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喷涂伪合金的突破
发布时间:2010-8-20  浏览次数:336

1什么是伪合金涂层
来源:
伪合金涂层主要通过电弧喷涂方法获得。电弧喷涂时,将成份相同的金属丝作为电弧的两根熔化极,喷出后便得到该种金属涂层(例:喷锌得到锌涂层,喷铝得到铝涂层),如果使用两根不同成份的线材喷涂,就得到这两种材料的伪合金涂层。

 

 



 

特点:伪合金的组织结构是两种材料的机械混合物。有时还含有少量的二者合金,涂层的力学性能和化学性能将兼有二者的特点。只要两种材料的熔点相差不是很悬殊,都可以进行这种组合,不同材料组合可以得到许多种伪合金,如锌-铝伪合金,锌-铝镁伪合金等。

金相组织
锌铝伪合金的金相组织,由纯锌相、纯铝相和一些锌铝合金相。在500倍的显微组织图内可以清楚地看到这些铝元素分布状态。因为电弧的温度很高,两种纯金属丝呈熔融而且分散的状态喷向钢的表面,钢的表面是常温的,高温金属急冷下来呈纯铝相和纯锌相,只有两种金属的接触介面附近才能通过扩散形成一些固溶体或(一些夹杂着纯锌纯铝的固溶体)合金。
从液态金属变成固态的金属结晶体,需要有两个条件,一是有原子活动的能量(热状态),二是要有扩散运动的时间。两种纯金属喷出时热状态下接触的部分,具有这两个条件,因而就产生了一些锌铝合金。

 



 


铝在锌中的固溶度,室温时只有0.05 % ;锌在铝中的固溶度,室温时只有4~5 %。锌铝合金不同含量时的金相组织可参阅锌-铝二元相图:

 



 

锌铝伪合金涂层的性能:
电化学性能:介于锌涂层和铝涂层之间近于锌涂层,对钢铁起到很好的阴极保护作用。
力学性能:介于锌涂层和铝涂层之间近于铝涂层,有较高的硬度和抗冲击性能。见表1:

指标

单位

锌涂层

锌铝伪合金涂层

铝涂层

涂层硬度

HV

22.9

38.5

41.2

腐蚀电位

V

-1.38

-1.30

-1.16

腐蚀电流

A/cm2

150

100

10

体积百分比和重量百分比:
如果采用两根不同金属的丝进行喷涂,丝的直径和送进速度相同,将得到体积比为1:1的伪合金涂层,并且它们的密度比就是它们的重量比。丝的直径或送丝速度不同可得到不同体积比的伪合金涂层。
用两根成分相同的合金(二元、三元或多元合金)丝进行喷涂,喷出的涂层成分与合金丝相同。
表2 以锌铝伪合金涂层的体积比与重量比说明本课题(专利)的特点

 

体积比%

重量比%

备注

1,英国Leaer·J、
美国TAFA公司

31.8

68.2

15.0

85.0

先制合金丝再喷

2.北京有色金属研究总院

39.8

60.2

20.0

80.0

管状熔化电极,管内为锌、铝粉末

3.上海润馨化工技术发展公司

50.0

50.0

27.4

72.6

重量比=密度比
即为:2.7:7.14

有金属理论工作者指出,当锌铝伪合金中铝含量为30%时,会得到较佳的防腐蚀性能。从上表可以看出,我们在提高含铝量方面已经相当接近金属学家追求的目标。

2 本课题(专利)的特点
本课题(专利)的特点在于将伪合金涂层的铝成分提高到前人未达到的水平。(见表2)伪合金涂层的铝成分提高后,有哪些优点呢?
① 电化学保护:按金属在3%海水中的电位,锌比铝易腐蚀,早牺牲。锌的牺牲既保护钢也保护铝,锌牺牲完后铝还继续牺牲,继续保护钢,延长了总的阴极保护时间。
② 防止化学腐蚀:喷成伪合金后,铝微粒之间构成网状硬构架,不但阻止了锌的腐蚀生成物氯化锌、氧化锌的聚集和大块流失,而且锌的氧化物会把铝的小孔堵住,铝的生成物Al2O3本来比较致密,这样,使进入伪合金层的介质减少了,锌腐蚀也少了。——美国TAFA公司的理论。参看《化工腐蚀与防护》1997-01-01。
③ 加大了铝含量,提高锌铝伪合金层表面上铝的覆盖率,使致密的Al2O3大部分能连接起来,阻隔或减少介质通过,锌层便受到保护,延长锌层寿命。作者将v/v =50/50的锌铝伪合金层送到华东计量中心(上海计量测试研究院)对表面进行电子显微镜扫描,并作电子能谱图确定其成分。得到下图和下表:

 



 

表3    伪合金涂层表面成分的电子能谱图分析结果[7]

成 分

体 积 At %

重 量 Wt %

O K

39.15

18.34

Al K

30.96

24.45

Zn K

29.90

57.21

Total

100.00

100.00


解释:锌、铝粒子从枪喷出时,粒子成等轴体,处于约60000C的有氧环境中,表面容易形成氧化层。当等轴粒子喷摔到铁的表面时,与铁接触的表面被压扁,氧化膜破裂,与钢黏结。后面的表面继续氧化,因为处于高温有氧环境中,故能形成大量的氧化物。
④ 工艺优点:本专利用两根单金属丝进行喷涂施工,工艺简单,效果理想(详见表2),成本低,便于施工。便于推广。

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