Zn-Ni合金防腐涂层技术研究

作者：张力    发布于：2012-08-06 09:05:25  浏览：2382次

长期以来，人门一直以电镀锌层为紧固件的主要的防护涂层，但在实际应用中发现锌层有一些不足之处，如：在含有SO2、H2S、海水介质及海洋气氛中，电镀锌层耐蚀性较差，锌涂层的焊接性和可加工性差，而且容易产生氢脆，不适合结构连接件的防护。实际应用中发现以锌合金涂层具有很好的腐蚀防护性能，如锌镍、锌铁、锌钴、锌铝等，其中，以Zn-Ni合金的性能最好。据报道，含镍12%～14%的Zn-Ni合金镀层其耐蚀性是相同厚度锌镀层的5～6倍。同时该合金涂层具有良好的可焊性和可加工性，几乎没有氢脆。因而被广泛应用于汽车、航天航空、机电等领域紧固件的防护。

　　本文将对Zn-Ni合金防腐涂镀层技术的研究及应用现状进行简述。

1、Zn-Ni合金涂层技术

　　Zn-Ni合金涂层技术是将Zn-Ni合金丝材或粉末加热到溶融或半溶融状态，用高速气流将其雾化，加速撞击到紧固件表面，形成与基体结合牢固的涂层。热喷涂技术的最大优点是对紧固件形状要求低，且能在室外作业。缺点是涂层的孔隙率较高，尤其是贯通孔容易导致腐蚀介质与基体直接接触而降低防腐蚀性能。

　　分别采用电弧喷涂和火焰喷涂工艺制备Zn-Ni合金涂层，并对涂层的结合强度和耐腐蚀性能进行检测，结果见表1和表2。

表1　Zn-Ni合金结合强度试验结果

工艺方法	试验结合强度 /MPa			平均结合强度 /MPa
电弧喷涂	24.3	25.1	24.8	24.7
火焰喷涂	8.8	8.0	8.2	8.3

表2　Zn-Ni合金涂层中性盐雾试验结果

涂层成份	腐蚀速率(mm/a)	腐蚀形态
Zn-1%Ni合金	0.31	局部出现鼓泡
Zn-3%Ni合金	0.24	局部出现鼓泡
Zn-5%Ni合金	0.16	涂层完整
纯Zn	0.38	腐蚀不均匀,涂层鼓泡

2、Zn-Ni合金电沉积技术

　　Zn-Ni合金电沉积是指在电流的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到紧固件表面有一定性能的金属镀层的过程。电沉积法的主要优点是所制备的涂层密度高、孔隙率低，同时通过控制电沉积工艺参数，就能精确地控制涂层的厚度、成分、组织结构，从而控制其使用性能。

　　Zn-Ni合金的研究主要集中在镀液和添加剂的开发上，电镀Zn-Ni合金的镀液主要成分分为两大类，即酸性和碱性镀液。酸性镀液主要有硫酸盐和氯化物两大体系，其中氯化物体系是由酸性氯化物镀锌液转化而来。碱性镀液主要有锌酸盐体系、焦磷酸盐体系、氰化物体系等。其中锌酸盐体系是由碱性锌酸盐镀锌发展而来，研究最多。焦磷酸盐体系由于溶解性不好，需在较高的温度下工作，研究较少。氰化物体系对环境的污染较大，几乎被禁止使用。

　　我国Zn-Ni合金电沉积技术主要是碱性工艺，在推广应用中最大问题是镀液中锌和镍的含量波动较大，导致镀层中镍含量不稳定，从而影响耐腐蚀性能。

3、Zn-Ni合金热浸镀技术

　　热浸镀技术是将一种金属浸在溶融状态的另一种低溶点金属中，在其表面发生一系列的反应，冷却后在紧固件基体表面形成一层保护层的方法。传统的热镀锌防腐蚀涂层主要是热镀锌Zn涂层，在生产应用中发现，适合热镀锌的钢材只能是Si含量较低的沸腾钢，对于Si含量较高的镇静钢，由于Si会显著增加Fe与Zn的反应活性，会导致镀层灰暗、厚度增加、结合力差。

表3　户外暴露环境试验腐蚀速率对比

时间	2年平均腐蚀速率(μm/a)		4年平均腐蚀速率(μm/a)
环境	锌镀层	Zn-Ni镀层	锌镀层	Zn-Ni镀层
工业大气中	6.91	7.15	5.94	5.93
海洋大气中	2.41	2.19	1.97	1.80

　　从表3可以看出，热浸镀Zn-Ni合金镀层的耐腐蚀能力随着腐蚀时间的延长而逐步显现。

4、Zn-Ni合金渗层防腐技术

　　Zn-Ni合金渗层防腐技术是用加热扩散把锌和镍渗入基体表面，得到Zn-Ni合金层，其突出特点是表面防护层的形成主要依靠加热扩散的作用，因而不存在结合力不足的问题。将锌粉和镍粉及其它粉末按一定比例均匀混合，然后将紧固件和混合粉一起放入密闭容器中，对容器进行加热，锌和镍渗入紧固件表面，据检测，渗层厚度可达30～100μm，硬度可达300HV0.3以上，中性盐雾试验600h以上不出现红锈，二氧化硫试验120h以上不出现红锈。在国内，目前还未见关于Zn-Ni合金渗层防腐技术的报道。

　　总之，各种制备Zn-Ni合金防腐涂层的技术正逐步形成，在越来越多领域取代电镀锌，使得钢铁紧固件的长效防腐蚀性能得到进一步的提高。其未来无论是Zn-Ni合金涂层的防腐机理研究，还是工艺技术方面，都尚待深入探索。