CN108913965A - 一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，由以下质量百分数的成分组成：Zn 42.8％～75％，Al 15％～55％，Ti 0.5％～5％，Si 0.7％～3％，B 1％～2％。本发明ZnAlTiSiB防腐涂层中的Ti、Si和B形成的腐蚀产物不溶于水，降低了涂层的腐蚀率，使涂层达到完全致密，提高了钢结构的防腐寿命。本发明还公开了一种制备钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的方法，该方法包括：一、将钢结构表面预处理至Sa2.5级以上；二、采用电弧喷涂法将喷涂材料喷涂到经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层。本发明方法减少了涂层中的孔隙，提高了涂层与钢结构之间的结合强度。

Description

一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于钢结构防腐技术领域，具体涉及一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层及其制备方法。
背景技术
Zn具有电化学活性的优点，对钢铁基体能够提供有效的阴极保护，又具有阻挡腐蚀介质的隔离防护作用，但其腐蚀产物溶于水导致Zn涂层的腐蚀率较高，涂层消耗较快。Al涂层因在大气中极易形成致密的Al2O3薄膜而具有很好的钝化保护作用，且腐蚀产物不溶于水而使腐蚀速度大大降低。因此ZnAl合金是最为常用的钢结构防腐涂层材料。
采用电弧喷涂法制备合金涂层避免了热浸镀的污染，适用于制备大型钢结构的防腐涂层并且便于现场施工。生产中常用电弧喷涂法制备ZnAl合金涂层来提高钢结构的防腐能力。但即使采用超高速电弧喷涂法制备得到的ZnAl合金涂层仍然存在2％以上甚至高达20％的孔隙，导致腐蚀介质易从孔隙中渗入涂层和钢结构基体，加速Zn的消耗，导致涂层的破坏，从而失去防腐性能。公开号为CN1141414C的发明专利中采用氯化橡胶涂层、环氧树脂漆涂层或高氯聚乙烯涂层等有机涂层来封闭热喷涂锌铝合金涂层的孔隙，从而提高防腐寿命。但喷涂有机封闭涂层导致防腐涂层材料和工艺成本显著增加，不适宜推广使用。因此，急需开发一种防腐能力强、成本较低的防腐涂层应用于钢结构的防腐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层。该ZnAlTiSiB防腐涂层中的Ti、Si和B形成的腐蚀产物结构致密且不溶于水，降低了涂层的腐蚀率，并堵塞了涂层中的微量孔隙，使涂层达到完全致密，使ZnAlTiSiB防腐涂层同时具备阴极保护和屏蔽保护作用，提高了钢结构的防腐寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：Zn 42.8％～75％，Al 15％～55％，Ti0.5％～5％，Si 0.7％～3％，B 1％～2％。
另外，本发明还提供了一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用喷砂法或高压水喷砂法将钢结构表面预处理至Sa2.5级以上；
步骤二、采用电弧喷涂法将喷涂材料加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述喷涂材料为ZnAlTiSiB丝材，或者为Zn丝和AlTiSiB丝材，或者为ZnAlTiSiB粉芯丝材。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述ZnAlTiSiB粉芯丝材由Zn丝和Al丝包覆TiSiB粉末组成，或者由ZnAl丝包覆AlTiSiB粉末组成。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述电弧喷涂法采用的喷枪与钢结构表面的距离为100mm～280mm，喷枪的喷涂角度为60°～90°，电弧电压为20V～40V，电弧电流为200A～600A，所述喷涂材料的输送速度为0.5m/min～5m/min，所述压缩空气的压力为0.4MPa～0.9MPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的ZnAlTiSiB防腐涂层在常用的Zn、Al防腐涂层元素中添加了Ti、Si和B作为致密化元素，Ti、Si和B形成的腐蚀产物结构致密且不溶于水，降低了涂层的腐蚀率，并堵塞了涂层中的微量孔隙，使涂层达到完全致密，对钢结构实现了屏蔽保护功能，因此本发明的ZnAlTiSiB防腐涂层同时具备阴极保护和屏蔽保护作用，使钢结构的防腐寿命提高至50年以上。
2、本发明的ZnAlTiSiB防腐涂层中的Ti、Si和B提高了涂层的致密度，进而增强了涂层对外界腐蚀介质的隔离防护作用，减少了涂层中的Zn形成的腐蚀产物溶于水导致的涂层消耗，加强了Zn对钢结构的阴极保护作用，进一步延长了钢结构的防腐寿命。
3、本发明采用电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层，由于ZnAlTiSiB防腐涂层的喷涂材料中的Ti能够吸收压缩空气中的氧气，涂层材料在压缩空气的作用下雾化形成表面没有氧化膜的高速金属粒子流，然后在钢结构表面碰撞沉积，形成涂层，使涂层内部形成紧密的金属键结合，减少了涂层中的孔隙，最终制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的致密度达99.8％以上，显微硬度达到42HV0.5以上。
4、本发明采用电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层，不仅使涂层与钢结构之间形成了金属间的机械结合，同时ZnAlTiSiB防腐涂层的喷涂材料中的Si和B提高了雾化金属粒子的温度和速度，从而在钢结构表面碰撞引起扩散，达到了冶金结合，机械结合和冶金结合的共同作用大大提高了涂层与钢结构之间的结合强度，使涂层与钢结构之间的结合强度大于30MPa。
5、本发明采用电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层，由于涂层与钢结构之间的冶金结合较为紧密，只需对钢结构进行简单的喷砂前处理，避免了对钢结构的酸洗前处理工艺，对环境不产生污染，安全环保。
6、本发明采用电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层的喷涂材料不仅可采用ZnAlTiSiB丝材，Zn丝和AlTiSiB丝材，还可采用ZnAlTiSiB粉芯丝材，来源范围广泛，使用方便。
7、本发明采用ZnAlTiSiB粉芯丝材作为电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层的喷涂材料，可根据实际钢结构防腐需要，通过调节ZnAlTiSiB粉芯丝材中的外层丝材以及内芯粉末组成，从而调节ZnAlTiSiB防腐涂层的成分含量，灵活方便，并且喷涂时AlMgTiSiB粉末与外层金属间先发生反应，有利于形成了均匀的涂层结构，提高了ZnAlTiSiB防腐涂层的质量。
8、本发明采用电弧喷涂法制备ZnAlTiSiB防腐涂层的喷涂材料较为常见，成本较低，且电弧喷涂法工艺成熟，容易实现，适宜推广。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，由以下质量百分数的成分组成：Zn 75％，Al 15％，Ti 5％，Si 3％，B 2％。
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用高压水喷砂法将钢结构表面预处理至Sa2.5级；
步骤二、采用电弧喷涂法将ZnAlTiSiB丝材加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述电弧喷涂法的喷枪与钢结构表面的距离为280mm，喷枪的喷涂角度为60°，电弧电压为40V，电弧电流为600A，所述ZnAlTiSiB丝材的输送速度为5m/min，所述压缩空气的压力为0.9MPa；所述ZnAlTiSiB防腐涂层的厚度为110μm。
经检测，本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的致密度为99.83％，显微硬度为43HV0.5，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的界面结合强度为32MPa，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的孔隙较少，硬度较高，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的结合较为紧密。
根据GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层进行检测，结果显示本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的耐盐雾时间为1200h，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层具有较好的耐腐蚀性能。
实施例2
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，由以下质量百分数的成分组成：Zn42.8％，Al 55％，Ti 0.5％，Si 0.7％，B 1％。
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用喷砂法将钢结构表面预处理至Sa2.5级；
步骤二、采用电弧喷涂法将ZnAl丝包覆AlTiSiB粉末组成的ZnAlTiSiB粉芯丝材加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述电弧喷涂法的喷枪与钢结构表面的距离为100mm，喷枪的喷涂角度为90°，电弧电压为20V，电弧电流为200A，所述ZnAlTiSiB粉芯丝材的输送速度为0.5m/min，所述压缩空气的压力为0.4MPa；所述ZnAlTiSiB防腐涂层的厚度为112μm。
经检测，本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的致密度为99.85％，显微硬度为42.6HV0.5，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的界面结合强度为30.5MPa，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的孔隙较少，硬度较高，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的结合较为紧密。
根据GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层进行检测，结果显示本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层耐盐雾时间为1200h，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层具有较好的耐腐蚀性能。
实施例3
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，由以下质量百分数的成分组成：Zn 56％，Al 37.7％，Ti 3％，Si 1.8％，B 1.5％。
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用高压水喷砂法将钢结构表面预处理至Sa2.5级；
步骤二、采用电弧喷涂法将Zn丝和Al丝包覆TiSiB粉末组成的ZnAlTiSiB粉芯丝材加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述电弧喷涂法的喷枪与钢结构表面的距离为100mm，喷枪的喷涂角度为75°，电弧电压为30V，电弧电流为400A，所述ZnAlTiSiB粉芯丝材的输送速度为2.8m/min，所述压缩空气的压力为0.7MPa；所述ZnAlTiSiB防腐涂层的厚度为114μm。
经检测，本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的致密度为99.82％，显微硬度为42.7HV0.5，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的界面结合强度为31.5MPa，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的孔隙较少，硬度较高，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的结合较为紧密。
根据GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层进行检测，结果显示本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层耐盐雾时间为1200h，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层具有较好的耐腐蚀性能。
实施例4
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，由以下质量百分数的成分组成：Zn 60％，Al 34％，Ti 2.7％，Si 1.8％，B 1.5％。
本实施例钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、采用喷砂法将钢结构表面预处理至Sa3级；
步骤二、采用电弧喷涂法将Zn丝和AlTiSiB丝材加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述电弧喷涂法的喷枪与钢结构表面的距离为190mm，喷枪的喷涂角度为60°，电弧电压为40V，电弧电流为450A，所述Zn丝和AlTiSiB丝材的输送速度为4m/min，所述压缩空气的压力为0.6MPa；所述ZnAlTiSiB防腐涂层的厚度为113μm。
经检测，本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的致密度为99.87％，显微硬度为43.2HV0.5，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的界面结合强度为31.2MPa，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层的孔隙较少，硬度较高，ZnAlTiSiB防腐涂层与钢结构的结合较为紧密。
根据GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层进行检测，结果显示本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层耐盐雾时间为1200h，说明本实施例制备的ZnAlTiSiB防腐涂层具有较好的耐腐蚀性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：Zn42.8％～75％，Al 15％～55％，Ti 0.5％～5％，Si 0.7％～3％，B 1％～2％。
2.一种制备如权利要求1所述的钢结构用ZnAlTiSiB防腐涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用喷砂法或高压水喷砂法将钢结构表面预处理至Sa2.5级以上；
步骤二、采用电弧喷涂法将喷涂材料加热至熔融状态，并在压缩空气的作用下喷涂到步骤一经预处理后的钢结构表面，形成ZnAlTiSiB防腐涂层；所述喷涂材料为ZnAlTiSiB丝材，或者为Zn丝和AlTiSiB丝材，或者为ZnAlTiSiB粉芯丝材。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中所述ZnAlTiSiB粉芯丝材由Zn丝和Al丝包覆TiSiB粉末组成，或者由ZnAl丝包覆AlTiSiB粉末组成。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中所述电弧喷涂法采用的喷枪与钢结构表面的距离为100mm～280mm，喷枪的喷涂角度为60°～90°，电弧电压为20V～40V，电弧电流为200A～600A，所述喷涂材料的输送速度为0.5m/min～5m/min，所述压缩空气的压力为0.4MPa～0.9MPa。
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