盐雾腐蚀（精选4篇）
盐雾腐蚀 篇1
●经验荟萃
加强和改善输配电线路安全、可靠运行, 降低输配电线路事故率, 关系到电网安全、稳定和供电可靠性。本文结合盐雾情况, 就输配电线路防止盐雾腐蚀的方法进行一些探讨。
1 盐雾的形成及对输配电线路的危害
按国家规定距海岸7~10km为盐雾区的划分, 南方许多地区处于盐雾区内。盐雾指悬浮在大气中的气溶液状态的Na2O粒子, 它的形成主要是因为风引起海面扰动、涨落潮时海水相互间的冲击和海浪拍击海岸, 致使很多海浪粒子甩入空中, 水分蒸发后, 留下一些极小的盐粒, 在大气团的平流和紊流交换作用下, 这些盐粒在空气中扩散开来, 并随风流动形成沿海地区的盐雾。
盐雾对电气设备的危害程度主要与沉积在电气设备表面盐粒的多少有关。沉积又与盐雾含量、有无阻隔物、近海或远海等诸多因素有关, 其中影响最大的是阻隔物。能表标准装置检测出安装式电能表的误差γ′; (2) 用现场校验仪去检测该电能表误差γ″; (3) 计算出现场校验仪的误差γ=γ″-γ′。
4.2直接测量法
因为有源输出的电能表检定装置可以直接检测无源输出的安装式电能表, 因此只要将有源输出的JY-103型电能表现场校验仪改为无源输出即可。考虑到电能表计数器的信号即要能传递出来, 同时为了减少干扰又要与内部的数字电路进行隔离, 因此计量中心技术人员决定利用光耦合器来实现信号的转换。光耦合器由光的发射、光的接收及信号放大3部分组成, 输入的电信号驱动发光二极管 (LED) , 使之发出一定波长的光, 被光探测器接收而产生光电流, 再经过进一步放大后输出, 就完成了电—光—电的转换, 从而起到输入、输出的隔离作用。
经过试验, 计量中心技术人员将光耦合器和一定阻值的电阻相串联制作了一款脉冲输出线 (原理图如附图) , 将其接在现场校验仪的脉冲输出端, 通过光耦合器的信号转换先将有源输出改成无源输出, 再接到多表位电能表检定装置的脉冲采样器上, 利用电能表检定装置提供的直流5V电压, 现场校验仪就可将高低电平的脉冲但不管怎样, 盐雾对输电线路和电气设备都有不同程度的影响。
1.1 盐雾对导线的危害
盐雾对导线的危害, 实际上是导线的导体与加工金属材料在电解质的作用下, 产生金属的化学反应和电化学腐蚀的过程。从历年运行情况分析, 导线断线和断股每年都有多起发生。2007年, 某地35k V线路避雷线因钢绞线断线, 断落在导线上, 引起山林火灾。某条l0k V配电线路, 2003~2007年期间共发生导线断线15起 (断点大部分在弧垂低点上) 。断后的导线已被盐雾严重腐蚀、硬化和脆弱, 无法继续运行。因盐雾对导线的腐蚀, 使导线强度大大降低, 强风时导致导线断线。经检查, 钢芯铝绞线运行5年后钢芯有断裂现象, 铝导线白色锈斑布满表面, 占总面积50%~80%。
1.2 盐雾对瓷绝缘子的危害
盐雾对线路瓷绝缘子危害主要有2个方面: (1) 瓷绝信号输出给检定装置的检定脉冲回路, 电能表检定装置采样后就可根据计算机发出的指令进行自动检定和存储数据, 实现快速、便捷、直观地检定JY-103型电能表现场校验仪。
5结束语
以前使用间接测量法1天只能检定1台现场校验仪, 不仅工作繁琐、费时长, 而且很不直观, 无法实现微机自动校验和存贮数据。现在通过计量检定人员的革新, 将现场校验仪的有源输出改成光电驱动, 即可利用多表位的电能表检定装置直接检定多台电能表现场校验仪, 非常便捷、直观, 检定效率大大提高, 避免了间接测量法引入的诸多不确定因素, 确保了检定质量。
缘子爆裂。在强电场作用下, 瓷绝缘子上的沉积物被电离, 形成导电性薄膜, 产生电晕放电, 使瓷绝缘子表面温度不均匀升高, 从而导致爆裂。据某供电所反映, 某10k V配电线路从2005年架设起, 由于线路瓷绝缘子爆裂, 引起断线而造成有线电视光纤及信号放大器烧坏。据初步统计, 该地区线路每年瓷绝缘子爆裂占事故的70%。 (2) 单相接地。在电场作用下, 瓷绝缘子上盐雾沉积物呈半导体作用, 泄漏电流增大。当泄漏电流达到某一值时, 造成瞬间短路接地。单相接地可分为明显接地和隐蔽接地二种。瓷缘子爆裂是明显接地, 事故容易解决;当瓷绝缘子没有爆裂而是绝缘下降时, 瓷绝缘子表面产生裂缝, 一般很难发现, 使得处理这种接地事故难度增大。
1.3 盐雾对铁构件的危害
盐雾对铁构件的腐蚀非常严重, 对于一般电镀锌和烤漆的铁构件半年左右开始生锈, 一年以后锈迹斑斑, 二年后铁构件腐朽, 三年后基本上巳烂掉。电缆分接箱、电表集装箱以及低压线路上安装的各种金具, 使用不到三年就得更换。
1.4 盐雾对电气设备的危害
电气设备受盐雾腐蚀情况更为严重。由于电气设备常年裸露, 经受风吹日晒和盐雾腐蚀, 在恶劣天气条件下, 电气设备的外壳更易腐蚀。接头处腐蚀明显, 容易氧化膨胀、收缩而造成接触不良。铜—铜接头腐蚀比较轻;铝—铝接头的腐蚀就严重;铜一铝接头处很明显可看出, 铝接头处白色斑斑, 并有烧伤的痕迹。某变电所2003年建成投产, 运行不到三年, 设备完好率下降至70%, 五年后, 断路器失灵, 主变漏油, 隔离开关、熔断器已更换多次, 设备完好率达不到50%, 整个变电所基本已处于瘫痪状态。
2 输配电线路和电气设备防盐雾腐蚀的措施
对于沿海地区来讲, 盐雾腐蚀严重影响输配电线路和电气设备安全运行, 缩短了使用寿命, 增加了维护工作量。因此, 在农网改造及城网改造设计过程中, 对输配电线路和电气设备防盐雾腐蚀提出了较高要求, 从设计到施工及线路的维护管理, 尽可能选用抗腐蚀能力强的新型材料。
2.1 对导线的要求
(1) 在山区和离海岸线较远的线路要选用涂防腐油的防腐型钢芯铝绞线, 耐腐蚀铝合金及合铝镀锌合金层钢丝的耐腐蚀导线, 运行效果较好。
(2) 在离海岸线较近及穿过防护林区的线路, 选用绝缘钢芯铝绞导线。因为绝缘导线本身是绝缘的, 绝缘厚度较大、耐压较高, 加上外层绝缘可起到很好的抗盐雾腐蚀, 虽然造价偏高, 但抗盐雾腐蚀能力较强, 线路故障率较低。
(3) 在重要及安全系数要求较高的电力线路, 选用铜绞线。虽然铜绞线比钢芯铝绞线造价要高, 但运行寿命比较长, 抗盐雾腐蚀能力强。因为盐雾对铜导线危害较轻, 仅在表面上产生黑色的氧化膜, 对运行性能无影响。
(4) 在城区内尽可能采用地埋电力电缆线路。这样线路的腐蚀程度很轻, 减少了维护工作量。
(5) 低压配电线路选用塑料铜芯导线。即可降损节能, 又可防盐雾腐蚀, 同时提高了低压线路的安全性、可靠性。
2.2 对绝缘子的要求
盐雾主要破坏瓷件绝缘。因此, 防止盐雾对瓷件的破坏, 应采取提高瓷件的单位泄漏距离, 采取阻隔物减少盐雾沉积量。主要方法有:人工定期清扫擦拭;在绝缘瓷件上涂有机硅;在瓷件上涂地蜡等。但这些措施均属辅助的方法, 工艺复杂, 工作量大, 要根本解决问题还是采取增加泄漏距离和采用阻隔物的措施。
(1) 硅胶绝缘子:硅胶绝缘子具有体积小、重量轻、耐污性能好、不需测零值等优越性。具有高度的抗表面污染力和防止碳化泄漏。合成绝缘子所需的爬距比瓷和玻璃绝缘子所需爬距平均少30%。当线路使用钢芯铝绞线架设, 绝缘子最好选用硅胶绝缘子。
(2) 防污瓷绝缘子:为降低工程造价, 当线路使用绝缘导线架设时, 可选用防污瓷绝缘子。线路离海岸线较远, 盐雾腐蚀较轻的地段, 也可使用防污瓷绝缘子。
2.3 对铁构件及金具的要求
(1) 输配电线路的铁塔、铁杆及铁附件, 全部采用热镀锌。为了增强线路防盐雾腐蚀能力, 提高线路使用寿命, 对新架设的输配电线路运行2~3年后, 进行一次油漆, 今后每2年除锈并油漆一次。这种方法比较简便, 维护管理方便, 而且效果好, 也是最有效的防腐蚀措施。
(2) 低压线路的金具及附件同样采用热镀锌, 经过热镀锌制作的角钢至少可使用10年以上。
(3) 线路金具、螺栓及其它配件, 应采用国家定型产品和定点厂家生产的热镀锌产品。对于早期使用在输配电线路上的金具、螺栓及其它配件, 通过农网、城网、配网及线路改造, 进行更换。
2.4 对电气设备的要求
(1) 电气设备尽可能安装在室内。对于室外的电气设备, 如油断路器、SF6断路器、电缆分接箱、计量箱及各种开关柜等, 外壳应采用不锈钢和热镀锌, 以进一步加强防盐雾腐蚀的能力, 提高设备的使用寿命。某变电所的电气设备外壳, 从2000年改换为不锈钢后, 已运行4年还是完整无损, 运行效果良好。
(2) 在电气设备安装、电气设备检修时, 可在导电排搭接处接触面涂敷电力复合脂 (也叫导电膏) 。经使用证明, 能抗盐雾腐蚀, 降损节能, 运行效果良好。
盐雾腐蚀 篇2
海边空气中盐雾对电厂通风空调设备、管道具有腐蚀作用, 长期处于盐雾环境中的通风设备、管道将缩短使用寿命, 增加通风管件的更换频率。本文通过研究盐雾对于通风 (空调) 设备管道所造成的腐蚀影响的差异, 为今后电厂通风空调系统选择合适的设备管道材料提出优化方案。
1 盐雾腐蚀原理及类型
盐雾腐蚀是一种常见的具有破坏性的大气腐蚀。主要腐蚀成分是海洋中的氯化物盐氯化钠。盐雾对材料表面的腐蚀是由于含有的氯离子穿透材料表面的氧化层和防护层与内部金属发生电化学反应引起的。
2 目前电厂常用的通风空调材料及其耐腐蚀原理
目前电厂中常用主要包括镀锌钢板、彩色钢板、不锈钢、铝合金、玻璃钢等。
镀锌钢板的基体一般是碳钢。钢板之所以进行镀锌, 是因为锌在腐蚀环境中能在表面形成耐腐蚀性良好的薄膜, 延长其使用寿命。
彩色钢板一般涂有有机涂层的钢板。有机涂层具有使钢材与外界隔离的能力, 故可延长钢材的使用寿命。基体材料主要有:热镀锌钢板、热镀锌退火合金化钢板、热镀铝钢板、热镀锌铝合金钢板等。
不锈钢耐腐蚀是由于在不锈钢表面生成了一层极薄的、粘着性好的、半透明的氧化铬薄膜。这层膜一旦遭到破坏, 钢中的铬与大气中的氧发生化学反应就能迅速地恢复这层薄膜。因此机械损伤能很快再生成一层保护薄膜。但是, 如果受到离子的化学侵蚀, 比如氯离子, 可能难于抵抗侵蚀, 这就可能因氧气毫无阻挡地进入, 而使腐蚀加剧。
在大气环境下, 铝合金处于钝化区, 其表面形成一层致密的氧化膜, 它阻碍了活性铝基体表面与周围大气相接触。而且如果氧化膜破损, 在多数环境介质下可以自愈, 故铝及铝合金具有很好的耐腐蚀性。
玻璃钢是一种由增强材料和胶结剂复合而成的材料, 它属于非金属。玻璃钢具有良好的耐腐性能, 对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。玻璃钢分为有机玻璃钢和无机玻璃钢。
3 耐腐蚀能力分析
3.1 镀锌钢板耐盐雾腐蚀性
镀锌钢板的耐腐蚀性与镀锌层厚度有直接关系。以50μm厚的镀锌层厚度为例, 在不同大气环境下的腐蚀速率如表1。
由表1可以看出钢板的镀锌层在海边盐雾腐蚀环境下的腐蚀速率与较快。镀锌层厚度50μm时, 3~4年的时间即被腐蚀完。因此当不涂装防腐涂料, 金属基材将很快被腐蚀。一般的镀锌钢板风管在海边电厂使用寿命为3~5年, 有时可能更短。
3.2 彩色钢板耐盐雾腐蚀性
彩色钢板的耐盐雾腐蚀性与有机涂料有直接关系。涂装有机涂料的彩色钢板的耐盐雾腐蚀一般较镀锌层50μm厚的镀锌钢板略好。
目前, 有机涂料涂装工艺主要分为底漆, 中间漆, 面漆。根据对已投运海边核电厂的了解, 目前较成熟的涂料配比为底漆:无机富锌, 环氧富锌;中间漆:环氧云铁, 氯化橡胶, 乙烯类漆;面漆:氯化橡胶, 丙烯酸聚氨酯。目前暖通专业较成熟配套为:底漆:环氧富锌;中间漆:环氧云铁;面漆:丙烯酸聚氨酯。
3.3 不锈钢耐盐雾腐蚀性
不锈钢设备的腐蚀常常为局部腐蚀。马氏体不锈钢在各类不锈钢中的耐腐蚀性最差, 只有在腐蚀性弱的大气中才能保持基本上不锈。在盐雾环境中腐蚀较严重。
奥氏体不锈钢作为一种重要的不锈钢, 用途也最为广泛。它具有优良的耐腐蚀性能。电厂中常用的304、316L不锈钢均为奥氏体不锈钢。它是指含铬11%以上同时含镍的钢种。在常温氧化性环境中这种不锈钢容易钝化, 表面产生一层以氧化铬为主保护性很强的薄膜, 其腐蚀率极低。但它在非氧化性酸中腐蚀较严重, 常发生点蚀。但含有钼2~4%的铬镍钼钢对卤化物介质的耐蚀性较好, 不易产生点蚀。由于316L不锈钢含有钼, 因而在沿海盐雾环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。
3.4 铝合金耐盐雾腐蚀性
铝合金是一种很好的耐盐雾腐蚀的材料。根据长期测量, 不同的铝合金在盐雾环境 (青岛) 中测量的的平均腐蚀速率0.28~2.5μm/a。其腐蚀速率约为盐雾环境镀锌钢板的几分之一到几十分之一。
3.5 玻璃钢耐盐雾腐蚀性
玻璃钢作为一种非金属材料, 在耐盐雾腐蚀方面比金属材料有着天然的优势。经过比较, 奥氏体不锈钢、铝合金、玻璃钢的耐盐雾腐蚀能力较好, 马氏体不锈钢、镀锌钢板和彩色钢板略差。
4 不同材料经济性分析
在电厂设计时对材料的选择除了耐盐雾腐蚀性能, 还要考虑经济性, 铝合金钢板, 不锈钢钢板的价格基本在2~3万元/t, 而镀锌钢板和彩钢板价格仅是其1/4, 玻璃钢价格经过折算与镀锌钢板价格基本相当。
以碳钢为基材的镀锌钢板的优点显而易见其价格低廉, 机械加工性能优良, 资源丰富, 是通风、空调风管选材时首先考虑的材料。但由于其耐盐雾腐蚀的能力较差, 因此建议配合有机涂料使用。
涂装有机涂层的彩钢板, 以及不锈钢板具备较好的耐腐蚀性能和结构强度。推荐用作风机、空调设备的面板。其中在盐雾环境下露天布置的重要性较高设备如屋顶风机风筒, 风帽等主要部件建议采用316L不锈钢。布置于室内的空调机组的面板可采用涂有防腐涂层的彩钢板。同时适当增加涂层层数和厚度可减少涂层中的针孔数目, 有助于提高涂层钢板的耐蚀性。
铝合金具备较好的耐腐蚀性能, 价格也略低于不锈钢。但结构强度较不锈钢稍差。因此可用于百叶风口 (窗) , 风机叶轮等部件使用。
有机玻璃钢具有良好的耐盐雾腐蚀性能, 但受到自身材料的不耐火等特性所限在电厂通风空调领域应用范围不大。无机玻璃钢具备良好耐腐蚀特性的同时它具有不燃特性, 是一种很好的通风、空调风管管材。
5 结论
综上所述, 沿海电厂通风空调设备管道推荐选取方案如下:涂装有机涂料的镀锌钢板可用于制作通风 (空调) 风管道及部件;可用于制作布置于室内的通风空调设备外面板;316L不锈钢可用于制作布置于室外的风机风筒、风帽等主要部件布置于室内的组合式空气处理机组等大型空调设备内面板;铝合金可用于制作百叶风口 (窗) , 风机叶轮等部件;玻璃钢可用于制作运输腐蚀性气体通风 (空调) 风管道及部件。
参考文献
[1]黄建中, 左禹.材料的耐蚀性和腐蚀数据.化学工业出版社, 2002.
[2]左景伊.《腐蚀数据手册》.化学工业出版社, 1982.
[3]夏兰廷, 黄桂桥, 张三平.金属材料的海洋腐蚀与防护.冶金工业出版社, 2003.
盐雾腐蚀 篇3
通过热喷涂技术制备各种功能性涂层对工件表面进行防护, 正得到广泛的应用[1]。现代科技的迅速发展对材料的要求越来越高, 已有的涂覆技术难以满足其需求, 研发新的技术是目前获得高性能涂层的发展趋势。近年来, 激光与等离子复合喷涂工艺已成为美国、日本、加拿大等国的研究热点, 制备的NiCrBSi, NiTi, Al2O3 - TiO2涂层组织更加均匀致密, 结合强度、耐腐蚀、抗热震、耐磨损等性能进一步提高[2,3,4], 因而具有广阔的应用前景。NiCrAlY被广泛用于制备高温抗氧化涂层和热障涂层的粘结层, 常用的工艺有大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂等[5,6,7]。目前, 利用复合热源制备NiCrAlY涂层, 国内外尚无报道。本工作利用激光与等离子复合热源喷涂 (LHPS) 工艺制备了NiCrAlY涂层, 并对其微观组织、抗盐雾腐蚀性能和机理进行了研究。
1 试 验
1.1 涂层制备材料与工艺
以38CrMoAl为基材:成分 (质量分数, %) :0.350～0.420 C, 0.300～0.600 Mn, 0.700～1.100 Al, 0.200～0.450 Si, 0.150～0.250 Mo, 1.350～1.650 Cr, P≤0.035, S≤0.035, Cu≤0.030, Ni≤0.030, Fe为余量;尺寸为35 mm×35 mm×5 mm;用Al2O3喷砂。喷涂材料为超声气体雾化NiCrAlY合金粉末, -280目, 成分 (质量分数, %) :24.000～26.000 Cr, 4.000～6.000 Al, 0.400～0.700 Y, Fe≤0.200, Si≤0.100, C≤0.020, O≤0.085, N≤0.020, Ni为余量。涂层制备设备:AM356型YAG固体激光器与APS2000型等离子喷涂设备, 喷涂参数见表1。
喷涂时等离子焰流垂直于基体扫描, 激光束与基体呈45°, 喷涂层的总厚度为350 μm。
1.2 涂层性能测试
按HB 5476-91, 在Z100电子万能材料试验机上采用对偶拉伸棒测试涂层的结合强度, 每组5个试样, 取其平均值。按GB/T 13298-91, 采用JENAPHOT2000金相显微镜观测涂层的微观组织结构。按GB/T 10125-1997进行中性盐雾腐蚀 (NSS) 试验, 喷雾液为3.5%NaCl溶液, pH值为6.5～7.2, 测试温度35 ℃。有效腐蚀区域为25 mm×25 mm, 其余用氯丁橡胶封闭, 固化后进行腐蚀测试;试验周期为96 h, 在腐蚀试验前后对试样进行清洗与称重。采用D8ADVANCE型X射线衍射仪 (XRD) 对涂层的成分和物相进行分析:Cu Kα靶, 40 kV, 20 mA。采用CamScan3400型SEM设备测试涂层腐蚀前后的形貌及面扫描状况, 电子枪采用钨灯丝发射, 最高可放大40万倍。
2 结果与讨论
2.1 涂层显微组织结构及结合强度
图1为LHPS NiCrAlY涂层状态。由图1可以看出:涂层与基体间如同焊缝一样, 结合得非常致密;界面结合处无明显的缝隙和缺陷;涂层内部出现了冶金结合所特有的枝晶结构, 没有大的孔洞和明显的缺陷。
表2为LHPS NiCrAlY涂层与基体的结合强度。由表2可知, 有3组从胶与基体的结合界面处断开, 这是胶的粘结强度, 而涂层与基体的实际结合强度要高于此拉断值, 其平均结合强度值为63.00 MPa。
涂层的致密组织结构和高的结合强度说明:在LHPS过程中, 激光热源使得喷涂粉末受热熔融更充分, 铺展流动性更好, 同时也使基体表面瞬间产生了微熔池;当熔融态粉末快速喷涂到基体微熔池中时, 实现了液液结合, 因而其涂层组织更加致密, 缺陷少, 结合强度高, 更有利于提高其抗腐蚀性能。
2.2 涂层腐蚀前后的XRD谱
图2为涂层腐蚀前后的X射线衍射谱。由图2可以看到:腐蚀前涂层主要由AlNi3, Al8Cr5, NiO2, AlNi, NiCr2O4等组成;腐蚀后涂层的产物主要由 AlNi3 , Fe (OH) 3, FeCl2, Fe2O3, Al2O3, (Cr, Fe) 2O3等组成。
2.3 涂层抗腐蚀性能与机理
在NSS过程中, 30 min即可观察到基体表面的腐蚀点, 且多点同时出现, 分布均匀, 随腐蚀时间的延长, 腐蚀点迅速增多并快速扩展长大, 数小时后各腐蚀点连结成面, 呈疏松壳层状, 层层叠加累积。在盐雾冲击及腐蚀产物不断流落下, 新的表面不断裸露, 增大了盐雾腐蚀溶液与基体表面的接触面积, 如此循环, 使腐蚀在基体深度方向发展得很快。图3a为基体腐蚀96 h后的形貌, 腐蚀较严重。图3b是NiCrAlY涂层宏观形貌, 腐蚀16 h后表面仅有单个腐蚀点, 且腐蚀点的生成和扩展速度非常缓慢, 随腐蚀时间的延长, 腐蚀点增多, 由于长大速度极其缓慢, 96 h后各腐蚀点仍呈单个分散状态, 无腐蚀产物流下。由此可知, LHPS NiCrAlY涂层的抗盐雾腐蚀性能远远优于基体, 且随腐蚀时间的延长, 优越性更加显著。
基体盐雾腐蚀的失重量为5.206 g/ (m2·h) , LHPS NiCrAlY涂层的则为0.090 g/ (h· m2) , 涂层的失重量约是基体的1/50。可见, LHPS NiCrAlY涂层的抗盐雾腐蚀性能非常优异。
图4为LHPS NiCrAlY涂层腐蚀前后的SEM和面扫描形貌。由图4a～4e可以看出:腐蚀前涂层中Ni, Cr, Al分布均匀, 没有Y, 而Ni, Cr, Al总是在同一位置出现, 说明NiCrAlY粉末在涂层中始终以合金的形式存在;涂层表面分散有一些圆形颗粒, 大小不一, 面扫描的结果为元素Fe, 这是试样线切割时产生的Fe的氧化物。由图4f～4j可见, 涂层腐蚀后表面形成了疏松的壳层状物, 主要为Fe, 未腐蚀部分仍为NiCrAlY粉末, 且以合金的形式均匀分布, 这也验证了腐蚀产物主要为Fe的氧化物或氯化物, 与X射线衍射的结果相符。
通常, 在腐蚀介质中, 热喷涂涂层内部的非平衡相、夹杂物、残余应力以及孔隙率都可能引发腐蚀[8]。而在LHPS过程中, 被激光热源熔融的基体会有部分同熔融的喷涂粉末一起凝固于涂层中, 成为涂层内部的非平衡相, 且电位较低, 当腐蚀溶液渗透到这些部位时, 便发生腐蚀。在盐腐蚀溶液的作用下, 涂层中大孔和裂纹处是产生腐蚀的主要部位, 孔隙直径或裂纹宽度在0.025～0.100 mm就足以使介质滞留, 引起孔隙内金属的腐蚀[9]。当腐蚀介质进入到涂层孔隙和裂纹内时, 孔隙内金属就处于活化状态 (如基体成分中Fe电位较负) , 而孔隙外涂层表面的金属仍处于钝态 (电位较正) , 于是孔隙内外构成了膜 - 孔电池。孔口及孔内外金属将发生如下反应:
孔内undefined
孔外undefined
孔口 pH值增高, 产生二次反应
undefined
Feundefined
Fe (OH) 3沉积在孔口形成疏松多孔壳状层, 使孔内外物质交换困难, 孔内介质相对孔外介质呈滞流状态。孔内O2浓度继续下降, 而孔外富氧, 形成氧浓差电池, 加速了孔内Fe元素不断离子化, 孔内Fe2+浓度不断增加, 为保持电中性, Cl-向孔内迁移, 并与孔内Fe2+形成可溶性盐 (FeCl2) 。孔内氯化物浓缩、水解等使孔内pH值下降, 腐蚀以自催化过程不断发展下去, 这便是腐蚀点在涂层表面生成以及不断长大和扩展的原因。因此, 复合热源NiCrAlY喷涂层的腐蚀失效机制主要为孔隙腐蚀, 但因NiCrAlY涂层成分中Ni, Cr, Al等非常容易发生钝化, 生成一层保护性的钝化膜, 如Al2O3, 而发生钝化又使得腐蚀扩散阻力变得很大, 造成涂层表面腐蚀点的长大, 扩散速度非常缓慢。
3 结 论
(1) 利用激光与等离子复合热源喷涂工艺在38CrMoAl上成功地制备了NiCrAlY涂层。激光热源的加入使喷涂粉末熔融更充分、流动铺展性更好, 同时基体表面生成微熔池, 与涂层实现了冶金结合, 具有致密的显微组织结构以及高的结合强度。
(2) 激光与等离子复合热源喷涂NiCrAlY层具有优异的抗盐雾腐蚀性能, 腐蚀失效机制主要为孔隙腐蚀;NiCrAlY涂层腐蚀96 h后, 失重量约是基体的1/50, 且随腐蚀时间的延长, 其抗腐蚀优越性更加明显。
参考文献
[1]徐滨士, 刘世参.表面工程[M].北京:机械工业出版社, 2000:85~87.
[2]H itosh iH, Takash i I, Ak iraM, et al.E ffect of laser irrad i-ation cond ition on bond ing strength in laser p lasm a hybridspraying[J].Surface&Coatings Technology, 2001 (138) :284~290.
[3]H itosh iH, Takash i I, Sh igeharu K, et al.Fabrication ofN iTiinterm etallic compound coating m ade by laser hybrid spra-ying of m echan ically alloyed powders[J].Surface&Coat-ings Technology, 2001 (139) :93~100. (下转第13页)
[4]Dubourg L, L im a R S, Moreaub C, et.al.Properties of alu-m ina-titan ia coatings prepared by laser-assisted air p lasm aspraying[J].Surface&Coatings Technology, 2007 (201) :6 278~6 284.
[5]胡国海.电弧喷涂N iCrA lY在航空发动机零件上的应用研究[J].材料保护, 2007, 40 (11) :63~66.
[6]张玉娟, 孙晓峰, 金涛, 等.两种N iCrA lY涂层1 050℃恒温抗氧化性能[J].中国腐蚀与防护学报, 2002 (12) :339~342.
[7]武颖娜, 柯培玲, 孙超, 等.爆炸喷涂制备N iCrA lY/N iA l/ZrO2-Y2O3体系热障涂层[J].金属学报, 2004 (5) :541~545.
[8]王引真, 孙永兴, 宋玉强, 等.等离子喷涂A l2O3涂层腐蚀失效机制[J].腐蚀科学与防护技术, 2002 (7) :227~229.
盐雾腐蚀 篇4
镁合金微弧氧化膜一般由致密层和疏松层组成。致密层在膜层的内部,与基体结合紧密,而疏松层则在其外,表面存在孔隙,因此,腐蚀介质可以透过膜层导致基体发生腐蚀。采用微弧氧化技术提高镁合金的耐蚀性能时相对于基体可提高1~2个数量级。对镁合金微弧氧化层进行封闭(封孔)以进一步提高其耐蚀性已成为当前研究的方向[1,2],目前方法有多种,已取得一定的成效[3,4,5]。但是,采用纳米陶瓷涂料封孔的研究目前未见报道。因此,本工作先对镁合金微弧氧化,再采用空气喷涂纳米陶瓷涂料进行封孔制备复合膜层,以期进一步提高其耐盐雾腐蚀性能。
1 试 验
1.1 基材处理
基材为变形AZ31B镁合金,主要成分(质量分数):3.190%Al,0.334%Mn,0.810%Zn,0.005%Fe,0.020%Si,0.010%Be,0.005%Cu,余量Mg。AZ31B镁合金性能:抗拉强度300 MPa,屈服强度220 MPa,伸长率18%。对其分别用240~1 000号砂纸打磨,并进行去油污处理;在反应区上方用胶带裹住缠紧,留出前端的反应区,胶带尽可能裹得整齐严密,稍宽稍厚一些,以保持反应过程中阳极表面电流密度的恒定,避免电解液的蒸发和爬升而引起反应区上方试样的反应,反应区尺寸为25 mm×20 mm×1 mm。
1.2 膜层的制备
1.2.1 复合膜层
先通过微弧氧化直流脉冲电源(HG-1)在恒流模式下反应10 min。电解液配方:6 g/L Na2SiO3,2 g/L NaF,2 g/L NaOH,化学药品均为分析纯。电源参数:电流密度3 A/dm2,频率300 Hz,占空比45%,反应时间10 min。反应结束后,将微弧氧化试样冲洗吹干。喷涂工艺参数:双组分水性纳米陶瓷涂料(EC5032)喷涂量为3~5 g/s,压缩空气压力为0.3~0.5 MPa,喷嘴口径1 mm,喷嘴与微弧氧化陶瓷膜的距离10~15 cm,喷枪平行移动速度为10~20 cm/s,在鼓风干燥箱中90 ℃干燥10 min,在马弗炉中300 ℃固化20 min,得到复合膜层。
1.2.2 单膜层性能
为了便于对比几种不同的膜层(见表1)。采用的涂料有2种,一种是清漆,另一种是清漆中添加银色填料。
1.3 盐雾腐蚀
利用KD-60精密型盐水喷雾试验机做盐雾腐蚀试验:5%NaCl中性溶液,箱内温度35 ℃;以试样双面中腐蚀最严重的一面为判定依据,出现黑点或腐蚀点大于3处为试验结束依据。
1.4 性能测试与表征
采用Cannon130数码相机考察膜层盐雾腐蚀后的表面形貌。采用JSM-6480型扫描电子显微镜对微弧氧化膜层和复合膜层表面及截面SEM形貌进行表征。采用TTR-Ⅲ型X射线衍射仪[ XRD,铜靶,Kα射线(波长0.154 18 nm)]研究膜层晶相的组成。
2 结果与讨论
2.1 盐雾腐蚀
图1是不同膜层盐雾腐蚀的表面形貌。从图1a可以看出,表面直接喷涂涂料后,盐雾试验24 h,表面出现大面积的腐蚀坑,涂料层被腐蚀剥落。由图1b可知,微弧氧化试样经24 h盐雾试验后表面出现大量的黑点,有的地方已经露出基体。图1c显示,喷砂后直接涂银色涂料的试样表面腐蚀也很严重,但稍好于图1a。图1d显示,微弧氧化陶瓷膜层经过清漆封孔后盐雾试验72 h后才出现较多的黑点。图1e显示,微弧氧化陶瓷膜层经银色涂料封孔后盐雾试验144 h表面仅出现一个黑点,其他地方还保持完好无损。由上可知,试样的耐腐蚀性能为e>d>b>c>a。结果表明:复合膜比单层膜的耐腐蚀性能有较大的提高,涂料中加入银色填料的复合膜层表面具有银白色外观,其耐腐蚀性最佳;微弧氧化的耐腐蚀性能要好于纳米陶瓷涂料单层膜。
盐雾试验试样表面出现黑点为典型的点腐蚀特征,这是因为腐蚀介质中Cl-等透过膜层接触到基体,局部形成了微电池,发生了点腐蚀[6,7,8]。复合膜耐蚀性强是因为微弧氧化膜层表面多孔结构在其表面涂覆防腐蚀涂料,一方面涂料可以在陶瓷膜层表面形成均匀、致密的涂层,封住陶瓷膜层的孔;另一方面微弧氧化膜多孔结构的存在增大了涂料与陶瓷膜的接触面积,保证了涂料与陶瓷膜层之间的结合力,充分发挥了微弧氧化膜和涂料涂层的协同作用,提高了镁合金的耐腐蚀性能。直接在镁合金基体表面涂覆涂料,由于基体表面不均匀,涂料和基体相互作用力较差,造成部分区域涂料与基体结合不够牢固,经腐蚀介质腐蚀后,涂料开始剥落,进而加快整个腐蚀速度。
2.2 微弧氧化膜层和复合膜层的形貌及组构
2.2.1 SEM形貌
图2为2种膜层表面的SEM形貌。由图2a可见,膜层表面高低不平,有大量孔洞,有些孔径达10 μm, 并且有熔融物在表面堆积;而图2b中,陶瓷膜层被均匀、致密的涂料层全部覆盖,表面没有孔结构。
图3为复合膜层截面的SEM形貌。由图3可以看出,微弧氧化膜层大约厚35 μm,涂料层大约厚15 μm左右,涂料浸入到微弧氧化膜的微孔内,陶瓷膜层与涂料结合牢固。
2.2.2 膜层组构
图4为2种膜层的XRD谱。由图4可见,复合陶瓷膜层主要由MgO和Mg2SiO4两相组成;复合膜层中仍有较强的Mg2SiO4和MgO的衍射峰,并且没有其他杂峰以及非晶相峰,说明涂料在300 ℃固化时没有结晶,或者是生成的新晶相量很少;基体Mg的衍射峰也有出现。以上结果表明,涂料层的存在,使得膜层中晶相物质的衍射峰强度和基体衍射峰强度明显降低。
3 结 论
(1)盐雾腐蚀试验表明,5种AZ31B镁合金试样的耐腐蚀性能大小为陶瓷膜+银色涂料>陶瓷膜+清漆>陶瓷膜>镁基体+银色涂料>镁基体+清漆。纳米涂料在300 ℃固化时没有结晶,膜层晶相物质为Mg2SiO4和MgO。
(2)AZ31B镁合金陶瓷膜/纳米涂料复合膜层中因涂料浸入微弧氧化膜的微孔,堵住了孔洞,封闭了腐蚀性介质进入的通道,且陶瓷膜层与涂料层结合牢固,从而提高了镁合金的耐腐蚀性。
参考文献
[1]张荣发.镁合金阳极氧化膜封孔处理的研究进展[J].材料工程,2007(11):82～86.
[2]Duan HP,Du K Q,Yan C W,et al.Electrochemical cor-rosion behavior of composite coatings of sealed MAO film onmagnesium alloy AZ91D[J].Electrochem Acta,2006,51(14):2 898～2 908.
[3]蔡启舟.镁合金微弧氧化膜的SiO2溶胶封孔处理研究[J].特种铸造及有色合金,2006,26(10):612～614.
[4]王天石.镁合金微弧氧化膜有机封孔耐腐蚀性能的研究[J].表面技术,2006,35(6):8～10.
[5]蒋百灵,张淑芬,吴国建.镁合金微弧氧化陶瓷层耐蚀性的研究[J].中国腐蚀与防护学报,2002,22(5):300～303.
[6]Baghni I M,Wu Y S,Li J Q,et al.Corrosion behavior ofmagnesium and magnesium alloys[J].Trans Nonferrous MetSoc China,2004(1):1～10.
[7]Guang L S,Andre J A.Corrosion Mechanisms of Magnesi-um Alloys[J].Advanced Engineering Materials,1999,1(1):109～119.