金属镀层防腐蚀技术及热浸镀Al钢板腐蚀结果分析

在金属材料表面加上覆盖层（或镀层），使基体与腐蚀介质隔开，以防止零件腐蚀。用做覆盖层的材料有金属和非金属两大类。

10.6.2.1 金属覆盖层

1.镀层用材料 所选用的覆盖层材料为阳极性与阴极性两种。如果镀层材料的电极电位比基体金属低时（负），它成为阳极，基体是阴极，受覆盖层的保护。镀层中存在空隙时也不影响防蚀效果，例如钢铁表面镀Zn即属此类情况。

如果镀层材料的电极电位比基体高（正），则基体为阳极，镀层是阴极，镀层中如存在空隙时将加速基体金属腐蚀。例如钢铁表面镀Sn即属此类镀层材料。

2.覆盖方法

（1）热浸镀。将基体金属浸入熔融状态的液体金属中，使表面沾上一层镀层金属，以防止基体受腐蚀。热浸镀Zn的历史最长，至今仍是钢铁防腐蚀的重要措施。镀Zn层具有良好的耐蚀性，在水及大气介质中Zn的平均腐蚀速度是钢铁的1/25。镀Zn层在城市大气中的腐蚀速度为2～7μm/a，有优良的耐蚀性，可使镀Zn板寿命达到50年。海洋大气中的腐蚀速度与城市大气相同，为1～7μm/a，飞溅区的腐蚀速度约为15μm/a。热带地区镀Zn层的腐蚀速度也不大，干大气中小于2μm/a，潮湿大气中小于3μm/a，海岸区小于6μm/a。

镀Zn层在硬水中腐蚀速度约为2.5mg/（m²·a），在软水中约为硬水中10倍。水中溶解氧越多，腐蚀越快。

水温对镀Zn层的腐蚀有影响，工业用水40℃左右、软水90℃左右时腐蚀最快。浸泡在海水中的镀Zn钢板的腐蚀速度为12～24μm/a。

热浸镀Al防腐蚀方法发展迅速，其工艺与热浸Zn相似。Al的电极电位为-1.66V，比Fe（-0.44V）和Zn（-0.1763V）都低。镀Al层能形成致密又稳定的Al₂O₃保护膜，起到良好的防蚀作用。如镀Al层发生机械损伤时，镀Al层对钢铁基体仍可起保护作用。镀Al钢板耐大气腐蚀，也耐海水腐蚀、土壤腐蚀及应力腐蚀。镀Al钢板耐大气腐蚀能力是镀Zn钢板的3～6倍。图10-51所示是热浸镀Zn钢板与热浸镀Al钢板耐工业大气腐蚀的比较。

图10-51 热浸镀Zn钢板与热浸镀Al钢板耐工业大气腐蚀比较

镀Al钢板还具有耐含S介质的腐蚀能力。表10-28及表10-29是热浸镀Al钢板在高温氧化、硫化气氛及H₂S介质中的腐蚀结果。

表10-28 在高温氧化、硫化气氛中的暴露试验

表10-29 在高温H₂S介质中的腐蚀试验（50h）

热浸镀Al钢板有一定耐热性，在500℃以下长期加热时外观无变化。(www.xing528.com)

此外还有热浸镀Sn、Sn-Pb合金等方法。

（2）表面渗金属。为提高材料耐蚀性，可采用表面渗金属的方法。对零件表面渗金属的方法已有相当长历史，应用十分广泛。渗金属不仅能提高材料耐蚀性，也能提高其硬度及强度。所渗的金属主要有Zn、Al、Cr及Si等。

渗Zn与热浸镀Zn比较，前者的耐蚀效果更好，如果镀Zn后在500℃左右退火，产生Zn扩散层，可明显提高耐蚀性（表10-30）。

表10-30 渗Zn和镀Zn制品的耐蚀性比较

渗Al钢具有良好的高温抗氧化性，其抗氧化能力与渗Al层厚度及Al含量有关。在断续氧化条件下碳钢临界渗Al的质量分数为5%，连续氧化条件下为2%。高温长期使用时渗Al层厚度应达到0.3mm。

（3）电镀。即用直流电源将电解液中的金属离子沉积于基体金属表面（阴极）。电镀可显著提高材料耐蚀性，应用广泛，是十分重要的防腐蚀方法。用于电镀的金属有：Cu、Cu-Zn、Ni、Cr、Sn、Zn等。

（4）其他表面镀层技术，例如热喷镀、离子镀、离子注入及气相沉积等方法。

10.6.2.2 无机非金属覆盖层

（1）用化学或电化学方法在基体金属表面覆盖一层无机物防蚀层[也称为化学转化层（Chemical Con？ersion Coating）]。电化学法形成的无机防护层也称为阳极氧化。工业上常用的金属材料可采用此法，其中最常见的是钢铁材料的磷化处理、发黑处理；铝及铝合金的阳极氧化处理，Zn、Cd、Mg等金属均可进行这种防蚀处理。

（2）其他方法，例如玻璃覆盖层法、陶瓷涂层法、耐酸水泥涂层法等。

10.6.2.3 有机涂层

有机涂层是金属防腐蚀最常采用的措施之一，广泛应用于工业及生活领域中。有机涂层材料的组成为：主要成分（漆料及颜料）、辅助成分（溶剂、稀释料）和助剂（各种添加剂）。覆盖层起阴极保护及缓蚀作用。

漆膜是颜料在漆料（聚合物）中形成的涂料在基底表面固化的结果，漆膜对基体的保护作用常常取决于颜料的物理化学性质。颜料有金属粉（例如Zn、Al、不锈钢粉等）、天然无机物（例如云母、氧化铁）、合成无机物（铅酸钙、铬酸锌等）和合成有机物。它们不溶于漆料中，有良好的化学稳定性和光稳定性。

用于涂料的漆料有植物油（其中亚麻子油用量最多）和油性树脂，其中使用最多的是酚醛树脂。

有机涂层的失效主要是在阳光、大气、雨水等作用下的老化，特别是紫外线、氧、水汽、高温和腐蚀性气体（例如SO₂），会加速老化，使表面失去光泽、起泡、粉化、剥落、生锈等，从而失去防蚀作用。因此，应根据产品特点选用合适的涂料。