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1、冷镀锌喷剂的冷镀锌喷剂的性能分析及性能分析及应用应用介绍介绍 谢志中 2 李远鹏 1 王贺贺1 冯士杰1 江社明1 张启富1 1. 中国钢研科技集团有限公司 先进金属材料涂镀国家工程实验室， 北京 100081 2. 美德孚（北京）科技有限公司， 北京 100085 通讯作者：谢志中通讯作者：谢志中，联系电话：，联系电话：010-51662578 摘要：摘要： 本文对一种镀层修复和腐蚀控制的手段冷镀锌喷剂进行了介绍， 其具有耐腐蚀效 果好、使用方便的特点。同时对其典型应用进行了介绍。 关键词：关键词：冷镀锌；锌粉；防腐蚀 An Introduction to Cold Spraying Gal
2、vanizing: Properties and Applications Yuanpeng Li Zhizhong Xie HeHe Wang Sheming Jiang Qifu Zhang 1. National Engineering Lab of Advanced Coating Technology for Metal Materials, Central Iron and Research Institute, Beijing ,100081, China 2. Metaflux (Beijing) Science zinc powder; anti-corrosion 目前，随
3、着建筑结构以及机械设备在役寿命的延长，大量的热镀锌构件和零部件出现表 面防护镀层和涂层的破损、锈蚀等现象，造成建筑或设备使用年限缩短。极端情况下，甚至 会导致严重事故，例如 2014 年 3 月美国弗吉尼亚州因腐蚀造成监测设备失灵，一处天然气 管道泄漏爆炸，造成严重的财产和人员损失。 大型构件、 设备的表面防护镀层的腐蚀往往从某个容易忽视的局部开始， 如缝隙、 拐角、 背阴面等等，然后逐步扩展、加深，直到彻底锈蚀穿孔。在腐蚀开始发展的阶段，如不及时 对锈层进行清除以及对破损的镀层进行处理， 最终会导致整个构件或设备的失灵乃至提前报 废，造成重大损失。因此，如何对局部的腐蚀表面进行控制以及对破损
4、镀层进行修复，越来 越得到人们的重视。 冷镀锌喷剂作为一种有效的镀层修复和腐蚀控制的手段， 因其耐蚀效果 好、使用方便、操作简单，得到了大家的关注。本文对一种冷镀锌喷剂开展研究，分析其结 构、性能，并对其应用进行介绍。 1. 冷冷镀锌喷剂镀锌喷剂分析分析 1.1 锌粉锌粉 冷镀锌喷剂实质是锌粉（或片锌） 、成膜剂、助剂、挥发性溶剂等混合成溶液，采用 高压气体喷涂或者涂刷的方式将喷剂涂抹于物体表面。 在一定温度和时间下， 成膜剂固化成 膜，覆盖于物体表面。由于表面膜物质中含有锌粉，因此干膜除了具有物理屏蔽作用外，还 具有与热镀锌类似的牺牲阳极防护作用，腐蚀防护能力优于一般的有机涂料。 冷镀锌喷剂
5、中最主要的两种成分是锌粉和成膜剂。 锌粉主要起牺牲防护的作用， 当外界 的水、 氧气、 盐类物质进入冷镀锌喷涂膜中， 首先与锌粉反应， 形成氢氧化锌、 碱式碳酸锌、 氧化锌等腐蚀产物，这些物质的形成使得体积膨胀，它们填满涂膜的空隙，从而防止铁表面 与氧、水等有害介质的进一步接触，起着物理屏蔽作用，阻止锌、铁进一步被氧化；另一方 面，这些腐蚀产物可使涂膜紧密地结合起来，增大电阻，减弱电化学腐蚀速率，锌粉的消耗 速率就大大降低， 其耐久性便得以提高， 从而延缓腐蚀， 达到防腐目的。 在某些极端情况下， 即使水、氧气等物质渗透到膜下与钢铁接触，由于锌的阳极防护，也会阻止钢铁的腐蚀。 图图 1 冷镀锌
6、喷剂中的锌粉（不同放大倍数）冷镀锌喷剂中的锌粉（不同放大倍数） 上面图 1 是喷剂中的涂料摇匀后喷涂在冷轧低碳钢板表面， 在空气中干燥成膜。 干膜层 厚度保持在 4060 微米。对钢板表面的干膜层进行 SEM 表征分析。 干膜中锌粉为混合锌粉，由粒径不一的锌颗粒组合而成，从而减少锌颗粒之间的空隙。 经过统计分析，得到的锌颗粒直径分布如下表所示。 表表 1 冷镀锌喷剂中锌粉粒径分布冷镀锌喷剂中锌粉粒径分布 锌颗粒直径锌颗粒直径 比例比例 1-2um 16.86% 2-3um 31.23% 3-4um 25.77% 4um 以上以上 26.14% 1.2 附着力附着力 鉴于锌粉的重要性，因此锌粉的
7、含量越高，防腐蚀效果越好。在一般的富锌涂料中，成 膜干燥后，干膜中锌粉含量最多达到 80%。而冷镀锌喷剂的干膜锌粉含量最多能达到 93%， 大大优于一般的富锌涂料， 因此耐腐蚀性能也优于富锌涂料。 这也是冷镀锌喷剂日益受到大 家重视和关注的原因之一。 冷镀锌干膜中之所以含有如此高的锌粉， 这与优异的成膜剂有关。 成膜剂主要将锌粉粘结在一起、固定在钢铁表面，使干膜具有一定的附着力。同时还能起到 一定的物理屏蔽作用。 性能优异的成膜剂能够容纳足够多的锌粉， 同时还具有良好的成膜能 力与附着力。 根据相关国家标准，采用划格试验方法，对冷镀锌涂层的附着力进行了分析。为减少偶 然误差，采用 3 块平行试
8、样，试验结果如下图所示。 图 2 中可以看出，试样划格处边角平锐，基本无脱落。涂层的附着力能够满足一般性要 求。 图图 2 冷镀锌干膜的附着力测试冷镀锌干膜的附着力测试 2. 防腐蚀能力分析防腐蚀能力分析 2.1 电化学分析电化学分析 将冷镀锌喷剂喷涂于冷轧碳钢表面，干膜厚度 4060 微米。根据相关国家标准，在 3.5%NaCl 溶液中进行了极化曲线和阻抗分析。其中，极化曲线进行了 3 次平行试验。试验 得到的腐蚀电流为 7.5910-7A，腐蚀电位大约为-1.055V。 (a)极化曲线极化曲线 (b)阻抗阻抗 图图 3 电化学分析电化学分析 2.2 中性盐雾试验中性盐雾试验 根据相关国家标
9、准(GB/T 24195-2009)，对冷镀锌喷剂进行循环腐蚀试验。试验干膜层厚 度控制在 4060 微米之间。试验同样采取 3 块平行试验。下面是不同腐蚀时间后试样表面 的照片。 依据试验结果，循环腐蚀 3 天后表面大部分为白锈，17 天后全部为白锈，但未出现红 锈。由盐雾试验可以看出，冷镀锌喷剂的干膜具有良好的防腐蚀能力。 表表 2 不同盐雾时间下的腐蚀形貌不同盐雾时间下的腐蚀形貌 试样一试样一 试样二试样二 试样三试样三 0 天天 3 天天 7 天天 11 天天 17 天天 3. 典型典型应用应用案例案例 由于冷镀锌喷剂具有优异的防腐蚀性能， 日益得到广泛的应用。 在国民经济的各个重要 行业，如电力、石化、汽车、机械、风电等行业，都能够得到应用。下面一些图是冷镀锌喷 剂的一些典型应用案例。 (a)喷涂前喷涂前 (b)喷涂后喷涂后 图图 4 冷镀锌喷剂在电力铁塔上的应用冷镀锌喷剂在电力铁塔上的应用 下图 5 是在汽车尾气排放管上的防腐蚀应用。 图图 5 冷镀锌喷剂在汽车上的应用冷镀锌喷剂在汽车上的应用 下图 6 是在石化行业裂解炉阀门上的应用。 (a)喷涂前喷涂前 (b)喷涂后喷涂后 图图 6 冷镀锌喷剂在冷镀锌喷剂在石化石化裂解炉阀门上的应用裂解炉阀门上的应用