金属热喷涂涂层耐蚀性评价方法及应用

采用Zn、Al阳极金属及其合金（如Zn/Al、Al/Mg、Al/Mg/Zn、Al/Mg/Re等）热喷涂涂层对钢铁构件、建筑物进行长效腐蚀防护的技术得到了普遍认可和持续发展，对其耐久性的测试评价技术也一直在不断地改进、完善与创新中。由于各类阳极金属热喷涂涂层防护性能的评价结果不仅影响到其自身的应用与推广，还涉及到各相关方的经济利益，其测试技术及结果的可靠性和精确性都值得大家积极探讨与创新提高。
    2阳极金属热喷涂涂层的耐久性试验方法
    2.1盐雾试验
    单层阳极金属热喷涂涂层耐久性的实验室试验方法主要有耐气、雾试验（如耐中性盐雾试验、耐SO2气氛试验）、耐介质浸渍试验（如耐酸雨试验、耐碱液试验、模拟海水全浸试验）以及环境循环试验（如盐雾-老化循环试验、各类介质间交替试验）等[1]；当对阳极金属热喷涂复合涂层进行试验时，主要通过涂层破坏性方法进行上述耐久性试验，测评复合涂层体系的耐蚀性。
    金属热喷涂涂层的户外自然老化试验则在实海环境下进行，如海洋大气区、浪溅区、潮差区、全浸区等。由于金属热喷涂涂层、金属热喷涂复合涂层有较好的耐蚀性且设计使用寿命在30～50年，其耐久性测试一般需要进行很长时间，如果按钢结构中性盐雾加速试验200h代表钢结构使用1年的观点，盐雾试验1次就需要5000h以上，目前有进行16000h盐雾试验的报道[2]；实海试验则以美国焊接学会热喷涂委员会进行的19年的现场挂片试验为代表[3]。
    为提高加速效果并保证与现场暴露试验的相符性，美国材料与试验协会的ASTMD5894和G85标准、美国腐蚀工程师协会的NACETM0304及挪威石油标准化组织的NorsokM-501标准将“紫外线/冷凝”程序引入到常规的“盐雾/干燥”循环中，NorsokM-501标准更加入了“冷冻/解冻”程序，研究表明[4-6]，上述试验方法取得了极佳效果，更接近于现场暴露试验结果。
    2.2电化学试验
    电化学方法是阳极金属热喷涂涂层耐久性试验最普遍也是最可靠的方法，测试方便快捷、破坏少、获得与涂层防护性能相关的直接信息量大，同时能对金属的腐蚀机理及涂层失效行为进行更深入的研究。目前应用于阳极金属热喷涂涂层检测的主要是直流电化学法和电化学阻抗谱法，其中直流电化学法具体有电位-时间法、极化曲线法和极化电阻法等，上述方法主要用于金属涂层裸露试样的试验[7-10]。
    电化学阻抗谱法也有其局限性，为了得到Tafel直线段需要将电极极化到强极化区，电极电势偏离自腐蚀电势较远，这时的阴极或阳极过程可能与自腐蚀电势下的有明显的不同；其次，由于极化到Tafel直线段，所需电流较大，容易引起电极表面状态、真实表面积和周围介质的显著变化。因此要求每一次试验使用一个新的样品，不利于比较性研究[11]。弱极化法测量虽然避免了强极化法对腐蚀体系扰动过大、线性极化法由于近似处理存在的明显误差，但忽视了介质电阻等对测量的影响。影响腐蚀电位的因素主要有涂层电阻、因金属离子和OH-等腐蚀产物扩散缓慢造成的浓度梯度和缓蚀剂对腐蚀的抑制作用等。
    针对线性极化法中极化电阻测量中存在的介质电阻影响，中科院金属所郑立群等人利用交流阻抗和弱极化相结合技术，在CMB-1510B等的基础上研制了CMB-4510测量仪，有效解决了线性极化技术及介质电阻存在的误差[12]，提高了试验结果的可靠性。
    3阳极金属热喷涂涂层耐久性的评价
    3.1涂层失重法
    检测试样测试前后质量的变化，对失重/增重的变化过程、趋势及大小等进行分析对比，其涂层试样则被认为耐蚀性较优。目前失重法研究面临的最大难题是如何简捷、准确、可靠地去除试验后金属涂层产生的腐蚀产物，因为金属涂层在喷制形成过程中也形成了大量的氧化物，涂层中还夹杂了许多松散颗粒，试验时金属涂层表面的氧化物及杂质很容易脱落，清洗时也无法保证原有氧化物不被清洗掉，这些都会对试验结果产生极大的影响，而试样一旦清洗也即被终止继续参与试验。现有研究结果存在明显的争议，正说明失重法粗略评价的更多是金属涂层自身的耐蚀性，并不能单独用来准确地衡量其对金属基材的保护性能。
    3.2涂层厚度损失法
    电化学法主要通过测量热喷涂金属涂层的腐蚀电流、极化电阻，经过计算得出涂层的腐蚀速率，根据其大小来评价涂层的耐蚀性能。实际检测时，腐蚀介质一般都是封闭或半封闭体系，与环境的开放体系不同，测试过程中即使腐蚀介质整体处于动态循环过程中，其腐蚀物的消耗也具有明显的变化趋势，那些腐蚀介质用量少更换或补充频率低,数据测取时机不对，研究结果就会出现较大问题；由于阳性金属具有的高活性，其热喷涂涂层在试验初期的腐蚀速率较快、试验进程中涂层表面（包括粒子表面）氧化膜作用发挥不一，也会导致试验过程中不同阳性金属腐蚀速率变化较大，这样当试验周期较短时就会出现涂层腐蚀速率较大、较长时测量数据存在较大偏差等问题。现有研究表明[13-14]，试验介质的温度、溶解氧含量以及试样在介质中的位置都会对腐蚀结果产生一定影响。另外由于热喷涂金属涂层表面粗糙不平且含有大量空隙，介质浸渗其中，电化学测评时热喷涂金属涂层试样电极的表面积更难以准确计算，这都影响了测量结果及评价。
    3.3涂层微观结构分析法
    即采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪、金相分析等现代化仪器测试分析阳极金属热喷涂涂层微观结构、成分等的变化，主要用于剖析涂层的腐蚀机理，一般不适于定量评价涂层的耐蚀优劣。目前定量评价主要根据同一类涂层试样不同试验阶段微观结构的化
    进行对比，但是这样一来，试样及其测量点的持续选择就会存在一定的随意性和主观性，涂层微观结构变化很难保证连贯性及准确性。
    综上所述，由于阳极金属热喷涂涂层防护机理的多样性以及试验环境影响的复杂性，仅凭单一测试项目或某一阶段时间内的测试很难对其防护效果做出准确可靠的评价，需要将上述各种方法的检测结果结合起来，进行综合分析后才能做出较为可靠的评价。
    4测评结果
    4.1涂层耐蚀性
    目前对各种热喷涂用丝材的耐蚀性能及其优劣评价很少有异议，而对各种热喷涂涂层耐蚀性能检测评价的争议激烈，主要集中在铝涂层与锌铝伪合金涂层上。