曾航劍

摘 要：隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的利用進(jìn)一步加大，對其抗腐蝕性能要求也進(jìn)一步提高，多元合金的出現(xiàn)更好的解決了上述問題，本文分別在工業(yè)大氣和海洋性大氣條件下，對比了鋅-鈷-錸合金、鋅-鋁-鎂合金、鋅-鋁-鎂-鈰合金對鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，分析研究了多元合金表面熱噴涂對鋼結(jié)構(gòu)防腐性能的影響。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；多元合金；工業(yè)大氣；海洋性大氣

鋼結(jié)構(gòu)相對比傳統(tǒng)的建筑用材，具有優(yōu)異的延展性、承載力、體積小、重量輕，因此被廣泛的應(yīng)用在各種建筑上[ 1 ]。隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑、大型橋梁、重型車間、海上建筑等越來越多，對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕性能也提出了更高的要求。

作為建筑的主體框架，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系著建筑物的使用壽命、安全性等各方面問題。為了達(dá)到更高的要求，對鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理技術(shù)也越來越多，主要方法包括，對鋼結(jié)構(gòu)本身抗腐蝕性能的提升，即耐候鋼的應(yīng)用，對處于水下或地下的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防腐材料進(jìn)行防腐，以及采用熱噴涂技術(shù)，在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂多元合金已達(dá)到防腐的目的[ 2 ]。在所有方法中，效果最好的為最后提到的多元合金表面熱噴涂技術(shù)。

熱噴涂技術(shù)是在熱源的存在下，將熔化的或是半熔化的合金，通過高速霧化氣流的作用，噴射到基體表面，然后凝固形成于基體結(jié)合緊密的薄片狀涂層。熱噴涂技術(shù)中，火焰噴涂和電弧噴涂是鋼結(jié)構(gòu)防腐中最常用的技術(shù)[ 3 ]。目前比較常見的合金涂層有鋅-鋁合金、鋅-鈷-錸合金、鋅-鋁-鎂合金、鋅-鋁-鎂-鈰合金，從化學(xué)角度分析，鋅、鋁的電極低于鋼鐵，因而可以提供陰極保護(hù)作用，而合金涂層在受到腐蝕后產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕產(chǎn)物具有很好的保護(hù)性，可以阻止涂層的進(jìn)一步腐蝕，所以涂層的消耗率很小。研究顯示，在海洋性大氣中，鋅-鋁涂層的腐蝕率分別為1-2μm/a，數(shù)據(jù)顯示，合金涂層對鋼結(jié)構(gòu)可提供長時(shí)間的抗腐蝕性能。下文分別針對工業(yè)性大氣腐蝕和海洋性大氣腐蝕對多元合金表面熱噴涂對鋼結(jié)構(gòu)防腐性能的影響進(jìn)行研究。

一、工業(yè)性大氣腐蝕對多元合金表面熱噴涂對鋼結(jié)構(gòu)防腐性能影響研究

（一）工業(yè)大氣主要污染物分析

工業(yè)性大氣的主要污染物為二氧化硫、二氧化碳、氯、硫化氫、鹽酸、氮氧化物，其中二氧化硫的危害最大，對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕最快，在城市區(qū)、工業(yè)區(qū)，二氧化硫的在大氣中的比重可達(dá)0.1-100mg/m3，在濕度較高的情況下，其對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度會(huì)進(jìn)一步加大。數(shù)據(jù)研究顯示，相比干燥的大氣環(huán)境，鋼結(jié)構(gòu)在濕度較大的工業(yè)大氣環(huán)境中平均腐蝕速度要高出五十倍以上。

（二）工業(yè)大氣實(shí)驗(yàn)條件下分析鋅涂層、鋅-鈷-錸合金涂層防腐性

將熱噴鋅涂層、鋅-鈷-錸合金涂層在某城市工業(yè)大氣環(huán)境下暴露12個(gè)月，對鋅-涂層而言，雨水沖刷不斷腐蝕產(chǎn)物，使得雖然暴露時(shí)間逐漸的增加，但是腐蝕產(chǎn)物并沒有隨之累積，分析其主要原因?yàn)椋晁袣錆舛仍斐闪烁g產(chǎn)物的流失。所以腐蝕產(chǎn)物對涂層表面的保護(hù)在暴露一個(gè)月后就趨于穩(wěn)定，而不會(huì)隨著時(shí)間進(jìn)一步增加。鋼結(jié)構(gòu)在上述環(huán)境中的損失為5.84%，相比較而言，鋅-鈷-錸合金涂層的鋼結(jié)構(gòu)在上述環(huán)境中的損失為1.43%。

二、海洋性大氣腐蝕對多元合金表面熱噴涂對鋼結(jié)構(gòu)防腐性能影響研究

（一）海洋大氣主要污染物分析

不同于工業(yè)性大氣，海洋性大氣的主要污染物為鹽，鹽粒的吸濕性能很強(qiáng)，所以受濕度影響，海洋性大氣的腐蝕更快。同時(shí)，鹽粒沉積在涂層表面，氯離子的穿透性，對金屬的腐蝕性很大，研究顯示，在氯離子和二氧化硫協(xié)同存在的情況下，其所產(chǎn)生的腐蝕程度極大增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兩者單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的腐蝕影響。所以我國的濱海城市金屬材料的腐蝕非常嚴(yán)重，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

鋅涂層雖然在腐蝕的初期會(huì)形成保護(hù)層，但在海洋性大氣環(huán)境中，氯離子的沉積和其穿透性對涂層會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的侵蝕，所以鋅涂層并不適合于海洋性大氣中的防腐。相比之下，鋁涂層在噴涂后，其表面和內(nèi)部會(huì)形成很厚的三氧化二鋁，具有很強(qiáng)的屏蔽作用，涂層中的空隙被封閉后，只要不存在機(jī)械損傷，氯離子很難在穿透空隙對涂層進(jìn)行進(jìn)一步的腐蝕。同時(shí)鋁涂層的硬度、耐久性、耐腐蝕性都更強(qiáng)的優(yōu)勢。但是三氧化二鋁形成的保護(hù)膜的的導(dǎo)電率很低，電位高于基體，所以鋁涂層的陰極保護(hù)作用很弱。當(dāng)涂層收到外界機(jī)械損傷時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)基體還是會(huì)發(fā)生腐蝕。為解決上述問題，發(fā)展產(chǎn)生了鋅-鋁合金涂層，將鋅包圍在鋁涂層中，腐蝕產(chǎn)生的孔隙被封閉，同時(shí)鋅涂層對鋼鐵基體的保護(hù)作用，可進(jìn)一步抑制率圖層的腐蝕。

在進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，在鋅-鋁合金，加入鎂可以更紅的提高合體涂層的防腐蝕性能，該涂層的腐蝕產(chǎn)物更加致密，阻止了氯離子的進(jìn)一步侵蝕，在進(jìn)一步的探索中，研究者將稀土元素鈰，加入到鋅-鋁-鎂合金中，由于鈰元素的存在，降低了晶粒與晶界的電位差，進(jìn)而減緩了腐蝕。

（二）海洋大氣實(shí)驗(yàn)條件下分析鋅涂層、鋅-鋁合金涂層、鋅-鋁-鎂合金涂層、鋅-鋁-鎂-鈰

合金涂層防腐性分析：將鋅涂層、鋅-鋁合金涂層、鋅-鈷-錸合金涂層進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)，模擬海洋性大氣，試驗(yàn)溶液為氯化鈉-去離子溶液，并選擇循環(huán)噴霧處理。10天后，對四種涂層樣品進(jìn)行稱重，記錄質(zhì)量損失，在稱重前用乙醇擦洗樣品風(fēng)干。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為，鋅涂層樣品質(zhì)量損失為4.55%，鋅-鋁合金涂層樣品質(zhì)量損失為3.15%，鋅-鋁-鎂合金涂層樣品質(zhì)量損失為1.12%，鋅-鋁-鎂-鈰合金涂層樣品質(zhì)量損失為0.82%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，在四者之中鋅-鋁-鎂-鈰合金涂層的樣品質(zhì)量損失最低，明顯優(yōu)于鋅涂層、鋅-鋁合金涂層。

三、結(jié)語

根據(jù)上述分析，在工業(yè)性大氣實(shí)驗(yàn)中，鋅-鈷-錸合金涂層對比鋅-涂層表現(xiàn)除了更為優(yōu)越的性能，在海洋性大氣實(shí)驗(yàn)中，鋅-鋁-鎂-鈰合金涂層的表現(xiàn)最為優(yōu)秀?；谀壳吧鐣?huì)發(fā)展對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性能提出更高的要求，多元合金技術(shù)的發(fā)展越來越快，也給鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能帶來更大提高。

參考文獻(xiàn)：

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