海洋环境下热喷涂铝锌合金的实际应用
上海海事大学 尹若元
海洋腐蚀与防护是海洋开发中的一个重要问题，因为海洋大气和海水腐蚀是造成海岸设施、近海工程结构、船舶等损坏的重要原因。因此，研究海洋环境下建筑物的抗腐蚀性能和长效防护技术对人类开发海洋、利用海洋具有重大的战略意义。
国内外大量的研究及应用结果表明，热喷涂铝、锌及其合金涂层是最有效和最经济的防护方法。因为铝、锌和铝锌合金涂层具有优良的耐腐蚀性能，铝、锌对于钢铁是阳极性材料，即使涂层稍有缺陷也会通过牺牲阳极来保护钢铁基体，使其免受腐蚀，因此铝锌被广泛用作钢铁构件的防腐蚀涂层。因此可以采用热喷涂铝、锌及其合金涂层对钢铁构件和构筑物进行长效防护。本文即对热喷涂铝锌及其合金在海洋环境下的具体应用做简要介绍，供企业、研究机构及其相关人员参考。
一、国外对热喷涂铝锌的研究和应用
英国是应用热喷涂防腐蚀技术最早的国家之一。在1939年首次采用热喷涂锌涂层方法保护新建的威尔士Menai海峡大桥的钢链和部分钢结构。喷涂的锌涂层厚度为0.125 mm，油漆封孔。15年后检查锌涂层基本完好，钢铁基体保护完好，无需修复。1989年英国人J . C. Bailey等在第12届国际热喷涂会议上提交的论文中提到，经过50 年的使用，Menai海峡大桥的钢铁基体仍然被很好地保护着。1956年后英国开始对新建的大桥整体实施热喷涂锌涂层防腐处理。位于苏格兰的Qucesferry的Forth Road桥处于多风的海洋环境，桥长3.6 km，建成于1964年。该桥采用防腐工艺是磷化底漆和热喷涂铬酸锌涂层，然后涂上云母氧化铁面漆，大桥使用13年后无维修，保护层色泽完好，仅对部分油漆脱落处进行少量的维修。采用热喷涂锌涂层的防腐方法能有效地防止钢铁构件与沥青路面接触而发生生锈、腐蚀，降低桥梁发生断裂破坏的危险。
1926年，美国在亚利桑那洲盐河上修建了Mormon Flat水库，在1937 年安装了2个15 m宽×15 m高的溢洪道闸门。随着水库水位的变化，闸门有时泡在水中，有时暴露在烈日之下，从经济利益和安全方面考虑，必须采取有效的防腐措施，保证尽可能的延长水库的使用寿命。经过反复论证，最后决定采用热喷涂锌涂层的方案。为保证40年的涂层寿命，工作人员初步预计锌涂层的厚度应至少0.175 mm。考虑到水面上经常有漂浮物的碰撞会损坏闸门上凸起的铆钉及焊缝区域的锌涂层，为了充分发挥锌涂层的阴极保护作用，使得涂层能在某些区域出现局部破损的情况下，对这些破损区仍有保护作用，决定在锌涂层表面不涂刷任何涂料。施工后对喷涂层测量，涂层厚度基本在0.175 mm～0. 25 mm之间。1992 年3 月，水库的管理者决定对它们进行仔细地检查。此时水库的水位已低于以往最低水位线1米，可以很好地检查闸门水位线附近区域的涂层状况。检查者看到在闸门表面没有任何锈迹，锌涂层表面状况良好，无白锈(锌的腐蚀产物)，无明显的锌涂层不均匀腐蚀现象；虽然铆钉头、焊缝等凸起部位经水面漂浮物的刮碰，表面锌涂层已破损，钢铁基体暴露出，但是钢铁基体没有任何可见的腐蚀迹象。检查人员使用涂层测厚仪检测了多处涂层厚度，测量结果显示，除极少数点的涂层厚度是0.1 mm外，其余点的厚度值都在0.175 mm～0.25 mm之间,与22年前原始喷涂的厚度相比，几乎没有大的变化。可见，锌涂层在水库闸门防腐蚀方面起到了很好的保护作用。
1984年6月，美国使用热喷涂铝涂层技术对北海中的Hutton生产设备中的张力支柱平台的系链、升降机和锥形塔进行防腐蚀，因为对于这些高强度钢制件来说，火焰喷涂铝涂层不仅可提供一种铝屏蔽层，而且一旦涂层受到破坏，还可以作为牺牲阳极保护所出现的漏涂区；在火焰喷涂层上可涂覆封闭涂料，封住火焰喷铝涂层的孔隙，改进涂层性能，延长其使用寿命。Hutton 平台使用8年后，在飞溅区没有发现腐蚀现象和褐色渗漏效应。厚度测量表明，平台安装后涂层厚度没有减少，通过拉伸和划线试验发现，涂层的结合强度很高（在10.35～13.8 MPa之间），除去铝涂层基体仍显原始喷砂的状态，表明热喷涂铝涂层后的Hutton平台抗腐蚀性能良好。
二、国内对热喷涂铝锌的研究和应用
我国从20世纪80年代开始全面推广应用热喷涂防腐蚀技术，对该技术的系统研究与试验起步较晚。1983年开始由机械工业部武汉材料保护研究所负责开展了热喷涂锌、铝及其合金涂层的电化学测试，在全国8个典型地区的大气暴露试验在不同海域的海水腐蚀试验，长江三峡水域的淡水腐蚀试验。通过对试验结果的分析，为热喷涂防腐技术在我国的大规模推广应用提供了可靠依据。
1984年南京水利科学研究院设计了山东石臼港10×104 t级开敞式码头16根32 m跨度装煤机铁道梁喷金属保护。由于该地区平时风浪较大、结构离海平面位置低、腐蚀环境较为恶劣，因此科学家将涂层设计为：火焰喷铝加磷化底漆27. 5 μm，环氧云母氧化铁40～50 μm，丙烯酸聚氨酯面漆30 μm防腐保护，封闭层总厚度为80～90 μm。1987年经交通部鉴定认为防腐蚀效果显著，预计20年不需要大修。1994年检查整个钢梁无一锈点。
1986年，中船七二五所将研制的高铝锌基合金线材采用火焰热喷涂技术喷涂到几条趸船船舷外侧处于海洋大气区和浪花飞溅区的部位（金属涂层厚度约150μm），并进行有机涂层封闭处理。2004年对仍在服役中的一艘趸船检查发现锌铝涂层在海洋大气区保存完整，在浪花飞溅区水线附近的锌铝涂层基本消耗，并出现了大量白色的锌铝金属腐蚀产物，但钢铁基体却没有出现明显的锈蚀现象。
三、结语
热喷涂锌铝及其合金涂层已成为一种成熟的近海和海洋钢铁设施的防护技术，经过适当封闭的热喷铝涂层在常温和高温下对处于飞溅区的钢结构均表现出优良的防腐蚀性能，按目前的技术水平，200μm厚的热喷铝涂层对钢结构在飞溅区的防护寿命预计将超过30年。我国的热喷涂防腐蚀技术起步较晚，这种有效的防护方法还没有引起普遍的重视，在腐蚀严重的海洋环境中钢铁设施的热喷涂长效防护应用在我国目前仍然较少，有待进一步推广应用。因此，开发研究该技术对我国的经济发展具有很大的推动作用。
参考文献
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