海洋環境中滲鋅層和鋅鉻涂層的耐蝕性研究

李瑞平

摘要：為了驗證鋼鐵滲鋅涂層和鋅鉻涂層的耐蝕性，通過采取中性鹽霧試驗、電化學阻抗試驗和極化曲線的方法對兩者進行試驗，雖然兩者都有較強的耐蝕性，但鋅鉻涂層的耐蝕性更強，具有統計意義，尤其是對表面進行封閉處理提高耐蝕能力后，性能更加優越，所以鋅鉻涂層值得推廣。

關鍵詞：海洋環境;滲鋅;鋅鉻涂層;耐蝕性能

中圖分類號：TG174.42

文獻標識碼：A

DOI：10. 15913/j .cnki.kjycx.2019.09.028

目前，提高船舶抗腐蝕能力最常用的方法就是將滲鋅鍍層運用到船舶制造當中，但滲鋅鍍層對于海洋環境中的鹽霧耐蝕性不足，無法對船舶進行有效保護。鋅鉻涂層較好地解決了滲鋅鍍層的問題，能夠適應海洋環境中的各種氣候，尤其是解決了鹽霧的腐蝕問題，雖然鋅鉻涂層的空隙大，但是運用封閉處理，兩者相互協調大大提高了耐蝕性能[1]。

1 試驗方法

1.1 預處理

首先選取船舶制造常用的螺栓螺母（直徑15 mm、螺距2.5 mm、長度60 mm）分為五組，分別為對照組（無處理），試驗組1（滲鋅組），試驗組2（鋅鉻涂層組），試驗組3（滲鋅+鋅鉻涂層組），試驗組4（滲鋅+鋅鉻涂層+有機封閉涂層組），進行表面除銹和除雜。將螺栓和螺母分別在浸泡8%的Na2C03和6%的NaOH溶液中5min和20 min，再浸入5%HCl溶液中15 min去除鐵銹，運用無水乙醇干燥處理。

1.2 滲鋅處理

將螺栓與螺母置于滲鋅爐中，加入滲鋅劑，在400℃溫度下恒溫轉速60 r/min處理4h，再逐漸冷卻至室溫。

1.3 鋅鉻涂層處理

嚴格按照鋅鉻涂層制作工藝進行涂層的制備，然后將螺栓與螺母浸泡在鋅鉻涂層制劑中80℃恒溫烘烤1O min，烘烤途中要利用自動提拉機對螺栓與螺母進行提拉，提拉過程中一定要保證螺栓與螺母全部浸潤到涂層制劑當中，烘烤結束后300℃煅燒30 min。

1.4 性能觀察指標

參照《鋅鉻涂層技術條件》（ GB/T 18684-2002），對涂層完整度及結合強度進行分級，根據螺栓與螺母表面涂層的脫落情況，依次從完全脫落到無脫落分為五級，對涂層強度進行評估。

1.5 外觀和耐腐蝕性

對于螺栓與螺母的外觀，主要通過顏色和表面的完整度進行評價，依據標準也分為五級：等級1，表面銀白，表面無缺陷;等級2，表面銀灰，表面極少缺陷;等級3，表面灰色，表面較少缺陷;等級4，表面灰黑，表面較多缺陷;等級5，表面黑色，表面較多缺陷。

2 結果與討論

2.1 電化學阻抗譜測試

給樣品施加一個小振幅的交流電信號，運用精細電流表與電壓表測量不同樣品的電壓與電流，計算出在正弦頻率下電信號各個樣品的阻抗（電壓/電流）的變化，通過樣品的阻抗變化間接得出樣品腐蝕情況。

將五組樣品浸泡在海水中（滅菌處理、排除微生物影響）1 680 h，觀察到各組樣品的容抗弧半徑先增大后減小，是由于腐蝕進行到樣品內部，當腐蝕進行到一定程度后，樣品表面連續性缺失。

由于對照組腐蝕過于嚴重，已經無測量意義，因此，只對試驗組進行測量，試驗組1只有單純的Zn保護，抗腐蝕性差，變化速度快;試驗組2變化較慢，隨著腐蝕的進行，變化速度穩定，這是由于腐蝕形成的氧化物阻斷了銹蝕向內部的深入;試驗組3與試驗組2情況一致;試驗組4的容抗弧半徑較其他三組大大增加，間接說明試驗組4的腐蝕性能最佳，各組具體情況如圖1所示。

通過電化學阻抗試驗結果可以看出，滲鋅鍍層的防護性能是試驗組中效果最差的，而且與其他三組差距十分明顯，而試驗組2與試驗組3結果一致，主要是由于鋅鉻涂層的存在，當時間超過1 000h后，滲鋅鍍層的防護效果已經完全消失，主要是由鋅鉻涂層發揮作用;試驗組4由于有機封閉層的防護作用，將滲鋅+鋅鉻涂層表面的孔隙完全堵塞，大大加強了涂層的防護作用，在試驗時長內，樣品未受腐蝕，容抗弧特性未發生變化。

2.2 中性鹽霧試驗對比

將三組螺栓與螺母分別置于中性鹽霧試驗裝置中，模擬海洋環境（5 .5%NaCl、pH-6.8），讓鹽霧附著在螺栓與螺母表面，進行腐蝕。試驗共持續1 680 h，試驗過程中要密切關注螺栓與螺母的變化，每隔一定周期進行拍照，記錄變化。另外要注意的是，要記錄每組螺栓與螺母出現腐蝕的時間，以便后續的評級。對照組首次出現腐蝕時間24h;試驗組1，120h;試驗組2，1 200h;試驗組3，1 200h。 從中性鹽霧試驗結果看出，無任何涂層保護，螺栓與螺母首日便出現腐蝕，且腐蝕情況嚴重;滲鋅組腐蝕速度較無鍍層組慢，較鋅鉻涂層組快，兩者差異明顯，有統計學意義;鋅鉻涂層與滲鋅+鋅鉻涂層處理，兩組樣品出現腐蝕時間相同.情況接近;滲鋅+鋅鉻涂層+有機封閉涂層組樣品，在試驗周期1 680 h內仍未出現腐蝕，狀況良好。

2.3 動電位極化曲線測試

在進行動點位極化曲線測試前，將各組樣品按照電化阻抗譜試驗方法對樣品進行處理。動點位極化曲線測試的原理是使電解質和溶液在場力的作用下發生移動，密度高的離子由于受到的力更大，比密度小的離子移動快，在滑移面形成電動點位，可以用來分析金屬的腐蝕情況。通過對各組試驗樣品進行測量，記錄數據和制作表格，清楚地看出各種樣品的腐蝕情況。總體來說，試驗組4的動電位極化曲線出現變化時間最長，而試驗組2和試驗組3動電位極化曲線變化速度最快。出現這些差異的原因主要是試驗組4擁有最低的自腐電位，而且擁有表面涂層的保護，可以看出試驗組4的防腐蝕性能最好。

3 結論

鋼鐵制品在海洋環境中受腐蝕速度較陸地環境更快，進行鍍層或涂層保護能延緩鋼鐵的腐蝕速度。滲鋅鍍層具有一定的耐蝕性能，在海洋環境中能明顯延緩鋼鐵的腐蝕速度和程度，但是對于中性鹽霧的防護性能較差，不能對鋼鐵進行有效保護。鋅鉻涂層的耐蝕性較滲鋅鍍層好，對腐蝕速度的延緩十分明顯，而且對中性鹽霧環境也有一定的抵抗力，但是防護時長仍不足。對鋅鉻涂層增加有機封閉涂層，二者相互協調，能大大增加涂層的防護效果。

鋅鉻涂層與有機封閉涂層配合使用，耐腐蝕性最強，能大大降低船舶的消耗，值得推廣。

參考文獻：

[1]包勝軍，周萬紅，唐革新，等.達克羅和滲鋅在橋梁支座錨固螺栓上的應用[J].涂料工業，2013，43（2）： 65-67.

[2]朱孝培，趙麥群，高輝，等.緊固件的機械能助滲鋅一低鉻達克羅復合防護技術[J].電鍍與涂飾，2017，36（ 23）： 1260-1264.