CN114774832B - 一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热喷涂Zn‑Al‑Mg合金涂层及其制备方法。包括以下步骤：S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；S2：对基体钢材进行表面处理：对表面进行除油，并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；S3：对基体钢材进行喷砂除锈：使用喷料进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；S4：以Zn‑Al合金丝、Al‑Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，得到合金层；S5：涂层封孔：合金层固结后，使用封孔剂，得到修饰层；S6：整形处理、严查验收，得到热喷涂Zn‑Al‑Mg合金涂层。有益效果：热喷涂Zn‑Al‑Mg合金涂层具有均匀致密性、优异耐腐蚀性、成本低等优点，具有广阔的市场前景。

Description

一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料防腐技术领域，具体为一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层及其制备方法。
背景技术
钢铁由于原料丰富、加工性好、性能多样、强度高、经济实惠等优势，成为了国民基础建设和机械设备生产的首选材料。但是，但是大型钢结构、钢构件的服役环境往往存在腐蚀因素，易造成腐蚀破坏，从而导致巨大的经济损失和人身安全事故。因此，为大型钢结构提供长效、稳定且高效的防腐措施，具有极高的必要性。
目前，通过使用合金涂层喷涂防止钢铁腐蚀，从而使涂层给钢铁在海水、土壤等腐蚀性较强应用环境中提供保护。其中，相较于单一性Zn、Al涂层和Zn-Al二元合金涂层，Zn-Al-Mg三元合金涂层具有更好的耐腐蚀性。另一方面，相较于重防腐油漆装涂、热浸镀锌(铝)防腐，热喷涂防腐涂层因具有结合力更高、效率更快、镀层更厚的优点，得到了广泛的工业应用。其中，电弧喷涂涂覆的合金涂层与钢铁结合力强、氧化碳化风险低、质量稳定好；涂覆层的耐腐蚀性高达30年以上。因此，使用电弧喷涂技术涂覆Zn-Al-Mg三元合金涂层得到致密性好、耐腐蚀强的涂层，在大型钢结构防腐领域成为首选方案之一。
但是，现有技术中多采用Zn-Al-Mg合金丝为原料用于电弧喷涂，而Zn-Al-Mg合金丝的制备较为复杂、工艺苛刻性强；其通常是通过包裹拉拔的形式制备而成，由于Al会因为拉拔温度、粉末填充率、拉力大小、拉拔过程产生重结晶的现象，影响丝材的韧性，从而导致断丝、翻带等、成品率低。因此，市面售卖的Zn-Al-Mg合金丝价格较为昂贵。同时，市面售卖的Zn-Al-Mg合金丝Al含量低，通常为15％，大于15％时合金脆性高，拉拔成型难，高含量Al的三元合金丝市面没有售卖。但是，Zn-Al-Mg涂层中，更高含量的Al的具有较好的耐盐雾和全浸泡耐蚀性能。如果特殊制备得到Zn-Al-Mg合金丝成本太高，无法实现大规模应用。
综上所述，解决上述问题，制备一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层，实现大规模应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：对表面进行除油，并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：使用喷料进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，得到合金层；
S5：涂层封孔：合金层固结后，使用封孔剂，得到修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
其中，表面除油目的是钢材表面清洁、干燥、无油污灰尘等杂质，表面灰尘度不超过ISO8502-3中I级标准。对非喷涂表面进行遮蔽保护，保护层边缘可预留过渡区，以保证过渡边缘光滑。
其中，喷料使用石英砂、金刚砂进行喷砂处理，包括但不仅限于石英砂、金刚砂；且Sa3.0级粗糙度，有助于后续喷涂的机械结合。
其中，整形处理为：喷涂后，如果涂层表面有凹凸不平的区域，需要进行机械打磨至平整，然后按照要求进行打磨抛光处理。
其中，严查验收为：整形处理后，检查涂层表面是否平滑、致密，涂层厚度是否均匀，与基体结合是否紧密，是否存在气泡开裂现象。此外，还需检查工件喷涂后的外观尺寸是否符合图纸要求，是否有漏喷、漏熔、烧塌或其他喷涂缺陷，硬度是否符合要求。如果有上述问题，需要进行重熔或补喷措施。
较为优化地，所述Zn-Al合金丝和Al-Mg合金丝的规格为2～3mm，断后延展率均
≥26％，表面接触电阻均＜0.5Ω/cm，两种合金丝均采用机械包裹和拉拔减径而制备得到的。
较为优化地，所述Zn-Al合金丝的密度为3.9～4.2g/cm3，Zn-Al合金丝中锌和铝两种元素的质量分数比为50:50；所述Al-Mg合金丝的密度为2.6～2.75g/cm3，Al-Mg合金丝中包括以下元素，按质量分数计，Mg:2～6％；Cr:0.05～0.15％；Ti:0.05～0.15％；剩余为Al。
较为优化地，所述Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝的体积比为1:1。
较为优化地，所述电弧喷涂的工艺参数为：喷涂角度为90°；喷涂压力≥0.5MPa，一般在0.5～1MPa；喷涂电压为22～28V；喷涂电流为100～150A；喷涂距离为12～18cm；送丝速度为1.2～1.5m/min；送丝电压为24～26V；喷嘴直径为2.2～3.2mm。
较为优化地，所述合金层的厚度为120～160μm，孔隙率≤5％，合金层与基体钢材的结合力≥5MPa；所述修饰层的厚度为60～80μm。
较为优化地，步骤S5中，涂层封孔：将其表面涂覆封孔剂，设置温度为90～100℃固化0.5～1小时；升高温度至150～160℃固化1.5～2小时；得到修饰层。
较为优化地，所述封孔剂的制备方法为：将双酚A型环氧树脂溶于N,N二甲基甲酰胺溶液中，通入氮气，设置反应温度为90～95℃，加入过氧化苯甲酰溶液，搅拌30分钟，缓慢加入质量比为7:(2～2.5)的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺混合水溶液，反应4～6小时；降温至30～50℃，滴加二异丙氧基双乙酰丙酮钛，搅拌反应2～3小时，过滤洗涤，将其分散在去离子水中，得到固含量为50～60wt％的封孔剂。其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的总质量占双酚A型环氧树脂的5～6wt％；所述二异丙氧基双乙酰丙酮钛的质量占双酚A型环氧树脂质量的10～12wt％。
较为优化地，一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法制备得到的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
较为优化地，热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层适用于大气环境、海洋环境和海水飞溅区的钢材的长效防腐。
本技术方案中，通过引入两种不同成分的合金丝电弧喷涂，在其表面形成高Al含量的合金层，显著提高耐腐蚀性；并制备得到渗透性好的水溶性环氧树脂作为封孔剂进一步增加耐腐蚀性。
(1)方案中使用特定比例和特定金属元素比的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝，通过在优化的电弧喷涂工艺产生组织均匀致密性、优异耐腐蚀性的伪合金层。其可以极好地对大型钢结构提供长效的阳极牺牲保护，且具有应用场景较为灵活，原材料获取容易，成本较低的优点，具有广阔的市场前景。
其中，以Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝体积比为1:1下形成正负两个熔化极，网式喷涂；形成的合金层孔隙率≤5％。方案中，对合金丝的体积比以及元素含量做了限定，目的是产生交替出现的合金相，从而形成最优化的耐腐蚀性。合金层的微观组织中交替出现富Zn合金相和富Al合金相、以及少量Al-Mg合金相，三种相交替均匀出现，协同发挥了Zn的牺牲保护作用，使得合金层的字符是电位在-1170～-1290mV，远低于钢材的自腐蚀电位，可以对钢材基体起到有效的阳极牺牲保护作用。另外，腐蚀后，其腐蚀产物包括多种Mg-Al氢氧化物(例如，Mg2Al(OH)7和Mg6Al2(OH)18)和含Zn的尖晶石产物(Zn6Al2(OH)16CO3)。这些腐蚀产物可以起到阻塞孔隙，阻止腐蚀进一步发生，从而减缓腐蚀速率的作用。
其中，电弧喷涂工艺参数的设定是对涂层优化后的设置，喷涂电压过高会产生局部过烧，而喷涂电压过低会产生合金丝熔化不完全，喷涂不均匀，致密性不佳；同样的喷涂电流的设置原因与喷涂电压相似。而喷涂距离太远，会使得合金层与基体钢材结合力不好，造成耐腐蚀性下降，太近会使得喷涂冲击力过大，使得涂层粗糙度变大，孔隙升高。同样的送丝速度与喷涂距离原理相似。而送丝电压与喷射电压原理相似。喷嘴直径关系与合金丝的规格相关，该条件下性能较好。
(2)由于电弧喷涂的特性，孔隙会不可避免地存在于涂层中，成为腐蚀介质深入涂层的通道，增大反应面积，从而提高反应速率。因此，即使上述Zn-Al-Mg伪合金涂层的耐腐蚀效果较好，但是仍然需要进行封孔处理，进一步提高涂层的防腐效果，并延长其保护时效。因此方案中制备了渗透性好、成膜性佳、自固化的水性环氧树脂作为封孔剂，进一步提高耐腐蚀性。
其中，方案中以含有羟基的双酚A型环氧树脂为主体，先利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的自由基反应在环氧树脂主链上接枝；然后利用二异丙氧基双乙酰丙酮钛中的异丙氧基与羟基和环氧基的反应接枝。得到一种自固化的水性环氧树脂。相较于另加固化剂，避免了解决固化剂的相容性和水溶性的繁琐，同时，降低了因固化不足，产生固化剂残留和水分难挥发导致耐腐蚀性下降的问题。
其中，由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中磺酸基团使得可以螯合铝离子、锌离子、镁离子，增强了封孔剂的渗透性和螯合性。而酰胺基团可以与主链上的环氧基团发生加成反应，实现交联，具有成模性和自固化性。需要说明的是：丙烯酰胺的加入是为了自固化性，但是，其加入量不宜过多，因为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺两种物质在引发剂条件下，会产生自聚合，影响2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸接枝；同时，因为后续接枝的二异丙氧基双乙酰丙酮钛也会反应接枝，其在高温下可以与环氧基团反应，因此，两者加入量过多会刚性过大，产生脆性，微裂纹生成。
其中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛相较于其他有机钛的螯合物，其耐水解性更好，其在高温下，可以产生新的活性基团从而与羟基和环氧基团反应，增加耐腐蚀性。
此外，需要说明的是：两个反应接枝过程不能替换。因为如果先接枝二异丙氧基双乙酰丙酮钛，一是由于位阻，二是由于自由基反应过程的酸性和高温性，会使得二异丙氧基双乙酰丙酮钛在自由基反应中产生新的活性基团，产生副产物，严重降低2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的接枝率，从而降低渗透性和粘附性，造成耐腐蚀性下降。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，Zn-Al合金丝和Al-Mg合金丝的规格均为3mm，断后延展率均≥30％，表面接触电阻均＜0.3Ω/cm。其中Zn-Al合金丝的密度为4.0g/cm3，Zn-Al合金丝中锌和铝两种元素的质量分数比为50:50；所述Al-Mg合金丝的密度为2.7g/cm3，Al-Mg合金丝中包括以下元素，按质量分数计，Mg:2～6％；Cr:0.05～0.15％；Ti:0.05～0.15％；剩余为Al。
实施例1：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：将Q235钢板用碱性除油溶剂在超声波清洗仪器中加热到60℃进行15分钟的清洗以除去油污并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：在环境湿度小于85％的条件下进行，使用石英砂进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以体积比为1:1的取直径为均为3mm的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，设置工艺参数为喷涂角度为90°；喷涂压力0.7MPa；喷涂电压为28V；喷涂电流为150A；喷涂距离为12cm；送丝速度为1.2m/min；送丝电压为24V；喷嘴直径为3.2mm，得到140μm的合金层；
S5：涂层封孔：合金层固结后，以双酚A环氧树脂和胺类固化剂混合的固含量为55％的封孔剂进行表面封孔处理，得到65μm的修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到205μm的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
实施例2：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：将40Cr钢板用碱性除油溶剂在超声波清洗仪器中加热到60℃进行15分钟的清洗以除去油污并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：在环境湿度小于85％的条件下进行，使用20目的刚玉砂进行喷砂处理，表面粗糙度为100μm；
S4：以体积比为1:1的取直径为均为3mm的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，设置工艺参数为喷涂角度为90°；喷涂压力0.7MPa；喷涂电压为24V；喷涂电流为120A；喷涂距离为12cm；送丝速度为1.2m/min；送丝电压为24V；喷嘴直径为3.2mm，得到120μm的合金层；
S5：涂层封孔：合金层固结后，以双酚A环氧树脂和胺类固化剂混合的固含量为55％的封孔剂进行表面封孔处理，得到65μm的修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到185μm的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
实施例3：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：将Q235钢板用碱性除油溶剂在超声波清洗仪器中加热到60℃进行15分钟的清洗以除去油污并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：在环境湿度小于85％的条件下进行，使用石英砂进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以体积比为1:1的取直径为均为3mm的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，设置工艺参数为喷涂角度为90°；喷涂压力0.7MPa；喷涂电压为28V；喷涂电流为150A；喷涂距离为12cm；送丝速度为1.2m/min；送丝电压为24V；喷嘴直径为3.2mm，得到140μm的合金层；
S5：涂层封孔：(1)将双酚A型环氧树脂溶于N,N二甲基甲酰胺溶液中，通入氮气，设置反应温度为93℃，加入过氧化苯甲酰溶液，搅拌30分钟，缓慢加入质量比为7:2.25的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺混合水溶液，反应5小时；降温至50℃，滴加二异丙氧基双乙酰丙酮钛，搅拌反应2.5小时，过滤洗涤，将其分散在去离子水中，得到固含量为55wt％的封孔剂。(2)合金层固结后，将其表面涂覆封孔剂，设置温度为95℃固化0.5小时；升高温度至155℃固化2小时；得到修饰层，得到70μm的修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到210μm的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
本技术方案中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的总质量占双酚A型环氧树脂的6wt％；所述二异丙氧基双乙酰丙酮钛的质量占双酚A型环氧树脂质量的10wt％；所述混合水溶液的浓度为16wt％。
实施例4：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：将Q235钢板用碱性除油溶剂在超声波清洗仪器中加热到60℃进行15分钟的清洗以除去油污并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：在环境湿度小于85％的条件下进行，使用石英砂进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以体积比为1:1的取直径为均为2mm的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，设置工艺参数为喷涂角度为90°；喷涂压力0.7MPa；喷涂电压为22V；喷涂电流为100A；喷涂距离为12cm；送丝速度为1.2m/min；送丝电压为24V；喷嘴直径为2.2mm，得到120μm的合金层；
S5：涂层封孔：(1)将双酚A型环氧树脂溶于N,N二甲基甲酰胺溶液中，通入氮气，设置反应温度为90℃，加入过氧化苯甲酰溶液，搅拌30分钟，缓慢加入质量比为7:2的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺混合水溶液，反应4小时；降温至30℃，滴加二异丙氧基双乙酰丙酮钛，搅拌反应3小时，过滤洗涤，将其分散在去离子水中，得到固含量为50wt％的封孔剂。(2)合金层固结后，将其表面涂覆封孔剂，设置温度为90℃固化1小时；升高温度至150℃固化1.5小时；得到修饰层，得到80μm的修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到200μm的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
本技术方案中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的总质量占双酚A型环氧树脂的5wt％；所述二异丙氧基双乙酰丙酮钛的质量占双酚A型环氧树脂质量的10wt％；所述混合水溶液的浓度为15wt％。
实施例5：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：将Q235钢板用碱性除油溶剂在超声波清洗仪器中加热到60℃进行15分钟的清洗以除去油污并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：在环境湿度小于85％的条件下进行，使用石英砂进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以体积比为1:1的取直径为均为3mm的Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，对基体钢材进行电弧喷涂，设置工艺参数为喷涂角度为90°；喷涂压力0.7MPa；喷涂电压为28V；喷涂电流为150A；喷涂距离为18cm；送丝速度为1.5m/min；送丝电压为26V；喷嘴直径为3.2mm，得到160μm的合金层；
S5：涂层封孔：(1)将双酚A型环氧树脂溶于N,N二甲基甲酰胺溶液中，通入氮气，设置反应温度为95℃，加入过氧化苯甲酰溶液，搅拌30分钟，缓慢加入质量比为7:2.5的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺混合水溶液，反应6小时；降温至50℃，滴加二异丙氧基双乙酰丙酮钛，搅拌反应3小时，过滤洗涤，将其分散在去离子水中，得到固含量为60wt％的封孔剂。(2)合金层固结后，将其表面涂覆封孔剂，设置温度为100℃固化0.5小时；升高温度至160℃固化2小时；得到修饰层，得到60μm的修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到220μm的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
本技术方案中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的总质量占双酚A型环氧树脂的6wt％；所述二异丙氧基双乙酰丙酮钛的质量占双酚A型环氧树脂质量的12wt％；所述混合水溶液的浓度为18wt％。
对比例1：Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝的体积比改为1:1.2，其余与实施例1相同。
对比例2：将Zn-Al合金丝的元素比改为50:40，其余与实施例1相同；
对比例3：将喷涂距离改为20cm，其余与实施例1相同。
对比例4：将喷涂电压改为20V，其余与实施例1相同。
对比例5：将封孔剂制备过程中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸接枝和二异丙氧基双乙酰丙酮钛接枝过程交换，其余与实施例3相同。
对比例6：将封孔剂制备过程中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的比例更改为7:3.5，其余与实施例3相同。
实验1：将实施例1～2中制备的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层中的合金层进行金属元素分析、表面孔隙率、以及在35℃下，3.5％氯化钠溶液中的自腐蚀电位和电流，以及平均结合强度表征，具体数据如表1所示：
表1
结论：实施例1～2的数据表明：通过Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝两种二元合金进行电弧喷涂，可以产生高含量Al的三元合金涂层，且孔隙率＜5％，致密性好，结合强度＞10Mpa，且从自腐蚀电位和电流数据，可知耐腐蚀性能优异。
此外，将该涂层在5.0％的氯化钠盐雾试验中测试，实施例1～2中的样品均在9500小时上未出现红锈。
同时，实施例1～2说明：热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层可以适用于包括Q235钢板、40Cr钢板在内的多种钢材中，具有应用场景较为灵活，原材料获取容易，成本较低的优点，具有广阔的市场前景。
实验2：将实施例1、实施例3～5、对比例1～6中的自腐蚀电位进行对比，具体数据如表2所示。
表2
实施例 自腐蚀电流 实施例 自腐蚀电流
实施例1 2.71μA·m-2 实施例3 2.43μA·m-2
对比例1 2.78μA·m-2 实施例4 2.48μA·m-2
对比例2 2.82μA·m-2 实施例5 2.50μA·m-2
对比例3 2.80μA·m-2 对比例5 2.61μA·m-2
对比例4 2.83μA·m-2 对比例6 2.57μA·m-2
结论：从表2的数据中，实施例3～4的数据与实施例1对比，发现自腐蚀电流密度下降；表明：材料的腐蚀速度变慢，涂层的耐蚀性能越好；原因在于：制备的密封剂渗透性更好，且不存在固化不完全和水残留，以及交联过程的增加，进一步提高了耐腐蚀性能。
将实施例1的数据与对比例1～4的数据对比，表明：对比例1中体积比的变化、对比例2中合金元素比的变化，以及对比例3～4中电弧喷涂数据的变化都影响了热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的致密性，从而影响了耐腐蚀性，使得自腐蚀电流密度上升。原因在于：对合金丝的体积比以及元素含量的限定目的是产生三种交替出现的合金相，协同发挥了Zn的牺牲保护作用，可以对钢材基体起到做优化的阳极牺牲保护作用。而电弧喷涂工艺参数的优化目的是形成均匀致密的涂层，而喷涂电压过低会产生合金丝熔化不完全，喷涂不均匀，致密性不佳，而喷涂距离太远，会使得合金层与基体钢材结合力不好，造成耐腐蚀性下降，使得耐腐蚀性下降。
实施例3的数据与对比例5～6的数据对比，表明：对比例5中接枝顺序的变化和对比例6中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的比例的变化，会影响表面涂层的耐腐蚀性。原因在于：先接枝二异丙氧基双乙酰丙酮钛，严重影响了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的接枝，由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中磺酸基团使得可以螯合铝离子、锌离子、镁离子，增强了封孔剂的渗透性和螯合性，从而降低渗透性和粘附性，造成耐腐蚀性下降。
而丙烯酰胺含量的增加会增加2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的自聚合性，产生副产物，从而影响涂层的性质。同时，其含量过高会增加脆性，在后续整形处理过程中，易产生微裂纹，使得耐腐蚀性下降。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：搭建作业平台：搭建脚手架，并检查是否牢固，有无晃动现象；
S2：对基体钢材进行表面处理：对表面进行除油，并对非喷涂表面进行遮蔽保护；保护边缘预留过渡区；
S3：对基体钢材进行喷砂除锈：使用喷料进行喷砂处理，表面粗糙度达到Sa3.0；
S4：以Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝为原料形成两个熔化极，设置工艺参数为：喷涂角度为90°；喷涂压力0.5～1.0MPa；喷涂电压为22～28V；喷涂电流为100～150A；喷涂距离为12～18cm；送丝速度为1.2～1.5m/min；送丝电压为24～26V；喷嘴直径为2.2～3.2mm，对基体钢材进行电弧喷涂，得到合金层；
S5：涂层封孔：合金层固结后，使用封孔剂，得到修饰层；
S6：整形处理、严查验收，得到热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层；
所述Zn-Al合金丝、Al-Mg合金丝的体积比为1:1；Zn-Al合金丝中锌和铝两种元素的质量分数比为50:50；Al-Mg合金丝中包括以下元素，按质量分数计，Mg:2～6％；Cr:0.05～0.15％；Ti:0.05～0.15％；剩余为Al；
将双酚A型环氧树脂溶于N,N二甲基甲酰胺溶液中，通入氮气，设置反应温度为90～95℃，加入过氧化苯甲酰溶液，搅拌30分钟，缓慢加入质量比为7:(2～2.5)的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺混合水溶液，反应4～6小时；降温至30～50℃，滴加二异丙氧基双乙酰丙酮钛，搅拌反应2～3小时，过滤洗涤，将其分散在去离子水中，得到固含量为50～60wt％的封孔剂。
2.根据权利要求1中所述的一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法，其特征在于：所述Zn-Al合金丝的密度为3.9～4.2g/cm3，所述Al-Mg合金丝的密度为2.6～2.75g/cm3。
3.根据权利要求1中所述的一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法，其特征在于：所述合金层的厚度为120～160μm；所述修饰层的厚度为60～80μm。
4.根据权利要求1中所述的一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤S5中，涂层封孔：将其表面涂覆封孔剂，设置温度为90～100℃固化0.5～1小时；升高温度至150～160℃固化1.5～2小时；得到修饰层。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法制备得到的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的制备方法制备得到的热喷涂Zn-Al-Mg合金涂层的应用，其适用于大气环境、海洋环境和海水飞溅区的钢材的长效防腐。
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