电弧喷涂锌铝涂层耐腐蚀实验报告

1电弧喷涂锌铝涂层耐腐蚀实验报告一、实验背景水工钢闸门是水电站、水库、水闸、船闸等水工建筑物中控制水位的重要水工钢构件，其制造量约为500万吨，保有量十分巨大。水工钢闸门由于长期浸水，在阴暗潮湿、干湿交替、高速水流、风浪、水生物腐蚀等恶劣环境下工作，经多年运行后很容易被腐蚀，出现绣皮泛起、局部绣坑密布，导致整个结构强度削弱，降低了钢闸门的承载能力，还要消耗大量的人力、物力、财力。Zn-13A1涂层具有良好的耐腐蚀性能，以高速电弧喷涂方式将之喷到水工钢闸门表面可以有效防止表面腐蚀。二、实验目的本实验针对内陆水库及水电站工程，模拟其水工钢闸门的运行环境，研究Zn-13A1涂层对水工钢闸门的保护程度及对比分析不同保护涂层（Zn跟Zn-13A1）对防腐蚀能力的优劣程度。三、实验器材NaCl溶液，Q235钢板，棕刚玉砂，喷砂机，高性能电弧喷涂设备，超声清洗机，电子天平，防腐涂料，交流阻抗测试仪，M273型电位仪，5208型锁相放大器焊机，铜导线等。四、实验过程1、制备浸泡液：质量分数为5%的NaCl溶液。2、加工试样，将Q235钢板加工成72片尺寸为12mm*12mm*3mm的试样，将之分为九组，每组8片。3、采用颗粒度为14~18#的棕刚玉砂对前六组试样表面进行喷砂处理。喷砂操作时，压缩空气的工作压力为0.6MPa，喷砂距离为150~200mm，喷砂角度为70°~80°。4、使用TLAS-III型高性能电弧喷涂设备制备Zn-13A1涂层，电压45V，电流120A；制备Zn涂层，电压40V，电流120A。5、丙酮超声清洗3min后烘干，将54片试样沉重，并记录，剩余的18个试样用于随时观察腐蚀情况。123456Zn-13A1涂层第一组3.33873.34123.43053.32883.35243.4201第二组3.38763.30953.42773.33863.45013.4122第三组3.34333.38443.33763.45283.39913.2867Zn涂层第一组3.35183.36413.43823.35983.42783.3411第二组3.41573.37233.39783.46643.41333.4534第三组3.38453.50223.44453.42643.39253.4567无涂层第一组3.10893.09893.00323.10783.04322.9967第二组3.11343.08223.01453.11123.05342.9867第三组3.10453.05323.06783.12093.03892.98996、将清洗过的试样画出工作界面：10mm*10mm；试样多余的部分用防腐涂料密封，露出10mm*10mm的工作界面。同时将做电化学测试的试样焊接铜导线，以便测试其极化曲线和阻抗。7、将全部处理好的试样放入浸泡液中，按照GBT19746-2005《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》标准进行全浸泡试验。8、每组试验在浸泡液中浸泡120h（5d），240h（10d），360h（15d），480h（20d），600h（25d），720h（30d）之后将之进行表面清洗，清洗方法为：清水冲掉表面盐分，然后超声2清洗3min烘干。然后进行a表面观察和扫描电镜观察，并记录观察结果；b取出表面的防腐涂料，称量腐蚀之后的重量，并记录；c测量锈蚀的计划曲线；d测量锈蚀的阻抗值。9、绘制失重率的时变曲线，计算腐蚀速率，对计划曲线和阻抗曲谱进行分析，分析试验待测涂层的防腐性能。四、实验结果与讨论1、扫描电镜观察腐蚀完毕后丙酮超声清洗3min，烘干后进行扫描电镜观察如图所示，图1为腐蚀3天后3种试样表面腐蚀坑内腐蚀产物的微观形貌。无涂层试样已经被严重腐蚀，表面结构疏松，附着力差。纯Zn涂层表面存在细小针状、取向不同的腐蚀产物，但由于针状腐蚀产物的数量较少，对腐蚀介质的阻碍能力较弱。Zn-13Al涂层的腐蚀坑内存在大量细小的针状腐蚀产物，对腐蚀介质具有较强的阻碍能力。图2为涂层出现第一锈点时的表面形貌图，经3天腐蚀实验之后，无涂层试样出现第一锈点，局部存在轻微鼓泡现象；12天时，纯Zn涂层表面出现较多的锈点，并有鼓泡和开裂现象，涂层明显鼓起，附着力很差，防护性能基本丧失；26天时，Zn-13Al涂层表面出现少量锈点，也出现了鼓包和开裂现象，其特征与纯Zn的形貌特征类似。（a）无涂层（b）Zn涂层（c）Zn-13Al涂层图1腐蚀3d后的表面形貌（a）无涂层（b）Zn涂层（c）Zn-13Al涂层图2对应第一锈点出现时的表面形貌2、计算失重取出表面的防腐涂料，称量腐蚀之后的重量，记录如下，图3为全浸泡腐蚀试验中涂层试样单位面积的质量损失随时间的变化曲线。涂层类型123456Zn-13A1涂层第一组3.33573.33623.42353.32073.34243.4101第二组3.38463.30453.42073.33063.44023.4112第三组3.34033.38013.33063.44293.38923.27573Zn涂层第一组3.34353.34933.41533.33063.39483.3033第二组3.40773.35753.37483.43753.38033.4154第三组3.37653.48723.42153.39893.35953.4188无涂层第一组3.07893.03082.90322.98252.88752.8115第二组3.07563.01422.91652.98622.89762.8018第三组3.06652.98522.96992.99562.95262.8045图3涂层试样单位面积的质量损失随时间的变化曲线3、涂层耐腐蚀性能检测图4为在浓度为5%的NaCl溶液中，Zn-13Al涂层与基体的自腐蚀电位E与时间t的曲线。分析可知，Zn-13Al涂层自腐蚀电位一直低于基体，从电化学的角度来讲，Zn-13Al涂层在电解质溶液中发生电化学腐蚀时，可实现牺牲阳极(涂层)，保护阴极(基体)的功能。在浸泡初期，Zn-13Al涂层自腐蚀电位快速提升，并逐渐趋于稳定，这表明在涂层表面形成了保护膜。图4Zn-13Al涂层与基体(Q235钢)的自腐蚀电位E与时间t关系曲线图5为Zn-13Al涂层浸泡1h、20h、500h之后的极化曲线。分析可知，涂层浸泡(1h与0204060801001201401601802000d5d10d15d20d25d30dZn-13Al涂层Zn涂层无涂层质量损失（mg/cm2）420h)之后，出现较为明显的钝化现象，表明在涂层表层，形成了钝化膜(Al(OH)3)。Zn-13Al涂层腐蚀电位稳步增加，其电流密度显著降低，这表明涂层具有较好的耐腐蚀性。浸泡500h之后，该涂层处于溶解阶段。这表明Zn-13Al涂层颗粒较细，涂层较均匀，孔隙率较小，获得致密的组织结构，达到减少腐蚀通道的目的。腐蚀反应进行到一定程度之后，因腐蚀产物堵塞，Cl-1难以利用涂层表面缺陷进入到涂层；其自封闭效果更为明显。这有效提升了其腐蚀产物层的稳定性，进而使Zn-13Al涂层获得良好的耐腐蚀性能。图5不同时间Zn-13Al涂层的极化曲线五、结论与展望1、Zn-13Al涂层形成细小致密、稳定的针状腐蚀产物，可以有效填补涂层中的孔隙，切断腐蚀介质的快速通道，具有良好的自封闭性。2、Zn-13Al涂层腐蚀电位低，腐蚀电流密度小，具有良好的阴极保护能力和耐蚀性能。3、Zn-13Al涂层的耐蚀性能优于纯锌涂层，腐蚀形貌宏观表现为均匀腐蚀。4、利用电弧喷涂方式将Zn-13Al涂层喷到水工钢闸门表面，可以有效提高水工钢闸门耐蚀性，延长其寿命，较小不必要的人力、物力与财力。