本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層結(jié)構(gòu)，具體涉及一種鋼結(jié)構(gòu)鋅銅鈦合金防腐涂層結(jié)構(gòu)，屬于鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因鋼鐵腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約7000億美元，約占全球總產(chǎn)值的2%。我國(guó)作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國(guó)家，每年被腐蝕的鋼鐵占我國(guó)鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因鋼鐵腐蝕而造成的損失約5000萬(wàn)人民幣。

電弧噴涂是目前最為常用鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽命防腐蝕方法。用于防腐目的的電弧噴涂材料主要有Zn絲、Al絲及Zn-Al合金絲。它們對(duì)鋼鐵材料的保護(hù)機(jī)理主要有三個(gè)：①封閉隔離作用；②通過(guò)涂層材料自我犧牲實(shí)現(xiàn)的陰極保護(hù)作用；③形成氧化膜起到鈍化保護(hù)的作用。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還存在以下不足。

（1）Zn涂層的腐蝕產(chǎn)物易溶解，且會(huì)造成涂層起泡，會(huì)降低涂層與鋼鐵基體的結(jié)合強(qiáng)度，造成涂層的耐蝕壽命縮短。此外，在電弧噴涂過(guò)程中，高度霧化的鋅粒子會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。特別是高度霧化形成的氧化鋅粉塵具有很大的毒性，吸入少量之后就會(huì)使人感覺頭暈、惡心、發(fā)燒，吸入大量甚至?xí)?dǎo)致人員死亡。

（2）Al涂層組織內(nèi)部和涂層表面形成較厚的Al₂O₃膜，由于Al₂O₃膜導(dǎo)電率低，電極電位較母材正，起不到電化學(xué)保護(hù)作用，易發(fā)生點(diǎn)蝕。在電弧噴涂過(guò)程中高度霧化的金屬鋁離子和飛濺的Al、Al₂O₃粉末，一旦粉塵在空氣中達(dá)到一定量時(shí)，遇到火源，能迅速發(fā)生爆炸和燃燒，且空氣中的懸浮顆粒增多也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

（3）事實(shí)上，Zn-Al合金涂層易發(fā)生晶間腐蝕，會(huì)直接造成金屬涂層穿孔，縮短防腐蝕年限。此外，當(dāng)Al超過(guò)10%，易出現(xiàn)脆性的金屬間化合物，絲材加工困難。

國(guó)家交通部最新發(fā)布消息要大力推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁，鋼結(jié)構(gòu)市場(chǎng)容量較大。因此，提供性能更好的電弧噴涂涂層是急需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐蝕性好、表面華麗、與重防腐涂料結(jié)合性能優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)鋅銅鈦合金防腐涂層結(jié)構(gòu)，形成的鋅銅鈦合金涂層的力學(xué)性能及電化學(xué)性能優(yōu)異，防腐壽命可達(dá)到40-50年，能夠有效延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用年限，降低鋼結(jié)構(gòu)全壽命的防腐成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鋼結(jié)構(gòu)鋅銅鈦合金防腐涂層結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)基體表面電弧噴涂鋅銅鈦合金絲，形成鋅銅鈦合金涂層，所述鋅銅鈦合金涂層的厚度為50μm-260μm；其中鋅銅鈦合金絲的各成分重量百分?jǐn)?shù)：Ti+Cu≤0.65%，余量為鋅。

根據(jù)實(shí)際施工需要，該鋅銅鈦合金涂層的厚度可優(yōu)選為80μm-200μm。

根據(jù)實(shí)際施工需要，該鋅銅鈦合金涂層的厚度可優(yōu)選為100μm -160μm。

經(jīng)測(cè)試，電弧噴涂鋅銅鈦合金涂層在3.5wt%NaCl溶液中電極電位＜-1.015V，比純鋅、鋅鋁合金的電極電位更低；在3.5wt%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間，其腐蝕電流密度小且有逐漸減緩的趨勢(shì)。

采用現(xiàn)有電弧噴涂技術(shù)，對(duì)經(jīng)噴砂處理清潔度達(dá)到Sa3級(jí)以上、粗糙度達(dá)到Rz60-100μm 的鋼結(jié)構(gòu)表面電弧噴涂鋅銅鈦合金絲，并對(duì)鋅銅鈦合金涂層進(jìn)行附著力、孔隙率測(cè)量及耐中性鹽霧試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果為與基體結(jié)合強(qiáng)度≥6.5MPa，與重防腐油漆涂層的結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)12Mpa，涂層孔隙率＜2%，2400h耐中性鹽霧試驗(yàn)，金屬涂層表面無(wú)紅色銹蝕產(chǎn)物、表面無(wú)起泡現(xiàn)象發(fā)生。

電弧噴涂鋅銅鈦合金絲形成鋅銅鈦合金涂層，該涂層屬于鋅基合金涂層，涂層（陽(yáng)極）與鋼結(jié)構(gòu)基體(陰極)直接接觸，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基體提供犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用。

合金中鈦元素固溶在鋅基體中，起到細(xì)化晶粒的作用，且合金中的鈦元素在電弧噴涂過(guò)程中能夠形成具有優(yōu)良的持久遮蓋能力及自我修復(fù)功能的TiO₂；銅元素在鋅基體中彌散分布，起到強(qiáng)化作用，優(yōu)化鋅合金內(nèi)部金屬晶體結(jié)構(gòu)，避免晶間腐蝕發(fā)生，改善合金的物理機(jī)械性能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）電弧噴涂鋅銅鈦合金絲形成鋅銅鈦合金涂層，該涂層屬于鋅基合金涂層，涂層（陽(yáng)極）與鋼結(jié)構(gòu)基體（陰極）直接接觸，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基體提供均勻犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用，陰極保護(hù)作用效果明顯，避免點(diǎn)蝕現(xiàn)象的發(fā)生，耐蝕性好。

（2）在電弧噴涂過(guò)程中，熔融金屬被高速氣流霧化成微粒，即金屬微離子發(fā)生氧化反應(yīng)，可生產(chǎn)足夠多的TiO₂，TiO₂具有優(yōu)良的持久遮蓋能力及自我修復(fù)功能，在對(duì)噴涂層實(shí)現(xiàn)自我封閉的同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)鈍化作用及涂層破壞后的自我修復(fù)，提高涂層耐蝕性能。

（3）在鋼結(jié)構(gòu)基體上電弧噴涂鋅銅鈦合金絲形成鋅銅鈦合金涂層，該鋅銅鈦合金涂層致密、孔隙率低，與基體及重防腐涂料的結(jié)合強(qiáng)度高，機(jī)械性能良好。

有益效果：在鋼結(jié)構(gòu)基體上形成的鋅銅鈦合金涂層致密、孔隙率低，與基體及重防腐涂料的結(jié)合強(qiáng)度高，涂層本身具有自我封閉及自我修復(fù)的作用，提高涂層耐蝕性。鋅銅鈦合金涂層的電極電位較低、在3.5wt%NaCl溶液浸泡不同時(shí)間，其腐蝕電流密度小且有逐漸減緩的趨勢(shì)，能夠有效延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用年限，防腐壽命可達(dá)到40-50年?？蓮V泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)，能降低鋼結(jié)構(gòu)全壽命防腐成本，具有推廣的前景。

附圖說(shuō)明

圖1是鋼結(jié)構(gòu)鋅銅鈦合金防腐涂層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是耐中性鹽霧試驗(yàn)后實(shí)施例3的試樣外觀變化圖；

圖中：1、鋅銅鈦合金涂層，2、鋼結(jié)構(gòu)基體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和圖表對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明中鋅銅鈦合金絲的各成分重量百分?jǐn)?shù)：Ti+Cu≤0.65%，其余為鋅。

其中鋅銅鈦合金絲可采用如下工藝制備或直接購(gòu)買江蘇中礦大正工程技術(shù)有限公司研制的鋅銅鈦合金絲。鋅銅鈦合金絲的制備工藝包括以下步驟：

（1）制備中間合金：按上述鋅銅鈦合金絲的重量百分?jǐn)?shù)進(jìn)行配料，然后在電阻熔爐中進(jìn)行熔煉，制備Zn-Ti中間合金、Zn-Cu中間合金；

（2）鋅銅鈦合金熔煉：先將部分鋅錠放入熔爐，熔煉坩堝為高純石墨坩堝，采用高純氬氣為保護(hù)氣體，通電升溫至420℃-450℃，待鋅錠融化成鋅液（先熔化鋅錠的30%），逐步添加鋅錠，直至所有鋅錠熔化，去除鋅液表面的氧化皮和其他雜質(zhì)，繼續(xù)通電升溫至1000-1500℃，依次添加鋅鈦中間合金和鋅銅中間合金，待合金完全熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蛑寥矍澹o置0.5-2h，木碳作覆蓋劑；

（3）鋅銅鈦合金澆鑄：合金熔煉完畢，在澆鑄前，取樣檢測(cè)實(shí)際化學(xué)成分，待成分檢測(cè)合格后，于400℃-600℃時(shí)扒渣澆鑄，將鋅銅鈦液澆鑄成棒狀，規(guī)格為Φ80-Φ150mm；

（4）鑄棒表面處理：待鑄棒完全冷卻至室溫，保證芯部與表面溫度一致，去除表面氧化皮，等待擠壓處理；

（5）預(yù)擠壓前熱處理：將鑄棒放入真空保溫爐中，升溫至200℃-300℃，保溫10-15h；

（6）預(yù)擠壓：鑄棒經(jīng)擠壓機(jī)擠壓至Φ5-Φ8㎜絲材，將預(yù)擠壓材料再次放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理；

（7）拉拔成絲：將Φ5-Φ8㎜絲材經(jīng)拉絲生產(chǎn)設(shè)備3-5次拉拔，拉拔后絲材規(guī)格為Φ2-Φ4㎜。

某鋼結(jié)構(gòu)試件，采用現(xiàn)有噴砂機(jī)噴砂除去鋼結(jié)構(gòu)基體2表面銹蝕產(chǎn)物，處理后鋼結(jié)構(gòu)基體2表面清潔度達(dá)Sa3級(jí)以上，表面粗糙度為Rz60μm-100μm；然后把鋅銅鈦合金絲安裝在中礦大正研制的機(jī)械化大功率二次霧化電弧噴涂設(shè)備（DGL-600）上；在鋼結(jié)構(gòu)基體2表面電弧噴涂鋅銅鈦合金絲，形成鋅銅鈦合金涂層1，其涂層厚度具體見表1。由此獲得一個(gè)采用電弧噴涂鋅銅鈦合金絲的防腐蝕涂層的鋼結(jié)構(gòu)試件，如圖1所示。

由上表1可知，對(duì)實(shí)施例1至實(shí)施例6鋼結(jié)構(gòu)試件形成的鋅銅鈦合金涂層1進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明：鋅銅鈦合金涂層1與鋼結(jié)構(gòu)基體2的結(jié)合強(qiáng)度≥6.5MPa，與重防腐涂層的結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)12Mpa，涂層孔隙率＜2%，2400h耐中性鹽霧試驗(yàn)，鋅銅鈦合金涂層1表面無(wú)紅色銹蝕產(chǎn)物、表面無(wú)起泡現(xiàn)象發(fā)生。

圖2為耐中性鹽霧試驗(yàn)后實(shí)施例3的試樣外觀。

對(duì)圖2中的圖片進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)2400h發(fā)現(xiàn)試樣表面均未出現(xiàn)銹點(diǎn)、銹斑或銹跡，涂層無(wú)起泡現(xiàn)象。

接著對(duì)實(shí)施例2的鋅銅鈦合金涂層1進(jìn)行腐蝕電流密度測(cè)試，具體如表2所示。

從上表2可知，鋅銅鈦合金涂層1腐蝕電流密度小且呈現(xiàn)逐漸減緩的趨勢(shì)，此現(xiàn)象能有效降低鋼結(jié)構(gòu)基體2的腐蝕速率，延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)基體2的服役年限。

表3-1和表3-2給出了不同腐蝕時(shí)間下，四種不同材質(zhì)金屬涂層試樣的質(zhì)量損失隨著鹽霧實(shí)驗(yàn)時(shí)間的變化情況。

鋅銅鈦、鋅、鋅鋁保護(hù)層試樣的腐蝕率均處于先上升后下降狀態(tài)，而鋁涂層的最終腐蝕速率呈上升趨勢(shì)，這與其表面形成的保護(hù)膜發(fā)生破壞有關(guān)系。

對(duì)以上數(shù)據(jù)分析，以Zn金屬涂層試板的腐蝕速率為參照，Al金屬涂層的腐蝕速率為Zn金屬涂層試板的83.16%、Zn-Al合金的腐蝕速率為Zn金屬涂層試板的74.32%、鋅銅鈦的腐蝕速率為Zn金屬涂層試板的43.14%?？傊?，鋅銅鈦合金涂層的抗腐蝕性能最優(yōu)。

綜上所述，該涂層屬于鋅基合金涂層1，涂層（陽(yáng)極）與鋼結(jié)構(gòu)基體2（陰極）直接接觸，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基體2提供犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)作用，鋅銅鈦電極電位比純鋅、鋅鋁合金的電極電位低，陰極保護(hù)作用效果明顯，耐蝕性好；鋅銅鈦合金涂層1在3.5wt%NaCl溶液浸泡不同時(shí)間，其腐蝕電流密度呈現(xiàn)逐漸減緩的趨勢(shì)，防腐蝕年限可達(dá)40-50年，延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的有效使用年限，也降低鋼結(jié)構(gòu)全壽命防腐成本。