热喷涂技术在防腐工程中的应用研究

黄雪飞

江西洪都航空工业集团有限责任公司 南昌 330024

摘要：本文简要介绍了热喷涂技术的原理及其涂层防腐机理，详细论述了热喷涂涂层使用材料，系统阐述了热喷涂技术在水利水电工程、化工生产、高温生产等三大领域的实际应用，说明了该技术在防腐工程中的重要性和必要性

关键字：热喷涂 涂层材料 实际应用

腐蚀无处不在，而且难以避免，给人类带来了诸多经济损失和危害。为了避免材料在恶劣环境下受到腐蚀，人们探索了各种方式以提升材料耐腐蚀性能。而热喷涂技术能够处理基体材料表面，制备一层抗腐蚀层，能够有效防腐，已广泛应用于诸多领域。

一、热喷涂技术的简要概述和涂层防腐机理

1.热喷涂技术的简要概述

热喷涂技术是一种表面工程处理技术，利用某种热源对粉状或丝状的金属或非金属材料进行加热、熔化或软化处理，再使用压力装置将其以一定的喷射速度对基体表面进行处理。热喷涂技术的热源主要有两种，一种是燃烧热源，包括火焰喷涂、爆炸喷涂，一种是电热源，包括等离子喷涂、电弧喷涂。热喷涂技术具有取材范围广、操作方便、工艺简单、成本较低等优点，金属、陶瓷、塑料等均可作为喷涂材料，该技术广泛应用于诸多行业，如水利、钢铁、航空航天、石油化工等。此外，热喷涂技术是一种重要的防腐技术，利用该技术能够克服大气、海洋、高温等严酷环境，起到良好的防腐效果。

2.热喷涂涂层的防腐机理研究

材料的抗腐蚀性能能够提升材料的使用寿命，在各大行业的建设过程中都会对抗腐蚀性进行分析。而热喷涂技术在防腐工程中应用极其广泛，特别是解决工程材料在高温、酸性气体、海洋等环境下的腐蚀问题。热喷涂技术主要是在基体材料上制备一层涂层，利用隔离腐蚀介质和电化学保护两种方式对基体材料进行保护^[1]。

由于热喷涂技术制备的涂层肯定存在空隙，腐蚀介质将穿过这些空隙而腐蚀基体材料。此外，若涂层与基体材料的结合不紧密，会使得涂层与基体材料间产生空隙，也会影响抗腐蚀效果。因此，隔离腐蚀介质这一方式的防腐效果主要取决于涂层的抗渗透性和涂层与基体的结合强度。涂层抗渗透性则与涂层孔隙率有关，而涂层孔隙率受工艺和材料的影响。结合国内外学者的研究成果，发现铬镍合金、锌镍合金、锌铝合金、铝青铜、不锈钢涂层等本身具有良好的耐腐蚀性，又能起到很好的隔离作用^[2]。

有些涂层的防腐蚀效果不仅是因为隔离了腐蚀介质，也是因为实现了电化学保护，如锌镍、锌铝等阳极型涂层。在电解质环境下，阳极涂层相较于基体材料具有更负的电极电位。根据电化学腐蚀原理，负电极属于牺牲阳极，在发生电化学腐蚀时，阳极材料与阴极材料构成保护电流回路，首先消耗阳极材料，基体能够得到保护。而热喷涂技术制备的涂层材料是牺牲阳极，在电解质环境下能够良好地保护基材料免受腐蚀。因此，即使涂层破损，无法将基体材料和腐蚀介质隔离，但基体上均匀分布的阳极型喷涂材料还是可以利用电化学保护方式起到防腐效果。

二、热喷涂技术应用的防腐材料

随着热喷涂技术广泛应用于防腐工程当中，涂层防腐性研究成果越来越多，也研制出了形形色色的防腐喷涂材料，主要可以分为四大类，即不锈钢材料、镍基合金材料、复合陶瓷材料和铝、锌及其合金材料。

（1）不锈钢材料

不锈钢喷涂材料主要是丝状材料，是一种耐腐蚀耐磨损的预合金涂层材料，主要有奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、316L不锈钢等喷涂材料。通过热喷涂技术制备的不锈钢涂层具有孔隙率低、自粘性强、结合强度高等优点，主要应用于化工、海洋领域防腐。值得注意的是，奥氏体不锈钢涂层属于阴极材料，如果涂层破损，将发生电化学腐蚀，会加快基体材料的腐蚀速度，因此奥氏体不锈钢涂层需妥善保护才能达到良好的防腐效果。

（2）镍基合金材料

由于镍基合金材料具有良好的耐腐蚀性，热喷涂技术制备的涂层能耐酸碱、氯离子、高温等腐蚀。喷涂主要使用镍基复合材料、镍铝合金、蒙乃尔合金丝等。镍基合金涂层在受到高温时，在表面易形成耐腐蚀性能良好且致密的氧化膜，能够有效地阻止腐蚀介质向涂层内部渗透，从而起到保护基体材料免受腐蚀的作用。此外，镍基合金材料在高温下抗应力能力也较强，能够保证涂层不脱落。

（3）复合陶瓷材料

复合陶瓷材料一般都具有优良的耐高温耐腐蚀性能，自从被应用到喷涂中，研究者们研究出了大量的陶瓷类喷涂材料，并制备了复合陶瓷材料涂层，主要包括碳化物陶瓷涂层、氧化物陶瓷涂层和金属陶瓷涂层。喷涂陶瓷涂层的发展大大拓宽了热喷涂技术在防腐工程中的应用领域，由于陶瓷材料的耐磨性强，也提升了涂层的防腐效果和使用寿命。

（4）铝、锌及其合金材料

锌、铝及其合金涂层最常用的热喷涂防腐涂层，其中Zn-15Al合金材料制备的涂层同时具有隔离腐蚀介质和电化学保护的作用，已广泛应用于水利、桥梁等基础建设领域。研究者们对锌铝合金进行了大量的研究工作，研究发现Zn-55%Al伪合金涂层具有更优越的耐蚀性和腐蚀防护性能，而且在锌铝合金中加入适量的Mg、稀土元素等能够改善涂层的耐腐蚀性能

^[3]。

三、热喷涂技术在防腐工程中的实际应用

由于热喷涂技术操作方便，从20世纪80年代开始，热喷涂技术开始应用于我国的各大领域，主要包括水利水电工程、化工生产、高温生产等。目前，国内许多大型工程均采用热喷涂技术进行防腐处理，如东方明珠电视塔、南京长江大桥、三峡永久闸门、龙羊峡水电站工程、粤海通道栈桥等。

在水利水电工程建设方面，金属结构部件大部分浸没于水中，或处于潮湿的环境当中，金属结构部件容易发生腐蚀，从而影响机械设备的正常运转。因此，水利水电工程中金属结构部件的耐腐蚀性能至关重要，而热喷涂技术正好能提升金属结构部件的耐腐蚀性能。例如，在长江三峡永久闸门建造时，利用热喷涂技术在水工闸门制备大面积的防护层。青岛海湾大桥更是利用热喷涂技术制备了“金属表面热喷涂+重防腐蚀组合体系”长效防腐涂层，从而起到抗腐蚀的作用。此外，热喷涂技术在还应用与船舶、港口和海洋平台的建设。

化工生产领域利用热喷涂技术提升管道和容器的抗腐蚀性能。在化工行业运输管道方面，含二氧化碳和硫化氢的酸性天然气会腐蚀运输管道，特别是在连接部位更是会产生严重的电化学腐蚀，而采用热喷涂技术在运输管道表面制备一层锌铝合金涂层能够提升管道的抗腐蚀性能，从有效地避免运输管道的基体材料受酸性气体腐蚀。在化工行业容器方面，反应罐、贮存罐极易受化工生产过程产生的酸碱性腐蚀介质腐蚀，防腐难度十分的大。而热喷涂技术以耐腐蚀、高强度的合金材料作为喷涂材料，制备出一层高强度、耐高温、耐腐蚀、致密的热喷涂涂层，从而保护化工生产容器。

在高温生产领域，机械设备容易受高温环境的影响导致零部件发生腐蚀，从而影响设备的运行。因此，高温防腐涂层的制备至关重要。例如，利用热喷涂技术制备的镍铬基陶瓷涂层，具有优异的抗高温耐腐蚀性能，应用于高温生产能确保机械设备在高温环境正常运行。此外，热喷涂技术还可以用于现场修复，若发现了局部腐蚀，可以现场打磨表面，利用热喷涂技术制备耐腐蚀层。

4. 总结

由于热喷涂技术具有取材范围广、操作方便、工艺简单、成本较低等优点，广泛应用于水利、钢铁、航空航天、石油化工等领域。热喷涂技术应用的防腐材料主要包括不锈钢材料、镍基合金材料、复合陶瓷材料和铝、锌及其合金材料等。在实际应用方面，本文中着重介绍了热喷涂技术在水利水电工程、化工生产、高温生产等领域的实际应用，如长江三峡永久闸门、青岛海湾大桥、化工生产管道和容器等，凸出热喷涂涂层应用于防腐工程中的重要性和必要性。

参考文献

[1] 刘存, 赵卫民, 艾华等. 电弧喷涂铝涂层的腐蚀电化学行为[J].中国腐蚀与防护学报, 2011, 31(1): 62-67.

[2] 王应发, 黄国胜, 程旭东等. 热喷涂 Zn-Ni 复合涂层在海水中的腐蚀行为研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2013, 33(1): 29-35.

[3] 李承宇, 严生贵, 王会阳等. 铝镁及稀土铝镁电弧喷涂涂层的耐腐蚀性能研究[J]. 热喷涂技术, 2012, 4(4): 20-26.