超音速电弧喷涂热喷涂长效防腐涂装工艺
一、概述
由于钢铁结构长期处在各种气氛（包括海洋、工业城市、田野、矿井）、不同水质介质的侵蚀环境中，均受到不同程度的腐蚀。据资料介绍，全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈，大约有３０％的钢铁设备因腐蚀而失效。工业发达国家，每年由于金属腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的２－４％，我国这方面的损失每年也达上千亿元。
超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝及其合金涂层，外加封闭处理，就可以制备长效防护复合涂层。有效防护期一般可达２０－３０年，最长有效期外国已有６０年之久的记录。随着我国电弧喷涂热喷涂技术的发展与提高，锌、铝及其它合金涂层将逐渐取代传统的刷漆工艺，在某些领域里应用超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝涂层也代替了大部分热浸镀锌工艺。这里以超音速热喷涂锌、铝涂层为例，简要介绍长效防腐工艺的性能。
二、锌、铝长效防护复合涂层的性能
１、锌、铝涂层的防护机理
研究表明，钢铁在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因，在没有保护的情况下，碳钢的平均腐蚀速度比锌高５－２０倍，比铝高４０－１００倍。采用普通的油漆防护时，由于油漆与钢铁基体的粘附强度低、耐冲刷和颗粒磨损能力低、使用过程中老化变质等原因，往往容易造成局部涂层损失脱落、而使钢铁基体锈蚀，导致油漆层大面积起泡脱落，致使短期内防护失效。
超音速电弧喷涂热喷涂锌、铝复合涂层对钢铁基体有双重保护作用。
一方面，经过封闭处理的涂层可以起到物理覆盖作用。将钢铁与水和空气等腐蚀介质隔离开来，从而起到防护作用；另一方面，当涂层有孔隙、裂纹或损坏时，由于锌和铝的电化学性能比较活泼，电极电位比钢低，构成腐蚀电池时，锌或铝是负极，铁是正极，锌、铝失去电子，变成离子进入电解质溶液中而被腐蚀，其自由电子流向钢铁，使钢铁极化而受到保护。
铝是一种活性很强的金属，很容易与氧结合，生成一层致密、坚硬的氧化保护层，有效的防止铝涂层进一步氧化。而且喷涂过程中，铝变成负电性更强的活化状态，能更好的对钢铁基体起阴极保护作用。
喷涂后采用低粘度涂料，对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆，成为以金属为基础的复合涂层，将进一步显著提高涂层防蚀能力，延长保护周期。
由于超音速电弧喷涂（热喷涂）时锌或铝呈熔融液喷射到经过粗化处理的钢铁表面上，熔融有较大的热能，获得比有机涂层进一步氧化。而且喷涂过程中，铝变成负电性更强的活化状态，能更好地对钢铁基体起阴极保护作用。
喷涂后采用低粘度涂料，对涂层进行封孔处理并加一、二道面漆，成为以金属为基础的复合涂层，将进一步显著提高涂层防护能力，延长保护周期。
２、超音速电弧喷涂锌、铝涂层的特点
钢铁结构件采用喷涂锌、铝涂层加封闭涂装保护，形成长效防护复合涂层，与一般有机涂层相比有其突出特点：
（１）防护期长：喷锌、喷铝复合涂层、防护有效期一般可达２０－３０年，在大气中最长有效期国外达６０年之久的记录，而有机涂装的防护期一般为３－８年。
（２）结合强度比有机涂层高，达到２－３kgf/mm2。
（３）耐高温：喷铝涂层经扩散处理，可在９００℃高温下抗氧化；锌涂层亦可承受４５０℃。
（４）不存在老化变质问题。
（５）耐磨、耐冲刷、抗擦伤性能好。
３、喷锌、喷铝涂层的比较
喷锌涂层是国外应用最早的一种阴极保护涂层，６０年代以前长效防护大部分采用喷锌涂层。但是由于（１）锌层是一种牺牲阳极材料，因此喷锌涂层的防腐速率比喷铝涂层高，其耐蚀期与厚度成正比，要达到长效防蚀、喷锌涂层应有一定厚度；（２）锌的密度（7.09/cm3）。比铝（2.7cm3）高2.6倍，因此喷涂相同厚度的涂层，锌的消耗量是铝的2.6倍。国外资料报道，喷涂等效涂层厚度的情况下，锌比铝涂层成本贵一倍；（３）喷锌所形成的ZnO粉尘对人体呼吸道有危害；（４）喷锌时由于空气中CO含量不足，不能形成稳定的ZnCO3保护膜，而易疏松的Zn(OH)2，在锌涂层上产生许多“白锈”，腐蚀率升高；（５）由于工业区大气、城市大气中SO2含量较高，使雨水酸度增加，也能破坏ZnCO3膜的稳定性，使锌涂层腐蚀速率加快。
随着新型电弧丝材喷涂技术的发展，目前国际上大型钢铁构件广泛采用喷铝长效防护涂层。喷锌涂层除继续在乡村大气、谈水和偏碱性气氛中使用外、正逐渐被喷铝涂层所代替。
喷锌、喷铝涂层腐蚀速率与其使用环境介质的PH值密切相关。一般来说，喷锌涂层用于弱碱性条件下为好，喷铝涂层最好用于中性或酸性条件下。
三、超音速电弧喷涂锌、铝复合层国内应用典型实例：
（１）１９２０年，法国巴黎附近的圣·吉尼船闸采用喷锌防护，１９５２年进行检查，喷涂涂层完好。
（２）１９３６年，美国在KAW河大桥钢结构上喷涂２５０um厚的锌涂层，１９７５年检查涂层完好。
（３）１９３９年，英国北威尔士麦奈海峡公路桥悬挂链及部分钢结构件喷锌防护，钢结构一直保持极好状态。
（４）美国格兰维奇市一座天然汽化工厂的净化装置，采用钢结构上喷涂１３０um厚的铝涂层，３０年后仍然保持完好。
（５）我国淮南电厂的２６４座输电塔，１９５２年对其上半部分采用喷锌防护，涂层至今仍完好。
（６）江苏三河６３孔钢制水闸门，１９６６年采用喷锌涂层防护，已使用２８年涂层完好。
（７）华东电管局上海南桥５０万V输送电工程，1.4万m２钢管（合钢材６００t），采用电弧喷涂锌，厚度１４０um，防护期可达３０年以上。
（８）上海航标仪器厂制造的航标浮桶，采用喷铝防护情况良好，喷铝防护比油漆防护能提高耐腐蚀期１０倍以上，喷铝层防海水腐蚀最大期限能超过２５年。
（９）天津电视塔３３０m钢结构件，要求防腐蚀寿命５０－７０年，以超音速电弧喷涂锌为底层，喷铝为面层，再涂封闭剂，可防护５０年以上。
（１０）北京市１００多座立交桥上照明高杆及灯罩，全面采用喷锌或喷铝８０－１２０um再封闭，防护年限可达２０－３０年。
四、我公司超音速电弧喷涂应用实例：
（１）江苏徐煤集团张集矿、张小楼矿６组风机２８８件风叶，９６年采用热喷涂１００nm锌，再封闭处理，用户反映涂层优良，至今仍完好无损。
（２）江苏徐煤集团第二机械厂４００吨压力机活塞杆，９６年采用电弧喷涂1Cr18Ni9Ti，安装使用至今，运转正常，无明显痕迹。
（３）江苏徐煤集团张集矿混合井井架、张小楼矿副井井架喷涂锌８０－１５０um，封闭处理后再刷一道面漆，预计使用寿命可达４０年以上。
（４）徐州市东站广场主灯塔基座，喷涂８０nm铝，再封闭处理，防腐寿命预计可达２５年以上。
（５）江苏北方氯碱集团二氧乙烷反映罐，我公司９７年采用氟橡胶衬里进行长效防腐，二年试用后，其长效耐强酸碱及有机盐溶剂等副食介质作用稳定，具优良的耐老化性能。目前，仍在正常的生产应用中。
（６）九七年在久隆集团实业公司“田力宝”发酵罐的防腐工程中，采用环氧－－呋喃玻璃刚衬里工艺，在１５０℃常温下表现出优良的防腐特点，抗拉强度达：227.5MPA以上，站结强度达：1.414MPA。
（７）淮南机械总厂委托进行电弧喷涂耐磨涂层修复的机床曲轴，均达到原工件工艺标准，使用三年来仍保持了正常的运转，并显示了优良的耐磨蚀性能。
我们在国家重点项目：三峡工程永久性船闸锚杆、大型电厂架空输电铁塔，山东维坊船闸，以及广播电视塔架、市政工程煤气管道等大中型长效防腐工程中，推广应用了该项新工艺，均取得了十分理想的长效防腐效果，受到广大用户的充分肯定。
电弧喷涂工艺流程
１、电弧喷涂施工的质量，严格按设计要求控制，每道工序都应有严格的管理程序和专业技术人员负责监测、检测。
２、项目负责人为现场施工质量第一负责人，质检员和操作工必须对项目负责人负责。
３、施工中贯彻全员质量管理原则，各工序都应按工艺规程严格进行。上道工序对下到工序负责，下道工序对上道工序实行监督、检验；上道工序质量不合格，不允许进行下道工序。每道工序必须进行自检合格后，并经专职质检员复检认可后，方可进入下道工序。
４、项目负责人对各工序进行抽检，发现质量问题及时纠正，对直接责任者进行查处。
５、各工序操作人员应持有上岗合格证，无上岗合格证者，必须经公司培训考核合格后，发给上岗证方可操作。
６、对每个工件必须编号并对其施工和质量检验情况做相应记录，填写施工卡，记录卡必须由操作者和质检员签名。
电弧喷涂安全操作规程
１、在使用溶剂进行脱脂之前，必须阅读容器表牌和注意事项。
２、不得用压缩空气清刷衣物。
３、喷砂或喷涂操作所用的压缩空气，应按设备制造厂家推荐的压力标准使用。
４、用于喷砂和喷涂的压缩空气必须干净、无油、无水和污物。
５、喷砂时应穿戴喷砂工作防护服，以保护眼睛、脸部、下巴和颈部不受空气微粒的侵害。
６、进行喷砂现场的所有人员，都应喷戴防尘口罩、安全防护眼睛或墨镜。
７、喷砂软管应置于地上，以清除静电荷。
８、不要把喷砂枪喷嘴指向自己或其他人的任何部位。
９、喷枪应按制造厂家提出的要求使用，保持清洁，避免金属粉尘堆积。
１０、在手持喷枪操作时，应戴绝缘手套、穿皮鞋。
１１、密切注意设备进行的情况，熟悉应采取的特殊和一般的预防措施。
１２、工作场区应具有充分流动的空气和安全的呼吸装置，避免金属喷涂产生的烟尘及烟雾的毒害和刺激作用。
１３、操作人员要穿防护衣，围绕手腕和踝骨用带子扎紧，使金属喷涂材料的粉尘与皮肤隔离。
１４、在没有关掉整个系统包括切断气源、电源的情况下，不得进行清洗或修理电源、控制台和喷抢。
１５、与喷涂设备联接的控制柜应保持接地电板。
１６、喷涂设备本身应保证操作安全，有良好的接地和绝缘，在喷涂场所的电气设备要有保护，不准有明线，如不能避免时要配备套管。
１７、对工作场地和设备要经常打扫，防止粉尘的聚集。
喷砂工操作规程
１、严格遵守施工安全规程，严格按照劳保条例穿戴好劳动保护用品。
２、工作时，应先开启通风除尘系统，管路，阀门和除尘通风系统应无泄漏、开关可靠。
３、在工作台上摆好工作后，方可开启压缩空气阀门。使用手持风枪时，应用手拿住喷枪再开阀门，防止喷嘴甩动伤人。
４、停电、停气或暂时离开工作岗位时，要关闭电源开关和压缩空气阀门。
５、定期清除除尘器布袋及其它积尘装置，清除沉淀池灰尘。
６、工作结束后，排尘系统要继续运行５～１０分钟，将室内粉尘排净。
７、对工件喷砂后进行质量自检，并做好记录。
质量控制工序
１、电弧喷涂施工的质量，严格按设计要求控制，每道工序都应有严格的管理程序和专业技术人员负责监测、检测。
２、项目负责人为现场施工质量第一负责人，质检员和操作工必须对项目负责人负责。
３、施工中贯彻全员质量管理原则，各工序都应按工艺规程严格进行。上道工序对下到工序负责，下道工序对上道工序实行监督、检验；上道工序质量不合格，不允许进行下道工序。每道工序必须进行自检合格后，并经专职质检员复检认可后，方可进入下道工序。
４、项目负责人对各工序进行抽检，发现质量问题及时纠正，对直接责任者进行查处。
５、各工序操作人员应持有上岗合格证，无上岗合格证者，必须经公司培训考核合格后，发给上岗证方可操作。
６、对每个工件必须编号并对其施工和质量检验情况做相应记录，填写施工卡，记录卡必须由操作者和质检员签名
