熱噴塗技術論文

　　熱噴塗技術擁有著巨大的發展優勢，且被廣泛應用在工程領域方面。下面是小編為大家整理的，希望你們喜歡。

　　篇一

　　熱噴塗技術在海洋環境裝備中的應用

　　摘要：本文以海洋環境中工作的各種裝備為背景，介紹了海洋環境對金屬材料的破壞機理;分析了熱噴塗技術在海洋環境中的應用例項。最後總結了熱噴塗技術在海洋環境裝備中未來研究的方向。

　　關鍵詞：熱噴塗;海洋環境;腐蝕破壞;功能塗層

　　中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791***2013***01***b***-0000-00

　　隨著人類生存和探索領域的拓展，海洋正成為支撐社會可持續發展新的戰略基地。海洋領域的探索與開發，離不開先進的海洋工程裝備。由於海洋環境的特殊性，在海洋環境中工作的裝備容易受到腐蝕、沖蝕、海生物吸附，造成使用效率下降，甚至失效。因此，海洋工程裝備常常需要進行熱噴塗處理。

　　本文針對海洋環境的特殊性，介紹了熱噴塗技術在海洋環境裝備中的應用，並探討了其存在的問題與未來發展的方向。

　　1 海洋環境對海洋裝備的破壞因素

　　金屬材料在海洋環境中破壞的因素主要有：化學因素、物理因素、生物因素、區域因素。海水流速會影響材料的腐蝕電位;海洋生物腐蝕過程中也包含極其複雜的化學腐蝕 [1-2]。這也會造成金屬材料腐蝕機理的複雜性。

　　1.1 化學因素

　　海洋環境對金屬材料破壞的化學因素主要包括：含鹽量、溶氧量、二氧化碳、pH值等。金屬浸在海水中，由於金屬表面材料微區成分的不均勻性，導致金屬與海水介面上電極電位的分佈也呈現微觀的不均勻性而形成了無數個微電池，形成陰極區和陽極區。碳鋼微電池腐蝕反應[3]為：

　　pH值升高有利於抑制碳鋼海水中腐蝕，產生鈣鎂沉澱物附著在材料表面，利於陰極保護。但表層海水中pH值變化幅度不大，所以該區域內pH值的影響較小。

　　1.2物理因素

　　海洋環境中金屬材料破壞的物理因素包括：流速、波浪、潮汐、泥沙、溫度等[4]。研究發現船用碳鋼3C與09MnNb的腐蝕速率隨海水流速的增加而迅速增加，對於不鏽鋼1Cr18Ni9、鈦合金TC4，流速對腐蝕速率的影響較小[5]。劉薇 [6]研究了風浪衝擊力的週期性及其對金屬材料的破壞，認為材料破壞與海域載荷分佈具有幅度週期性變化相關。Soares C Guedes[7]等人考察了相對海水溼度、氯化物、溫度對鋼結構腐蝕影響，提出了不同環境因素影響的非線性時間相關的腐蝕模型：

　　f***Tr***=0.415[Tr]+0.585，當T， Tn用攝氏溫標表示;

　　f***Tr***=7.412[Tr]+***12，當T， Tn用開氏溫標表示;

　　T為實際溫度，Tn為理論溫度，Tr=T/Tn***與溫標表示方法有關***，f***Tr***為溫度相關的腐蝕率修正因子。該模型中，若T、Tn若以攝氏溫標表示，則相對溼度對腐蝕作用的影響最大，而大氣溫度影響最小;若T、Tn以開氏溫標表示，則大氣溫度對腐蝕作用的敏感程度最高，而氯化物的影響最低。

　　1.3生物因素

　　海洋生物汙損過程主要有三個階段：初期階段、發展階段、穩定階段。Little Brenda J[8]闡述了海生物群落影響的兩種現象：腐蝕的快速發展以及硫酸鹽還原菌***SRB***產生的硫化物衍生物，在腐蝕程序中，化學反應普遍加快，導致不鏽鋼快速腐蝕，在無生命條件下的表現為氧氣量的減少。Moradi M[9]等對金屬氧化細菌群中的316不鏽鋼的腐蝕行為進行了實驗，發現細菌群中的316不鏽鋼腐蝕速率顯著上升，EDS分析結果指出，在金屬腐蝕產物和細菌的新陳代謝組織部分有Si元素富集和Cr、Fe元素的增加，因此，金屬氧化細菌的新陳代謝活動可以改變金屬化合物和腐蝕產物的化學成分。Brito L V R[10]等研究了碳鋼浸海前6個月與大型汙損生物相關的腐蝕行為，發現大型生物汙損對材料具有保護作用;含優勢生物為絲狀海藻、藤壺、水螅和薄殼狀苔蘚蟲等的群落組，區域性腐蝕比例最高。現階段單純研究微生物對金屬破壞作用的較多，並沒有結合化學因素和物理因素等綜合因素來考察金屬破壞行為，同時在不同生物對金屬材料的破壞機理方面研究還不夠深入。

　　1.4區域因素

　　區域因素是指海洋裝備在整個海洋空間所處的相對位置，通常將海洋腐蝕環境分為五個區域：海洋大氣區、海洋飛濺區、海水潮差區、海水全浸區和海底泥土區，其腐蝕的機理與腐蝕速率也就有很大差異***見表2***。

　　海洋環境對金屬的破壞作用研究的方向有：不同材料在大流速或湍流條件下的沖刷腐蝕機理、形成的腐蝕產物、結垢、生物膜的性質及其對裸露區和閉塞區內腐蝕過程的影響以及生物因素和電化學因素之間的互動作用等。

　　2 熱噴塗技術在海洋環境中的應用

　　2.1海洋裝備防腐

　　熱噴塗技術應用在大型鋼結構腐蝕防護主要有電弧噴塗和火焰噴塗，材料主要是鋅、鋁及其合金。Pardo A[12]等人在鎂鋁合金表面噴塗鋁塗層，利用冷壓進行後處理後，塗層成分更加均勻，塗層與基體結合更緊密，孔隙率降低，耐蝕性得以很大提高。在鋁中加入稀土獲得鋁稀土塗層可增強耐蝕性，劉毅[13]等人研究了鋁稀土塗層在3.5%的NaCl溶液中的腐蝕機理，結果表明鋁稀土塗層的緻密層氧化膜不完整，主要成分為Al***OH***3。

　　非金屬材料也在海洋防腐工程中發揮其特殊作用， Singh S K[14]等人將低密度聚乙烯***LDPE***混合以不同濃度順丁烯二酸***MAc***，再經著色處理並製成聚乙烯塗層。實驗表明，經處理後的LDPE的結合力明顯高於未處理的LDPE，含30%紅鐵氧化物的聚乙烯塗層的耐蝕性明顯好於含量為20%或40%的塗層。Tambe S P[15]等人研究了乙烯醋酸鹽***EVA***和乙烯醇***EVAl***與聚乙烯的混合物塗層的耐蝕性， EVA/PE效能優於EVAl/PE。

　　2.2特殊零件製造

　　螺旋槳是艦船、潛艇等的關鍵推動裝置，其材料一般為ZQAl12-8-3-2、ZHMn55-3-1等，受氣蝕破壞嚴重。採用低壓等離子噴塗鎳鈦合金製備螺旋槳抗空蝕塗層，使用壽命比鋁青銅提高了4倍，在螺旋槳上已有采用。 　　美國海軍已廣泛採用了熱噴塗技術，極大的改善了相應系統的效能與壽命，表3列舉了熱噴塗技術在美國海軍艦船上的應用。

　　丁彰雄[17]等人對船用曲軸失效與修復進行了研究，採用Ni/Al結合底層+自粘結複合材料、青銅塗層的結構，利用亞音速火焰噴塗技術，可得到高性價比的優質塗層。

　　2.3特殊功能塗層

　　Cu2+吸引並穿透帶負電的細胞膜與膜內蛋白質上的羥基、氨基、巰基發生反應，破壞蛋白質的結構，使微生物無法增殖或死亡。

　　相關部門研製的Al+10%Al2O3複合線材和芯材可制增摩塗層，其摩擦因數可達0.7～0.9，結合強度達22MPa。清華大學摩擦學國家重點實驗室利用熱噴塗技術得到了先進奈米結構固體自潤滑塗層，使得45鋼的耐磨性提高20倍以上，降低了零部件的磨損，提高傳動效率。

　　3 結語

　　在海洋環境中利用熱噴塗技術的領域隨著具有更高效能的新材料的不斷湧現，使用範圍越來越廣。

　　首先，多環境耦合條件下複合功能塗層成為未來研究方向之一。陳永雄[19]等人已展開對熱環境與海洋腐蝕環境中複合塗層***Zn-Al-Mg-Re***的研究來阻止海洋環境腐蝕。

　　其次，進一步提高零部件表面塗層的綜合性能也成為未來科研人員追逐的焦點。例如深海探測器、潛艇等需在黑暗、低溫及高壓的環境中工作，一旦零部件達不到要求，很可能發生船毀人亡的慘劇。

　　最後，智慧塗層的研究有望成為未來熱噴塗技術的發展方向之一。在軍事領域，各種艦船、潛艇都試圖增強其隱身、抗電子干擾的功能，將特殊奈米材料噴塗潛艇蒙皮上，可以 “感覺”各種水文環境極細微的變化，提前“察覺”來襲的敵方魚雷以及時規避，並最大限度地降低噪聲。

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