锌、铝及其合金的热喷涂钢结构防护技术主要内容主要内容1.热喷涂技术简介热喷涂技术简介2.防护原理与材料防护原理与材料3.电弧喷涂工艺电弧喷涂工艺4.应用应用1 热喷涂技术简介热喷涂技术简介n热喷涂热喷涂技术简介技术简介n个热喷涂方法概述个热喷涂方法概述n热喷涂涂层特点热喷涂涂层特点n热喷涂防腐热喷涂防腐1.1 热喷涂技术按热源分类热喷涂技术按热源分类1.2 1.2 火焰喷涂火焰喷涂 Flamesprayingn氧乙炔火焰喷涂是最早的一种喷涂方法，具有设氧乙炔火焰喷涂是最早的一种喷涂方法，具有设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快的特点的特点n可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层n但是，涂层孔隙度较大但是，涂层孔隙度较大,与基体材料的结合强度与基体材料的结合强度也较低也较低1.3 电弧电弧喷涂喷涂n两根丝状的金属材料之间产生电弧两根丝状的金属材料之间产生电弧，产生的热使产生的热使金属丝熔化金属丝熔化, , 熔化部分由压缩空气气流雾化并喷熔化部分由压缩空气气流雾化并喷向基体表面而形成涂层向基体表面而形成涂层n原理与电容器端面喷金相同原理与电容器端面喷金相同n它的高效率使得它在喷涂它的高效率使得它在喷涂AlAl、Zn Zn 及不锈钢等大面及不锈钢等大面积防腐应用方面成为首选工艺积防腐应用方面成为首选工艺1.4 等离子体等离子体喷涂喷涂 n当某种气体如氮、氩、氢及氦等通过一压缩电弧当某种气体如氮、氩、氢及氦等通过一压缩电弧时产生电离而形成电中性的等离子体时产生电离而形成电中性的等离子体( (是物质除气、是物质除气、液、固态外的第四态液、固态外的第四态) )n温度高、结合强度高温度高、结合强度高n是制备陶瓷涂层的最佳工艺是制备陶瓷涂层的最佳工艺2 防护原理与材料防护原理与材料n腐蚀原理：电化学腐蚀腐蚀原理：电化学腐蚀n锌铝层的两种基本防护作用锌铝层的两种基本防护作用机械隔离机械隔离、阴极保护阴极保护n金属材料选择金属材料选择n封闭材料封闭材料2.1 2.1 电化学腐蚀电化学腐蚀阳极：氧化反应阳极：氧化反应Fe2e=Fe2+阴极：还原反应阴极：还原反应1/2O2+H2O+2e=2OH-形成铁锈：形成铁锈：2Fe2+1/2O2+4OH-=Fe2O3+2H2O2.2 机械隔离机械隔离表表1铝、锌、碳钢在几种大气中的腐蚀速率铝、锌、碳钢在几种大气中的腐蚀速率大气类型大气类型平均腐蚀速率平均腐蚀速率(微米年微米年)碳钢碳钢锌锌铝铝海海洋洋261040.580.40.6工工业业281752161乡乡村村4650.2300.12.3阴极保护阴极保护Cathodicprotectionn钢与锌覆盖层构成微电池，锌的电极电位比铁较负，钢与锌覆盖层构成微电池，锌的电极电位比铁较负，锌覆盖层成为牺牲性阳极锌覆盖层成为牺牲性阳极(Sacrificialanode/coating)受到腐蚀，钢基体为阴极受到腐蚀，钢基体为阴极，只起传导电流，只起传导电流的作用，受到保护的作用，受到保护 n铝的电极电位比锌更负，应该有更强的阴极保护作铝的电极电位比锌更负，应该有更强的阴极保护作用。但有研究认为，铝表面生成的三氧化二铝薄膜用。但有研究认为，铝表面生成的三氧化二铝薄膜使覆盖层电极电位升高，影响了铝的阴极保护作用使覆盖层电极电位升高，影响了铝的阴极保护作用 2.4 金属材料选择金属材料选择 n普通大气中，锌普通大气中，锌(99.9%)覆盖层的腐蚀速度较慢，覆盖层的腐蚀速度较慢，而且有阴极保护作用，可得到理想的防腐效果而且有阴极保护作用，可得到理想的防腐效果n在工业大气和海洋大气环境中，不宜选用锌覆盖层在工业大气和海洋大气环境中，不宜选用锌覆盖层防腐防腐,可选择铝可选择铝(99%)或铝合金或铝合金(如如Zn-Al15,Al-Mg5)n锌铝合金覆盖层可以保持锌铝各自的优点，使覆盖锌铝合金覆盖层可以保持锌铝各自的优点，使覆盖层有更卓越的防护性能，更长的使用寿命层有更卓越的防护性能，更长的使用寿命锌、铝的适用环境锌、铝的适用环境环境境优选金属金属污染染Al碱性碱性Zn酸性酸性Al热水水Al阴极保阴极保护Zn机械机械损伤Zn或或电弧弧喷涂涂Aln电弧喷涂同火焰喷涂相比，由于采用了电能代替气电弧喷涂同火焰喷涂相比，由于采用了电能代替气体燃烧，大大提高了工作效率和工作安全性体燃烧，大大提高了工作效率和工作安全性 n喷涂层金属以机械镶嵌和微冶金方式与基体金属相喷涂层金属以机械镶嵌和微冶金方式与基体金属相结合，在轻微的弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐结合，在轻微的弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固，防腐寿命可达到涂层不脱落、不起皮、结合牢固，防腐寿命可达到50年以上年以上 3 电弧喷涂工艺电弧喷涂工艺 3.1 电弧喷涂工艺参数电弧喷涂工艺参数 喷涂材料喷涂材料电弧电压，电弧电压，V电弧电流，电弧电流，A空气压力，空气压力，MPa喷涂距离，喷涂距离，mm铝铝24301003000.50.6150200锌锌2024503000.40.6150200喷涂层设计厚度与防护寿命的关系喷涂层设计厚度与防护寿命的关系 腐蚀环境腐蚀环境设计寿命设计寿命,年年喷涂层厚度喷涂层厚度,m铝铝(不封不封闭闭)锌锌(不封不封闭闭)铝铝(封闭封闭) 锌锌(封闭封闭)乡乡村村102010010010010020150150100150工工业业102010015010010020150250150150海海洋洋1020-150100100201502502501503.2 电弧喷涂防腐技术特点电弧喷涂防腐技术特点 防腐寿命长：防腐寿命长： 是重防腐油漆的是重防腐油漆的 45 倍、热浸镀锌的倍、热浸镀锌的 23 倍倍 与金属基体的结合力高与金属基体的结合力高 是火焰喷涂的是火焰喷涂的 3 倍倍 生产效率高：是火焰喷涂的生产效率高：是火焰喷涂的 3 4倍倍 涂层质量好：融化温度高，融化均匀，喷涂致密，涂层质量好：融化温度高，融化均匀，喷涂致密，涂层质量稳定涂层质量稳定可修复性强可修复性强适合大面积防腐工程适合大面积防腐工程 美国焊接学会美国焊接学会19年腐蚀实验结果年腐蚀实验结果n铝喷涂层厚度为铝喷涂层厚度为0.08mm0.15mm时，可以在海水、时，可以在海水、苛刻的海洋与工业大气中提供苛刻的海洋与工业大气中提供19年以上的完全的年以上的完全的基体金属防护基体金属防护n未封闭的锌喷涂层厚度至少需要未封闭的锌喷涂层厚度至少需要0.30mm，才可以，才可以在海水中提供在海水中提供19年以上的完全的金属防护。在苛年以上的完全的金属防护。在苛刻的海洋与工业大气中厚度至少需要刻的海洋与工业大气中厚度至少需要0.23mm，封，封闭的锌喷涂层厚度需要闭的锌喷涂层厚度需要0.08mm0.15mm电弧喷涂防腐技术经济效益分析电弧喷涂防腐技术经济效益分析 防腐体系防腐体系建设投入建设投入元元/m2维护周期维护周期年年防腐年限防腐年限年年维护成本维护成本元元/m2综合成本综合成本元元/m2油漆涂装油漆涂装80100540480560580电喷锌电喷锌+环氧树脂环氧树脂封闭封闭1401604040602002204 热喷涂防腐技术的应用热喷涂防腐技术的应用 桥梁工程桥梁工程 英国的许多大桥都有英国的许多大桥都有25年以上的喷锌防腐蚀经验年以上的喷锌防腐蚀经验 国内自国内自90年代起，千岛湖南浦大桥、长江黄柏河年代起，千岛湖南浦大桥、长江黄柏河大桥、下牢溪大桥、广州机场三元里立交桥、徐大桥、下牢溪大桥、广州机场三元里立交桥、徐连高速公路邳州运河大桥连高速公路邳州运河大桥 水利电力工程水利电力工程 输电铁塔输电铁塔 水工钢结构防腐：淮河入海水道滨海枢纽、三峡水工钢结构防腐：淮河入海水道滨海枢纽、三峡水利枢纽水利枢纽 4 热喷涂防腐技术的应用热喷涂防腐技术的应用 海洋钢结构工程海洋钢结构工程 海军舰船、海上钻井平台海军舰船、海上钻井平台 石油化工设备石油化工设备、黄岛油库油罐浮船黄岛油库油罐浮船 市政工程市政工程 照明钢结构、天安门广场国旗杆、照明钢结构、天安门广场国旗杆、 东方明珠的顶部钢结构及三套平台东方明珠的顶部钢结构及三套平台 4 热喷涂防腐技术的应用热喷涂防腐技术的应用 建筑装潢医疗卫生方面建筑装潢医疗卫生方面沈阳市国际商场的孔雀开屏大型壁画沈阳市国际商场的孔雀开屏大型壁画、生物领域用热喷涂方法，制造人工骨骼生物领域用热喷涂方法，制造人工骨骼、医疗方面使用医疗方面使用热喷涂方法制造的人工牙齿热喷涂方法制造的人工牙齿市场开发建议市场开发建议n热喷涂防腐前景无疑是光明的，应该面向重点建热喷涂防腐前景无疑是光明的，应该面向重点建设工程，如：跨海大桥、海上工程、水利工程设工程，如：跨海大桥、海上工程、水利工程（运河）、大型石油化工设备设施（运河）、大型石油化工设备设施n如何取得工程业主、设计方、施工方（防腐工程如何取得工程业主、设计方、施工方（防腐工程公司）的认可公司）的认可n产品要获得的质量许可与认证，应该进一步了解产品要获得的质量许可与认证，应该进一步了解相关标准或规范：防腐、热喷涂相关标准或规范：防腐、热喷涂n调研喷铝方面的应用或复合喷涂调研喷铝方面的应用或复合喷涂