锌及锌铝合金热喷涂涂层的腐蚀防护研究

锌及锌铝合金热喷涂涂层可以最大限度地为钢结构件和混凝土中的钢筋提供腐蚀防护。锌及锌铝合金热喷涂涂层主要的加工方式为电弧喷涂和火焰喷涂,可以在基体表面形成密封层,这就产生了一个最佳的被动与主动相结合的腐蚀防护体系,使得工件的使用寿命延长到20年。本文研究了锌及锌铝合金热喷涂涂层的微观属性和接近实际工况时的腐蚀防护特点。     

热喷涂涂层封孔处理及其耐蚀性能研究

研制了一种主要针对钢铁企业镀锌生产线沉没辊和稳定辊热喷涂层的复合封孔剂,其具有良好的耐高温腐蚀性能和抗粘锌性能。采用刷涂方法,对热喷涂涂层进行封孔处理,并对封孔处理的涂层进行酸腐蚀、锌腐蚀和抗粘锌试验。研究结果表明,涂层中的孔隙基本已经被封孔剂所填充,降低了涂层的孔隙率。封孔涂层可以屏蔽或减缓外部腐蚀介质对涂层及基体的渗透作用,从而起到有效的防护作用。并且该复合封孔剂具有很好的抗粘锌性能。     

热喷涂技术制备耐蚀涂层在炼油装备中的应用及发展前景

热喷涂技术是一门表面防护和表面强化技术,它可以在任何基材上制备耐蚀、抗磨、隔热等优良性能涂层.热喷涂技术在炼油装备中具有广泛的应用,本文介绍了热喷涂技术制备烟气轮机叶片耐高温热腐蚀涂层,油浆泵抗冲蚀涂层和钢结构、储油罐、储气罐、输油管道的长效防腐涂层.总结了目前该领域存在的问题,并对今后发展前景进行了展望.     

电弧喷涂NiCrMo涂层耐蚀性能研究

研制镍基抗蚀热喷涂粉芯线材，并应用电弧喷涂的方法制备抗氯离子或强碱腐蚀的NiCrMo涂层，将其与母材Q235钢的性能进行比较。通过热氧化和涂盐热腐蚀试验对NiCrMo涂层的高温氧化性能和热腐蚀性能进行评价。结果表明，钼的含量影响涂层的抗热氧化性能和抗热腐蚀性能，在镍铬含量一定，钼含量达到8％、稀土含量为1．5％时，镍铬钼涂层在高温下具有更优的抗热氧化性能；钼含量为6％和4％、稀土含量为1．5％时，涂层具有良好的抗高温热腐蚀性能、抗氯离子和强碱腐蚀的能力。     

再制造工程中的热喷涂技术

再制造是废旧产品高科技维修的产业化,热喷涂技术是再制造的关键支撑技术之一。从基础及应用基础的角度研究了高速电弧喷涂金属间化合物耐高温冲蚀涂层、铝基氧化铝增摩涂层、Zn-Al-Mg-RE耐海水腐蚀涂层及高效能超音速等离子喷涂12Co-WC耐砂粒磨损涂层、Al2O3/TiO2纳米结构耐磨涂层。结果表明,热喷涂技术制备的涂层可以满足再制造对于耐磨、耐蚀等各种要求。     

面向垃圾焚烧炉应用的抗高温氯腐蚀涂层技术

焚烧是市政垃圾最为有效的处置方式。然而,垃圾焚烧气氛产生的腐蚀及磨损对锅炉安全运行存在极大的风险。采用功能涂层技术隔绝锅炉管与腐蚀气氛,从而实现对管壁的保护,是可行方案。本文对比了熔覆、耐火材料及热喷涂等防护方案,最终采用电弧喷涂制备耐氯腐蚀涂层,通过分析涂层的基本性能、锅炉内现场施工及实际焚烧环境运行等多方面,验证了采用电弧喷涂对垃圾焚烧炉管防护的可行性。     

不同热喷涂技术对铁基非晶涂层的电化学腐蚀性能的影响

文章分别采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂制备了铁基非晶涂层。研究了不同喷涂技术制备铁基非晶涂层的显微结构和电化学腐蚀性能,探讨了喷涂技术类型对电化学腐蚀机理的影响。结果显示,三种热喷涂技术制备铁基非晶涂层的非晶含量分别为78.23%、85.41%、89.58%。其中,爆炸喷涂制备的铁基非晶涂层拥有最优的抗腐蚀性能。不同喷涂技术所制备的涂层孔隙率和非晶含量存在较大差异,进而影响了电化学腐蚀机理和抗腐蚀性能。     

热喷涂制备ZnAl涂层防腐性能研究

以锌粉和铝粉为原料,采用热喷涂工艺在A3钢板上制备TJPTZA1、TJPTZA2、TJPTZA3和TJPTZA4涂层.研究了不同涂层以及纯锌、纯铝抵抗海水的腐蚀能力.采用盐雾分析法分析不同涂层的耐腐蚀程度,采用高倍显微镜观察不同腐蚀时间的薄膜表面形貌.结果表明:TJPTZA2、TJPTZA3的耐腐蚀性好于Al和Zn,认为是锌铝合金热喷涂层中的锌铝原子相互作用减缓了氯离子等物质的腐蚀.     

热喷涂锌-铝合金涂层对钢结构防护性能研究

通过在我国大气和水环境下的曝露腐蚀试验,以及实验室条件下的中性盐雾腐蚀、NaCl水溶液中的全浸和浸渍/干燥循环、电化学等手段,研究了铝含量对Zn-Al合金耐蚀性影响,在此基础上分析比较了热喷涂Zn85Al合金涂层与传统的Zn、Al金属涂层在耐腐蚀性和对钢基体的电化学保护的差异。研究发现,与热喷涂Zn、Al涂层相比,Zn-15Al合金涂层对钢基金属既具有热喷涂Zn涂层优良电化学保护特点,又具有热喷涂Al涂层的高耐蚀特点。目前热喷涂Zn85Al合金涂层已开始在国家水利、桥梁等重点基础设施建设项目中应用。     

Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr涂层与TA2钛合金电偶腐蚀行为

采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备γ-TiAl基Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr合金耐蚀防护涂层,实现γ-TiAl基涂层的原态制备,并对涂层微观结构及电化学性能进行研究。结果表明：在涂层中的Al、V元素富集区,喷涂颗粒发生显著的塑性变形,有利于TiAl合金颗粒的沉积成形;通过在5083铝合金表面制备TiAl合金防护涂层可使其与TA2钛合金的接触腐蚀电流由16.2μA降为0.191μA,接触腐蚀敏感性由E级降到A级,喷涂件可与TA2钛合金直接接触使用,解决了铝合金与钛合金的接触腐蚀防护问题。     

Surface Modification With Zinc and Zn-Ni Alloy Compositionally Modulated Multilayer Coatings

Zinc and Zn-Ni alloy compositionally modulated multilayer （CMM） coatings were electrodeposited on to a steel substrate by the successive deposition of zinc and Zn-Ni alloy sublayers from dual baths. The coated samples were evaluated in terms of the surface appearance, surface and cross-sectional morphologies, as well as corrosion resistance. The microstructural characteristics that were examined using the field emission gun scanning electron microscopy （FEGSEM） confirmed the layered structure, grain refinement of the zinc and Zn-Ni alloy CMM coatings, and revealed the existence of microcracks caused by the internal stress in the thick Zn-Ni alloy sublayers. The corrosion resistance that was evaluated by means of the salt spray test shows that the zinc and Zn-Ni alloy CMM coatings were more corrosion-resistant than the monolithic coatings of zinc or Zn-Ni alloy of the same thickness. The possible reasons for the better protective performance of Zn-Ni/Zn CMM coatings were given on the basis of the analysis on the micrographic features of zinc and Zn-Ni alloy CMM eoatings after the corrosion test. A probable corrosion mechanism of zinc and Zn-Ni alloy CMM coatings was also proposed.     

低压冷喷涂铸造缺陷修复涂层性能研究

低压冷喷涂(LPCS)是一种拥有便携式冷喷涂系统的涂层技术。例如DYMET304K系统就应用于这项涂层技术中。通常情况下,压缩空气作为冷喷涂工艺中的运载气体。低压冷喷涂适用于喷涂金属基陶瓷复合粉末,如Cu基、Ni基、Zn基、Al基添加Al2O3粉的复合粉。硬质陶瓷相主要起到清洁喷嘴、增加表面活性和喷丸强化的作用,该方法在尺寸修复领域中具有优势。在这个领域里,修复铸造加工中的缺陷和气孔是一个很热门的应用。例如,Zn基复合材料就适用于防止电化学腐蚀和修复机械损伤造成的尺寸差异。本文对Zn+Al+Al2O3,Zn+Cu+Al2O3和Zn+Ni+Al2O3等复合材料做了实验研究。Zn和Al在腐蚀环境中起到阴极保护的作用,而Cu和Ni也有助于提高材料的机械性能。经过对微观孔蚀电位反应和力学性能(硬度和结合强度)的研究发现,涂层具有相对致密的结构和耐蚀性能。Zn在复合涂层中对其它金属起到阴极保护的作用。此外,在Fe52型铁基材料上的涂层有着足够的力学性能,硬度和结合强度较高。这一类涂层在修复宏观的铸造缺陷上具有很高的潜在应用价值。     

New types of coating systems for steel sheets by high‐rate evaporation in combination with plasma processes

High‐rate evaporation in combination with plasma processes is a promising approach to obtain new types of steel sheet coating with improved corrosion resistance and application properties. To estimate the potential for the application of PVD‐coatings (physical vapour deposition) different coating systems for steel sheet as well as for hot‐dip or electro‐galvanized steel sheet were designed. The samples were produced on a laboratory scale using PVD processes with very high deposition rates (in the order of 1 μm s^‐1) as well as high‐power plasma processes for the pre‐treatment. The relationship between the composition, microstructure and properties of the coating systems, in particular concerning corrosion protection, abrasion during forming, phosphating and paint adhesion, were studied. It was found that the corrosion resistance of galvanized steel sheets can be considerably improved by vapour deposition of metal or inorganic films with a thickness of several hundred nanometers. Investigations on vapour deposition of titanium and stainless steel coatings on steel sheets, for applications in a severely corrosive environment, showed that the corrosion resistance in relation to the coating thickness can be significantly enhanced by means of plasma activation during the vapour deposition process. Finally, an outlook on possible industrial applications including an estimation of the process costs will be presented. For certain coating systems the results look promising. Consequently, these particular coating systems will be investigated in more detail by means of using a large‐scale in‐line deposition plant for metallic strips and sheets.     

通过化学分析预测锌基涂层耐蚀性能的专家系统

本研究旨在开发一种用于预测锌基涂层耐腐蚀性的通用方法,其可以表示为加速盐雾试验中的总质量损失。本方法仅基于三个分析参数,即锌、铝和镁的总涂层质量。这种限制的原因是这三种参数可能通过在线分析获得。然后,预测的耐腐蚀性被包括在一个过程/质量控制系统。加速腐蚀试验在布雷斯特的Swerea KIMAB IC（腐蚀研究所）以及比利时的冶金研究中心（CRM）进行。试验按照雷诺ECC1试验D172028/--C（12周）以及CRM研发的加速循环腐蚀试验进行。根据总质量损失情况,原材料被分为四个耐腐蚀级别。所有腐蚀试验都清晰、充分地说明了元素镁和铝的正面影响。对于涂层中大多数这些元素来说,元素镁和铝的影响比单独元素锌的影响大很多。因此,引入了一个新的量,叫做"等量元素锌涂层重量"。此量与锌、铝和镁的涂层重量线性相关。使用专家系统开发了一种用于预测耐腐蚀性的模型,此模型基于回归分析和"决策树"算法。根据上述提及的三个分析参数（即锌、铝和镁的总涂层质量）,可以使用开发的模型准确对27种材料中的25种进行分类。总之,即使是在线状态,这种方法也有可能准确预测出腐蚀行为。出于材料研发的目的,还扩展了专家系统使其包括其他分析参数。     

广州新电视塔钢结构热喷涂防腐蚀方案探讨

针对广州新电视塔钢结构的表面防护要求,通过对比分析国内外现有钢结构长效防腐涂层技术,重点阐述了热喷涂技术的原理和防腐蚀机理,将热喷涂技术与其他涂层技术进行了全面的分析和比较,最后为新电视塔钢结构的不同部位提供了推荐涂装方案。     

Ceramic coatings for a corrosion-resistant nuclear waste container evaluated in simulated ground water at 90 °C

Ceramic materials provide an innovative opportunity for corrosion-resistant coatings for nuclear waste containers. Their suitability can be derived from the fully oxidized state for selected metal oxides. Ceramic coatings applied to plain carbon steel substrates by several thermal spray techniques have been exposed to 90 °C simulated ground water (at 10 times typical concentration) for nearly 6 years. Thermal spray processes examined in this work included plasma spray, high-velocity oxy fuel (HVOF), and detonation gun. Some thermal spray coatings have demonstrated superior corrosion protection for the plain carbon steel substrate. In particular, the HVOF and detonation gun thermal spray processes produced coatings with low connected porosity, which limited the growth rate of corrosion products. It was also demonstrated that these coatings resisted spallation of the coating even when an intentional flaw (which allowed for corrosion of the carbon steel substrate underneath the ceramic coating) was placed in the coating. An approach for a theoretical basis for prediction of the corrosion protection provided by ceramic coatings is also presented. The theoretical development includes the effect of the morphology and amount of the porosity within the thermal spray coating and provides a prediction of the exposure time needed to produce a crack in the ceramic coating. This article is based on a presentation made in the symposium “Effect of Processing on Materials Properties for Nuclear Waste Disposition,” November 10–11, 2003, at the TMS Fall meeting in Chicago, Illinois, under the joint auspices of the TMS Corrosion and Environmental Effects and Nuclear Materials Committees.     

超音速火焰喷涂 WC-Cr3C2-M 涂层性能 及其在液压支架立柱上的应用研究

分别采用电镀和超音速火焰喷涂在27SiMn钢表面制备了硬铬和WC-Cr_3C_2-M涂层,测试了两种涂层的机械性能以及磨损和腐蚀性能,并将WC-Cr_3C_2-M涂层在煤矿的液压支架的立柱上井下应用。结果表明:相对于电镀硬铬涂层,采用超音速火焰喷涂工艺制备的WC-Cr_3C_2-M涂层与基体结合强度高,孔隙率低,表现出更高的硬度、耐磨和抗腐蚀性能。WC-Cr_3C_2-M涂层在井下实际工况下防护效果显著,可以代替会给环境带来严重污染的电镀硬铬,用于煤矿井下的液压支架的表面防护。     

HVAFWC-Co-Cr涂层的研究和表征以及与电镀硬质铬涂层的对比

新型超音速火焰喷涂系统(HVAF)主要用于生产硬质合金和金属合金涂层。该过程类似于传统的超音速氧焰喷涂(HVOF)工艺,但采用空气代替氧气为助燃剂。因此,超音速火焰喷涂工艺的火焰温度更低(~2300K),从而最大限度地减低了喷涂材料的氧化和热失效。该工艺粒子飞行速度可达1000米/秒。本文对HVAF WC-CoCr涂层进行了研究,采用截面法对涂层显微组织形貌等特性进行了观测和讨论,对涂层的表面质量和相成分进行了分析。此外,还测量了涂层的硬度,通过电化学腐蚀试验表征了涂层的腐蚀行为。最后,将该涂层的检测结果与电镀硬铬涂层进行了比较和分析。     

高耐蚀锌铝镁镀层研究现状

从锌铝镁镀层的熔池界面反应、镀层组织、表面和切边腐蚀机理、腐蚀产物类型变化等方面, 对高耐蚀锌铝镁镀层的研究进展进行了详细分析. 根据Al成分含量的不同, 将商用及实验室锌铝镁镀层分为"低铝"、"中铝"和"高铝"锌铝镁三种类型: 不同类型的锌铝镁镀层的金属间化合物层生长动力学存在差异, 为了控制镀层厚度, 应合理控制浸镀时间、温度与熔池成分; 凝固组织也存在差异, "低铝"与"中铝"会析出Al或Zn初晶、Zn/MgZn₂二元共晶组织、Zn/MgZn₂/Al三元共晶组织, "高铝"会产生富Al枝晶、枝晶间富Zn相、Mg₂Si相、MgZn₂相, 不产生共晶组织; 发生表面腐蚀时, "低铝"与"中铝"中MgZn₂相先电离, 并生成碱性锌盐、双层氢氧化物等致密的腐蚀产物, 抑制腐蚀; 发生切边腐蚀时, 锌铝镁会出现自修复现象, 在切边钢基或镀层破损处形成碱性锌盐, 保护基体.      

热喷涂技术应用及研究进展与挑战

热喷涂作为重要的表面工程技术之一,是通过在材料表面制备材料保护涂层与功能涂层,赋予基体材料没有,但服役环境所必须的表面性能的方法。由于热喷涂可以制备从超过50%孔隙缺陷含量到接近完全致密的任意材料的涂层,基于缺陷控制可满足从可磨耗、耐高温隔热、耐磨损与耐腐蚀等不同服役要求,经过100余年的发展已经形成了包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、普通火焰喷涂等一系列方法,已经成为在众多产业领域,包括航天航空、交通运输、石油化工、电力能源、冶金钢铁、纺织与造纸、机械制造等,提高产品寿命与竞争力不可或缺的技术。制备可以提供耐磨损、耐环境腐蚀防护、耐高温隔热防护等保护涂层是热喷涂尤为重要的应用方面,热喷涂作为可显著提升结构零件耐磨损的涂层制备方法应用非常广泛,但在动载如冲蚀、空蚀、疲劳磨损、或高应力磨料磨损条件下,涂层材料的耐磨性能尚不能完全发挥;由于涂层总是存在一定的孔隙,难以以制备态直接用作长效耐腐蚀防护涂层,适当的封孔处理成为其用作耐腐蚀涂层的必要条件;包括以燃气轮机热障涂层为代表的耐高温隔热涂层等在航空与地面重型燃机中的应用,在欧美热喷涂市场中约占比60%,随着我国燃气轮机技术的发展,该市场潜力有望逐步得到发掘。热喷涂耐磨损涂层性能的进一步提升不仅需要开发新型硬质耐磨材料以及宽温域自润滑材料,还需要结合材料开发,发展可使粒子间结合充分的涂层制备方法,其次,基于涂层结构特征与服役性能关系控制磨损服役条件,防止源于粒子间脱落的加速磨损是确保长效磨损保护的基础。如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战。冷喷涂、等离子喷涂、物理气相沉积、液料热喷涂等新方法近年来发展迅速,与这些方法相配套的材料制备技术的发展将是这些新方法得到广泛应用的基础。新能源、医疗、民生、半导体等对导电、催化、生物活性、绝缘、耐刻蚀等功能涂层的需求也将有力推动热喷涂技术的发展。本文将结合目前热喷涂技术在国内外的应用现状与存在的问题,展望热喷涂技术进一步发展过程中有待解决的主要挑战性技术问题,为本领域技术人员合理认识热喷涂技术的特点,直面挑战,深入开展开发与基础研究,推动技术提供参考。