钢丝热浸镀层的耐海水腐蚀行为.doc

钢丝热浸镀层的海水腐蚀行为
李鑫1，2*，李焰3*通讯作者。
国家自然科学基金资助项目40306013
，魏绪钧1
(1东北大学118信箱，沈阳110006)
(2北京矿冶研究总院冶金研究所，北京100044)
(3中国科学院海洋研究所，青岛266071)

摘要：本文利用实海暴露试验、电化学测试、抗拉强度测试和显微结构分析对热镀锌、锌铝合金和Zn-55Al-Si等三种镀层钢丝在海水中的腐蚀电化学行为进行了研究。舟山站海水全浸腐蚀试验结果表明：镀层的海水腐蚀分为全面腐蚀期、全面腐蚀抑制期和点蚀期等三个阶段；经过2年的海水全浸腐蚀，锌铝合金镀层表现出优异的耐海水腐蚀性能，耐蚀性是热镀锌镀层和Zn-55Al-Si镀层的3-4倍。极化测量结果表明：镀层钢丝在海水中的腐蚀电流密度由大到小依次为热镀锌镀层>锌铝合金镀层>Zn-55Al-Si镀层，与镀层在舟山全浸腐蚀初期的行为吻合。随后进行的镀层腐蚀形貌和抗拉强度测试则证实了锌铝合金镀层最佳的耐海水腐蚀性能，以及热镀锌镀层和Zn-55Al-Si镀层的钢丝基体受到严重的局部腐蚀。热镀锌镀层由于腐蚀电流密度最大，在海水中的耐蚀性最差。Zn-55Al-Si镀层由于点蚀敏感性较高，易发生局部腐蚀，镀层的耐海水腐蚀性能下降，低于表面镀层不如其耐蚀的锌铝合金镀层。而锌铝合金镀层由于综合了良好的耐全面腐蚀性和耐点蚀性，从而表现出优异的耐海水腐蚀性能。
关键词：热浸镀，热浸镀层，海水腐蚀，耐蚀性，点蚀

前言
钢铁热浸镀锌技术一直是防止钢材在自然环境中腐蚀最经济而有效的方法，但是，在工业区、都市区以及沿海地区等腐蚀性严重的环境中，镀锌层的失厚速度往往比较快[1]。为了提高镀层在这些环境中的耐蚀性和使用寿命，比较有效的办法是在镀层中添加适量的铝元素进行合金化。美国伯利恒公司(BethlehemSteel)于六七十年代开发的Zn-55Al-1.6Si(Galvalume)镀层，和我国于九十年代开发的锌铝合金镀层等，均证明锌和铝的这种结合相当的成功[1,2]。因为这些镀层将镀锌层的电化学保护性能，和镀铝层的阻挡层作用很好地结合起来，显示出优异的耐蚀性。
近年来，对于热镀锌和Zn-55Al-1.6Si镀层的组织结构及其在大气环境中的腐蚀机理[3-7]的研究已越来越深入。相比之下，镀层在海洋环境中的腐蚀研究则开展得很少[2]。由于海洋对于各种金属材料来说是一个十分严酷的腐蚀环境，海洋用材料的防腐问题已成为急需解决的技术难题[8]。因此，研究镀层在海水环境中的耐蚀特性与规律，为重大工程项目在海水环境中的合理设计、选材和可行性论证提供科学依据，具有十分重要的意义和实际应用价值。本文利用实海全浸腐蚀测试、电化学测试、抗拉强度测试和显微结构分析，就热镀锌、锌铝合金和Zn-55Al-Si等三种钢丝热镀层在我国舟山海域天然海水中的腐蚀电化学行为进行了研究。

试验材料及方法
试验所用的热镀锌、锌铝合金和Zn-55Al-Si等三种钢丝热浸镀层均取自工业生产线，表1列出了其主要指标。在舟山海水腐蚀试验站进行了为期2a的实海暴露试验：500mm长的镀层钢丝样品，经脱脂、清洗、干燥、称重后，两端切边用环氧树脂密封，水平地固定在聚氯乙烯板制作的框架上，彼此绝缘置于吊笼中，全浸于最低潮位时水面下1.5米处。经历不同周期的全浸腐蚀后将样品取出，清理、干燥后进行失重腐蚀测试和抗拉强度测试。采用KYKY-1000B型扫描电镜，对镀层钢丝全浸腐蚀18或24个月样品进行微观形貌分析，工作电压为20kV。
表1镀层钢丝样品
SpecimenDiameter
(mm)Coatingweight
(g/m2)Coatingthicknessanduniformity(m)GravimetricMetallographicGalvanizedcoating3.98396.655.640~60Zn-Alalloycoating4.00144.928.615~30Zn-55Al-Sicoating3.92123.833.012.5~35
以微机控制的EG&GM173恒电位/恒电流仪和M276电化学接口，在室温下镀层钢丝样品进行极化测量。实验采用三电极体系，镀层钢丝电极经聚四氟乙烯封装后，用丙酮和蒸馏水清洗，暴露面积约为1cm2，以饱和甘汞电极(SCE)作参比电极，铂电极作辅助电极。采用取自舟山的天然海水作试验介质，其pH值为8.1。进行弱极化曲线测量时，试样电极先在海水中稳定30min，测出稳定的自腐蚀电位Ecorr。以低于自腐蚀电位Ecorr50mV为起始电位，采用0.166mV/s的速度对试样电极进行阴极极化和阳极极化扫描。利用弱极化曲线拟合技术估算自腐蚀电流密度icorr，以icorr评定镀层的腐蚀速度。

实验结果与讨论
3.1热浸镀