将某些金属镀覆在另外一些金属上就构成了双层或复合系统。表面的金属层称为金属镀层,不同的金属镀层可以满足很多特定的腐蚀环境。根据镀层对基本金属是阳极性还是阴极性的,金属镀层被分为两种类型,对钢而言,铝、锌或镉镀层是阳极性的,沿、铜、锡、镍、铬、银和金属层是阴极性的。
镀覆的方法有熔融镀、真空蒸镀、化学镀、电镀镀、喷镀、焊接镀和贴板法。而经常采用的金属防腐层是用热喷镀(涂)法镀覆的锌、铝及其合金镀层,最常用的方法是火焰镀和电弧喷镀,更复杂的技术是等离子喷镀、爆炸喷镀和超音速火焰喷涂。
锌、铝及其合金镀层作为阳极金属,防腐层不完整部位裸露出的钢表面能够得到附近阳极金属的牺牲保护而免受腐蚀,直到阳极防腐层金属完全消耗为止;同时,这两种金属能够和空气中的腐蚀介质反应生成氧化物、碳酸盐和水合物,在防腐层表面形成一种保护层,使自身的消耗速率降低到能被接受的范围,为钢基体提供设计防腐层寿命期内的腐蚀保护。在实际使用时,热喷涂金属
防腐层表面还要用适当的材料对防腐层中的空隙进行封闭,如采用热固性树脂溶液进行表面涂覆。
在国家标准中,采用热喷涂方式制得的金属防护层为涂层(GB 9793、GB 9795),而采用镀、浸方式得到的金属护层叫金属覆盖层(GB 6461、GB 9797等)。我们将之统称为金属防腐层。
喷铝防腐层能够得到比喷锌防腐层更好的粘接力,在海水中显示出很好的耐蚀性,更多地用在较强的腐蚀介质环境中。但喷锌防腐层在大气中也表现出了相当好的耐蚀性,因而在露天钢结构外防腐上得到大量应用。
氧炔焰热喷涂锌铝合金是现场最常用的方法。
(1)喷涂基本设备
主要的设备包括压缩空气设备、氧炔系统和喷涂机具。
① 压缩空气 压缩空气的作用是稳定地将金属丝送入喷枪,同时将喷嘴前熔融的金属雾化、喷射到基材表面。压缩空气系统包括的设备有空气压缩机、冷却器、滤清器和管路,以保证提供含水量、含油量足够低,气压稳定,符合使用要求的压缩空气。
② 氧气-乙炔系统 这个系统包括氧气和乙炔,乙炔燃烧产生的热能使金属丝熔化。火焰的性质与防腐层质量和工效紧密相关,火焰的调节一般是通过调整氧气的流量来实现的。
主要设备包括:瓶装乙炔、瓶装氧气、气压表、阀门和流量调节器、空气管路、回火防止器等安全装置。
③喷射系统 喷射系统的主要设备为气喷枪,喷枪装置将氧、乙炔和压缩空气汇集,产生氧炔焰,将金属丝熔化、雾化和喷射出来。
(2)防腐层的性能
锌、铝及其合金防腐层的主要性能特点为:
① 和钢表面的结合强度高。结合强度一般可以达到15Mpa,有很好的耐冲击等力学性能;
② 耐腐蚀性能优良。在一般的自然环境中有很好的耐蚀性,且耐氯离子、硫化物的性能好;
③ 抗老化。这类防腐层不存在有机防腐层的老化问题,只有腐蚀损耗。
在实际质量控制时,这类金属防腐层通常要进行以下检验:
① 外观检查 用肉眼观察,防腐层表面应无异物、粗颗粒与凹凸不平,无气泡、孔隙、裂纹和粉化现象。必要时,还采用25倍左右的放大镜辅助观测。
② 厚度检测 一般采用磁性测厚仪检测金属防腐层的厚度。由于施工作业通常都是手持喷枪进行喷涂,厚度一般允许在基准值上下偏差20%。
③ 空隙检查 一般采用普努士蓝反应进行漏点检测,漏点密度应符合工程要求。检测方法为:先清洁防腐层表面,干燥后,取经过10g/L铁氰化钾和20g/L氯化钠混合溶液浸泡的滤纸覆盖在防腐层表面,并不断往滤纸上涂刷或喷洒检测溶液,5~10min后,查看滤纸上是否出现深蓝色斑点。出现蓝色斑点表明防腐层存在有穿透性孔隙。
④ 粘接力检查 一般采用小刀或其他利器刮削防腐层,以防腐层表面只产生刮痕、无防腐层剥落或脱落面积在规定之内为合格。
前面已经提到,热喷涂金属防腐层一般会存在大量的气孔,需要用树脂溶液进行封闭,如环氧树脂、聚氨酯和聚丙烯酸酯等,这样得到的防腐层其防腐寿命大大延长,大气环境中运行寿命可达30年。
金属锌、铝及其合金的热喷涂防腐层经常用于石油化工生产贮罐的内外防腐,使用范围越来越广,但是,由于地下管线腐蚀与防护具有的特殊性,腐蚀条件更恶劣,条件更多变,配套阴极保护要求防腐层具有良好的绝缘性,使得这类防腐层很难成其为管道运输业的专门防腐层。