热喷铝防腐技术在海上航标防腐中的应用

孔富镔 丛少佳

摘要：钢制浮标的浮标本体极易锈蚀，需要频繁的维护、保养，成为整个浮标维护、保养中的一个短板，亟需寻找一种更合适的防腐技术来代替现有的依靠防锈油漆防腐。本文首先阐述了热喷铝技术定义，其次，探讨了热喷铝防腐技术特点，同时，就热喷铝防腐技术应用在海上航标防腐中的工艺流程进行了讨论，另外，还研究了热喷铝防腐技术在海洋环境中的防腐性能。

关键词：热喷铝防腐技术；海洋环境；防腐性能

1 前言

目前大连及周边海域的浮标主要是钢制浮标。由于长期在海中浸泡，受到海风、海水的侵蚀，每隔两年都要将浮标吊装上岸，进行喷丸除锈，重新刷漆。随着时间的推移，浮标本体局部被点蚀穿孔，无法修复，只能将整个浮标报废。对于钢制浮标每年都要投入大量的人力物力进行维护保养，尤其是个别偏远地区的少数浮标，需要航标作业船远距离航行，进行更换保养。实际上由于钢制浮标存在着重量大、易腐蚀、易褪色等缺点，维护保养的效果并不是很理想；新浮标在海中拖行时，浮标与船体频繁的碰撞，极易造成浮标上的油漆脱落；由于海上晃动厉害，湿气大，无法进行补漆。总之即便是新更换的钢制浮标，防腐蚀效果也不理想，甚至更换时间不长就锈迹斑斑。

目前由超高分子量聚乙烯、聚脲等复合材料制作的浮标正在推广使用，但是推广效果不理想，未能进行有效普及。其依旧存在着造价高、易老化、易褪色、强度低等缺点。

2 热喷铝技术的定义

热喷涂技术是利用一种热源（如气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光），将喷涂材料（如金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料）加热至熔融或半熔融状态，通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术。常用的热喷涂技术是电弧线材热喷铝技术。

电弧线材热喷铝是世界上较早的金属线材喷涂法。电弧线材喷涂是将喷涂材料金属铝线材制成两个熔化电极，由电动机变速驱动，在喷枪口相交产生短路而引发电弧、熔化，借助压缩空气雾化成微熔滴并高速喷向经预处理的工件表面，形成电弧喷涂层，具有突出的涂层经济性、工艺灵活性和较长的防腐寿命。

3 热喷铝防腐技术的特点

下图为热喷铝涂层结构示意图。

在海洋防腐技术中，热喷铝防腐技术还处于新工艺和新技术应用的初级阶段，目前主要是采用电弧线材热喷铝技术。热喷涂涂层具有较长的防腐寿命（使用寿命可达 30 年以上）和较好的工艺灵活性、经济性，具有较强的应用前景。

热喷铝防腐技术的防腐机理主要基于以下两点。

第一，与铁的电极电位相比，铝要低一些，在海洋盐水之类的电解质溶液中，金属基体为阴极，铝涂层为阳极，当铝涂层有孔隙或者局部破损的时候，牺牲阳极那么就是铝涂层，这样一来可以有效地保护金属基体。

第二，热喷涂层覆盖在海洋平台的金属基体上，可以有效地将空气、水等介质与金属基体隔离开，起着良好的物理覆盖作用。同时，铝的耐蚀性远胜于铁。

热喷铝工艺比较灵活，可以现场施工，也可以厂房内施工，不受工件大小影响。优于其他金属涂层工艺[1]。

4 热喷铝防腐技术应用在海洋平臺防腐中的工艺流程

工艺流程为：工件 →表面预处理（喷砂处理S a2 .5 ～ Sa3 .0）→喷涂金属涂层→有机封闭涂料 →常规面层涂料涂层（根据实际颜色需要）。

4.1工件表面的处理

金属基体表面进行预处理，关系到喷涂工艺过程的成败，能够有效地提高基材与涂层二者之间的结合强度，是热喷铝工艺中特别重要的部分。主要是由于金属基体的表面易形成氧化物质，如果在喷涂之前没有将这些氧化物质处理掉，就会导致基材与涂层二者之间的结合强度较差，不能有效地起到防腐蚀的作用。另外，金属基体的表面清洁之后，能够使得结合强度进一步提高，所以在喷涂海洋平台金属基体之前，务必要保证表面无灰尘、绝对干燥。在喷砂处理的时候，应该选择不违范国家环保规定和安全规定的磨料，如刚玉砂和磷铸铁砂，磨粒无油污、干燥清洁。

4.2喷涂材料

由于铝物质很容易被空气氧化，我们选用铝线材来代替铝粉，这样可以有效地降低氧化率。按ISO2063- 1991 和 GB/T9793- 1997 的规定，铝线材为半硬态，直径为 3mm，纯度≥99.5%。

4.3热喷涂铝

在表面喷砂之后的 4h 内应该进行热喷涂铝，采用 QX- 1 气体金属线材喷枪。倘若环境空气湿度太大，那么不能进行热喷涂铝，只有等到工件表面湿度升高至露点温度 3℃以上才可以进行。另外，根据不同的喷涂厚度要求和工件形状要求来灵活确定工件、喷枪的移动速度和距离以及喷涂时间。

4.4热扩散

由于喷铝层具有一定的孔隙率，存在许多的孔，那么海洋环境中的酸性离子，如 SO2 和 Cl就会穿透这些孔隙而致使海洋平台金属基体发生腐蚀现象。因此，应该将表面喷铝的工件放入加热炉中进行热扩散以便提高其耐腐蚀性，温度控制在430～450℃左右。

4.5封闭

工件表面在经过热扩散和热喷涂之后，往往不会有较好的光洁度。所以在工件进行了热扩散后，应该封闭处理试件表面，目的就在于要在最大程度上封住涂层孔隙，同时将凹坑（由喷涂颗粒堆砌而成）尽可能地填平。另外，在有条件的情况下，还可以对已封闭的金属涂层进行涂装，以便美观大方、且有效延长防腐措施的使用寿命。同时，还应该从涂层孔隙率、涂层厚度、弯曲试验、附着力、外观等方面对涂层进行有效的检测。

4.6经济性比较

与传统的环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆、丙烯酸聚氨酯面漆等传统防腐油漆的涂层相比，从长期经济性考虑，喷铝涂层比常规的油漆更经济。

5热喷铝防腐技术在海洋环境中的防腐性能

喷涂层在海洋环境中有较突出的防腐性能。1993 年挪威科学家公布的其 11 个月的曝露试验结果表明，，200μm 厚的涂层防腐寿命可达 60 年以上。喷铝涂层加防腐涂料封闭，可大大延长涂层的使用寿命。从理论和实际应用效果来看，喷铝涂层是防腐涂料的最好底层。金属喷涂层与防腐涂料的复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和防腐涂料防护层两者寿命之和还要长，是单一涂料防护层寿命的数倍[2]。

6 结束语

尽管热喷铝防腐技术在海洋环境中有着很好的耐蚀性，有效地构成海上浮标的长效防腐技术，将会在不久的明天逐渐取代常规油漆的防腐材料，在实际应用中有一定的可行性。但是应清醒认识到前期推广还是有一定的困难，需要寻找一个恰当的突破口，来提升其影响力，争取得到国家的支持，才能真正的推动海上浮标本体材料防腐工艺的全面革新，推动整个行业的产业化发展。

参考文献：

[1] 孔爱民.热喷铝防腐技术在海洋平台防腐中的应用.科技信息，2008，5（10）：50～51

[2] 邓卫东.海洋平台防腐中热喷铝防腐技术的应用.化学工艺.2013，2（8）：49～50