利用顯微鏡觀察腐蝕試驗(yàn)后的三組試驗(yàn)樣本的微觀組織結(jié)構(gòu)，其特征如下表5 所示。

表5 涂層組織結(jié)構(gòu)特征表

4.2 腐蝕速度分析

利用公式（1）計(jì)算不同防護(hù)涂層的腐蝕速度，計(jì)算結(jié)果如下圖6 所示。

表6 不同防護(hù)涂層的腐蝕速度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表6 中可以得出如下結(jié)果：①三組樣本中，鋅涂層試件腐蝕速度最快，其次是鋁涂層試件，最后是鋅鋁涂層試件。②三組樣本腐蝕速度均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的規(guī)律。

5 結(jié)論

通過(guò)章節(jié)4 涂層組織結(jié)構(gòu)特征和腐蝕速度兩個(gè)方面總結(jié)出鋅鋁涂層的防腐性能要好于鋅涂層和鋁涂層的防腐性能。其主要原因在于兩種涂料結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，因此防腐性能有了極大改善。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)試驗(yàn)的方式，驗(yàn)證不同物理防腐涂層對(duì)于金屬材料的防腐作用。通過(guò)驗(yàn)證，在三種防腐材料中，鋁涂層的防腐性能最好。然而，本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為選用的試件基體材料僅為1 種，因此得到的結(jié)果存在一定的局限性，因此針對(duì)這一點(diǎn)，在未來(lái)針對(duì)此方面的研究中需要加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)涂層材料種類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此為提高金屬材料綜合性能提供建議。