CN115478195A

CN115478195A - 一种钢材用Al-Mg防腐涂料、粉芯丝材及其喷涂方法

Info

Publication number: CN115478195A
Application number: CN202110661557.XA
Authority: CN
Inventors: 李波; 刘卓毅; 张志清; 张聪; 杨丹; 孙博; 袁馗雯; 刘洪涛; 杨方; 王斌; 方曦; 狄睿
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-16

Abstract

本发明公开了一种钢材用Al‑Mg防腐涂料、粉芯丝材及其喷涂方法，所述防腐涂料的成分含量按重量百分比计：Mg：4.5‑5.5％；Zn：0.1‑0.3％；Si：0.5‑0.75％；Cu：0.2‑0.35％；Cr：0.08‑0.3％；杂质＜1％；余量为Al。与现有技术相比，本发明有效解决了在Al量较高时Al‑Mg防腐涂料难以熔炼喷涂及拔丝的问题，并提高了电弧喷涂的涂层与基体的结合强度。

Description

一种钢材用Al-Mg防腐涂料、粉芯丝材及其喷涂方法

技术领域

本发明涉及一种钢材用Al-M_g防腐涂料、粉芯丝材及其喷涂方法，属于钢材防腐技术领域。

背景技术

海洋占地球总表面积的70％以上，全世界的货物有90％是通过海洋运输来完成的，因此海洋资源和工业已经成为世界各国经济发展的重要支柱产业之一。然而，海洋环境极为复杂，海水中盐度高，相当于一种强电解质溶液，具有高腐蚀性，海洋船舶、海上钻井平台、海底输送管道等海洋工程装备面临严重的腐蚀问题，腐蚀造成的损失超过了其他所有自然灾害损失的总和。因此，长期以来，人们不断地寻求各种有效方法与海洋腐蚀作斗争，尽可能降低腐蚀带来的危害。迄今为止，海洋防护的方法有很多种，除了正确的选材之外，在材料表面施加保护涂层也是常用的方法，主要包括：涂覆有机涂料、电镀或热浸镀金属镀层以及热喷涂涂层。涂料涂装、电镀、热浸镀等工艺都难以满足大型钢结构长效防护的要求。相对来说，热喷涂技术操作灵活、可现场施工，适合对大型钢结构进行长期保护，已被证明是有效的防护方法。

电弧喷涂是热喷涂技术的重要分支，是热喷涂技术中新发展起来的重要技术，电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝材熔化，用高速气流将熔化后的金属熔滴雾化并加速喷向基材表面的一种喷涂方法，电弧喷涂只需要使用两根成分不同的金属丝就可以制备出伪合金涂层，以获得独特的综合性能。

Al是热喷涂防腐技术领域中应用非常广泛的一种材料。目前，电弧喷涂Al涂层仍是大气和淡水环境下钢铁结构件防腐的首选工艺之一。近年来，电弧喷涂Al-Mg合金涂层已经慢慢取代纯Al的喷涂材料，因为Al-Mg合金涂层既能兼具纯Mg、纯Al涂层的优点又能补足二者的缺陷。然而，Al-Mg合金涂层技术仍存在以下问题：一是在Al量较高时Al-Mg防腐涂料难以熔炼喷涂。二是在Al量较高时Al-Mg防腐涂料难以喷涂拔丝。有研究表明，在含Al量为一定范围内，Al含量越高涂层的耐蚀性能越好，当Al含量较小时喷涂丝材可以顺利的通过熔炼、拉拔制出，但当超过某一范围，现有实芯丝材便越来越硬，难以通过熔炼、拉拔工艺制出。

发明内容

基于上述，本发明的目的是提供一种钢材用Al-Mg防腐涂料、粉芯丝材及其喷涂方法，可以提高Al含量较高时Al-Mg防腐涂料的高温流动性，解决在Al含量较高时Al-Mg防腐涂料电弧喷涂拔丝困难的问题，并提高金属的铸造性能，增强涂层与基体的结合力。

本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种钢材用Al-Mg防腐涂料，所述防腐涂料的成分含量按重量百分比计：Mg：4.5-5.5％；Zn：0.1-0.3％；Si：0.5-0.75％；Cu：0.2-0.35％；Cr：0.08-0.3％；杂质＜1％；余量为Al。

第二方面，本发明提供一种粉芯丝材，由所述的防腐涂料制成，其中，以Al带作为粉芯丝材外皮，以Mg、Si粉末作为粉芯丝材的填充材料，其中，所述Al带中含有Zn、Cu和Cr成分。

可选的，所述Mg、Si粉末的粒度为60-150目。

第三方面，本发明提供一种钢材用Al-Mg防腐涂料的喷涂方法，包括以下步骤：

(1)脱脂处理：在喷涂前对钢材的表面进行脱脂处理；

(2)喷砂处理：对钢材的表面进行喷砂处理；

(3)涂料喷涂：采用电弧喷涂技术将粉芯丝材喷涂在钢材的表面上。

可选的，在喷砂处理步骤中，在5.5bar下用氧化铝喷砂器进行喷砂处理，使钢材的表面粗糙度为

和

清洁度为Sa2.5-Sa3

可选的，在粉芯丝材的喷涂步骤中，使用标准的商用双丝电弧喷枪和350amp电源来制备热喷涂层，并使用5.5bar的干燥压缩空气作为微粒雾化和推进剂气体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、有效解决了在Al量较高时Al-Mg防腐涂料难以熔炼喷涂的问题。本发明通过在Al-Mg防腐涂料中添加少量的Si，可提高Al-Mg防腐涂料的高温流动性，进而可保证Al-Mg防腐涂料在含Al量较高时的熔炼喷涂效果。

2、有效解决了在Al量较高时Al-Mg防腐涂料难以喷涂拔丝的问题。本发明将电弧喷涂的材料由实心金属丝材转变为粉芯丝材，尤其将Al带作为粉芯丝材外皮，将Mg、Si粉末作为粉芯丝材的填充材料，所制备的防腐涂料有效解决了合金材料难以拉拔的问题。应当注意的是，合金材料难以拉拔问题的解决，除了将实心金属丝材转变为粉芯丝材外，添加Si保证合金材料高温流动性也是必不可少的。

3、提高了电弧喷涂的涂层与基体的结合强度。本发明通过在Al-Mg防腐涂料中添加少量的Si，不仅可以提高涂料的腐蚀性能，而且可以增强涂层与基体的结合力。对采用本发明的涂层进行截面形貌观察，发现涂层组织均匀，结构致密，涂层与基体结合非常好，喷涂厚度达到1.5mm左右时，涂层与基体结合仍然没有出现裂纹。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1：

按重量百分比计，防腐涂料的各成分含量为：Mg：4.5％；Zn：0.1％；Si：0.5％；Cu：0.2％；Cr：0.08％；杂质＜1％；余量为Al；

粉芯丝材，由上述防腐涂料制成，先将Al材(含有Zn、Cu、Cr)制成Al带，将Mg、Si制成粒度为60-150目的粉末，然后以Al带作为粉芯丝材外皮，以Mg、Si作为粉芯丝材的填充材料，制取粉芯丝材。

实施例2：

按重量百分比计，防腐涂料的各成分含量为：Mg：5.5％；Zn：0.3％；Si：0.75％；Cu：0.35％；Cr：0.3％；杂质＜1％；余量为Al。

实施例3：

按重量百分比计，防腐涂料的各成分含量为：Mg：5％；Zn：0.2％；Si：0.6％；Cu：0.2-0.35％；Cr：0.2％；杂质＜1％；余量为Al。

对比例1：

Al-Mg防腐涂料的成分及含量与实施例1相同，制备方法为将Al-Mg防腐涂料制备成实芯丝材。

对比例2：

Al-Mg防腐涂料除不含有Si外，其余成分含量，以及制备方法与实施例1相同。

试验设计：

将实施例1至实施例3，对比例1和对比例2制备的防腐涂料，分别喷涂在C-Mn钢制成的75x75x6mm基材，喷涂方法包括以下步骤：

(1)脱脂处理：在喷涂前对基材的表面进行脱脂处理。

(2)喷砂处理：对基材的表面进行喷砂处理。具体而言，在5.5bar下用氧化铝喷砂器进行喷砂处理，使钢材的表面粗糙度为

和

清洁度为Sa2.5-Sa3。

(3)涂料喷涂：将防腐涂料喷涂在基材的表面上。具体而言，使用标准的商用双丝电弧喷枪和350amp电源来制备热喷涂层，并使用5.5bar的干燥压缩空气作为微粒雾化和推进剂气体。

结果与分析：

1、关于防腐涂料喷涂时的熔炼、拉拔性能说明

在按前述试验设计进行实施例1-3，以及对比例1中防腐涂料的喷涂时，发现实施例1-3的防腐涂料在电弧喷涂过程中容易拉拔成丝，且丝较为顺滑。而对比例1中的防腐涂料在电弧喷涂过程中出现较硬，难以拉拔成丝的现象。说明本申请将防腐涂料由实芯丝材转变为粉芯丝材后，可有效解决现有合金材料难以拉拔的问题。

2、关于涂层与基体结合力性能说明

对本发明实施例1-3，以及对比例2获得的防腐涂层进行截面形貌观察，发现实施例1-3中的涂层组织均匀，结构致密，涂层与基体结合非常好，喷涂厚度达到1.5mm左右时，涂层与基体结合仍然没有出现裂纹。而对比例2中的涂层组织较不均匀，结构稀疏，涂层与基体结合较差，在喷涂厚度达到1.0mm左右时，涂层与基体结合出现裂纹现象。

3、关于防腐涂料的防腐性能说明

按前述试验设计得到不同实施例防腐涂料喷涂的测试样片。在合成海水溶液中对各测试样片进行交替浸没循环测试。在35℃和20％至30％的相对湿度下，将涂层的测试样板分别进行10分钟的湿润和50分钟的干燥交替浸没循环，持续约400天。在浸没阶段进行线性极化电阻(LPR)电化学测量，用于计算腐蚀速率，并进行视觉检查。

(1)电化学测量

表1.在交替浸没条件下测试的热喷涂层的电势和腐蚀速率数据

在100、200、和400天后记录的电势与计算的腐蚀速率如表1所示，在整个测试期间，发现实施例1-3获得的涂层的负电性大于-1000mV SCE。经过400天的测试，腐蚀速率稳定在<0.002mmy-1。

(2)视觉检查

目视检查未密封的涂层表明，实施例1-3涂层的特点是测试后表面腐蚀极小，而对比例1、2涂层的特点是测试后表面腐蚀较大。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种钢材用Al-Mg防腐涂料，其特征在于，所述防腐涂料的成分含量按重量百分比计：Mg：4.5-5.5％；Zn：0.1-0.3％；Si：0.5-0.75％；Cu：0.2-0.35％；Cr：0.08-0.3％；杂质＜1％；余量为Al。

2.一种粉芯丝材，其特征在于，由权利要求1所述的防腐涂料制成，其中，以Al带作为粉芯丝材外皮，以Mg、Si粉末作为粉芯丝材的填充材料，其中，所述Al带中含有Zn、Cu和Cr成分。

3.根据权利要求2所述的粉芯丝材，其特征在于，所述Mg、Si粉末的粒度为60-150目。

4.权利要求2或3所述的钢材用Al-Mg防腐涂料的喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)脱脂处理：在喷涂前对钢材的表面进行脱脂处理；

(2)喷砂处理：对钢材的表面进行喷砂处理；

5.根据权利要求4所述的喷涂方法，其特征在于，在喷砂处理步骤中，在5.5bar下用氧化铝喷砂器进行喷砂处理，使钢材的表面粗糙度为

和

清洁度为Sa2.5-Sa3。

6.根据权利要求4所述的喷涂方法，其特征在于，在粉芯丝材的喷涂步骤中，使用标准的商用双丝电弧喷枪和350amp电源来制备热喷涂层，并使用5.5bar的干燥压缩空气作为微粒雾化和推进剂气体。