長期以來，人門一直以電鍍鋅層為緊固件的主要的防護(hù)涂層，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)鋅層有一些不足之處，如：在含有SO2、H2S、海水介質(zhì)及海洋氣氛中，電鍍鋅層耐蝕性較差，鋅涂層的焊接性和可加工性差，而且容易產(chǎn)生氫脆，不適合結(jié)構(gòu)連接件的防護(hù)。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)以鋅合金涂層具有很好的腐蝕防護(hù)性能，如鋅鎳、鋅鐵、鋅鈷、鋅鋁等，其中，以Zn-Ni合金的性能最好。據(jù)報道，含鎳12%～14%的Zn-Ni合金鍍層其耐蝕性是相同厚度鋅鍍層的5～6倍。同時該合金涂層具有良好的可焊性和可加工性，幾乎沒有氫脆。因而被廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空、機(jī)電等領(lǐng)域緊固件的防護(hù)。

　　本文將對Zn-Ni合金防腐涂鍍層技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行簡述。

1、Zn-Ni合金涂層技術(shù)

　　Zn-Ni合金涂層技術(shù)是將Zn-Ni合金絲材或粉末加熱到溶融或半溶融狀態(tài)，用高速氣流將其霧化，加速撞擊到緊固件表面，形成與基體結(jié)合牢固的涂層。熱噴涂技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是對緊固件形狀要求低，且能在室外作業(yè)。缺點(diǎn)是涂層的孔隙率較高，尤其是貫通孔容易導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)與基體直接接觸而降低防腐蝕性能。

　　分別采用電弧噴涂和火焰噴涂工藝制備Zn-Ni合金涂層，并對涂層的結(jié)合強(qiáng)度和耐腐蝕性能進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1和表2。

表1　Zn-Ni合金結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

工藝方法	試驗(yàn)結(jié)合強(qiáng)度 /MPa			平均結(jié)合強(qiáng)度 /MPa
電弧噴涂	24.3	25.1	24.8	24.7
火焰噴涂	8.8	8.0	8.2	8.3

表2　Zn-Ni合金涂層中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

涂層成份	腐蝕速率(mm/a)	腐蝕形態(tài)
Zn-1%Ni合金	0.31	局部出現(xiàn)鼓泡
Zn-3%Ni合金	0.24	局部出現(xiàn)鼓泡
Zn-5%Ni合金	0.16	涂層完整
純Zn	0.38	腐蝕不均勻,涂層鼓泡

2、Zn-Ni合金電沉積技術(shù)

　　Zn-Ni合金電沉積是指在電流的作用下，電解液中的金屬離子還原，并沉積到緊固件表面有一定性能的金屬鍍層的過程。電沉積法的主要優(yōu)點(diǎn)是所制備的涂層密度高、孔隙率低，同時通過控制電沉積工藝參數(shù)，就能精確地控制涂層的厚度、成分、組織結(jié)構(gòu)，從而控制其使用性能。

　　Zn-Ni合金的研究主要集中在鍍液和添加劑的開發(fā)上，電鍍Zn-Ni合金的鍍液主要成分分為兩大類，即酸性和堿性鍍液。酸性鍍液主要有硫酸鹽和氯化物兩大體系，其中氯化物體系是由酸性氯化物鍍鋅液轉(zhuǎn)化而來。堿性鍍液主要有鋅酸鹽體系、焦磷酸鹽體系、氰化物體系等。其中鋅酸鹽體系是由堿性鋅酸鹽鍍鋅發(fā)展而來，研究最多。焦磷酸鹽體系由于溶解性不好，需在較高的溫度下工作，研究較少。氰化物體系對環(huán)境的污染較大，幾乎被禁止使用。

　　我國Zn-Ni合金電沉積技術(shù)主要是堿性工藝，在推廣應(yīng)用中最大問題是鍍液中鋅和鎳的含量波動較大，導(dǎo)致鍍層中鎳含量不穩(wěn)定，從而影響耐腐蝕性能。

3、Zn-Ni合金熱浸鍍技術(shù)

　　熱浸鍍技術(shù)是將一種金屬浸在溶融狀態(tài)的另一種低溶點(diǎn)金屬中，在其表面發(fā)生一系列的反應(yīng)，冷卻后在緊固件基體表面形成一層保護(hù)層的方法。傳統(tǒng)的熱鍍鋅防腐蝕涂層主要是熱鍍鋅Zn涂層，在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，適合熱鍍鋅的鋼材只能是Si含量較低的沸騰鋼，對于Si含量較高的鎮(zhèn)靜鋼，由于Si會顯著增加Fe與Zn的反應(yīng)活性，會導(dǎo)致鍍層灰暗、厚度增加、結(jié)合力差。

表3　戶外暴露環(huán)境試驗(yàn)腐蝕速率對比

時間	2年平均腐蝕速率(μm/a)		4年平均腐蝕速率(μm/a)
環(huán)境	鋅鍍層	Zn-Ni鍍層	鋅鍍層	Zn-Ni鍍層
工業(yè)大氣中	6.91	7.15	5.94	5.93
海洋大氣中	2.41	2.19	1.97	1.80

　　從表3可以看出，熱浸鍍Zn-Ni合金鍍層的耐腐蝕能力隨著腐蝕時間的延長而逐步顯現(xiàn)。

4、Zn-Ni合金滲層防腐技術(shù)

　　Zn-Ni合金滲層防腐技術(shù)是用加熱擴(kuò)散把鋅和鎳滲入基體表面，得到Zn-Ni合金層，其突出特點(diǎn)是表面防護(hù)層的形成主要依靠加熱擴(kuò)散的作用，因而不存在結(jié)合力不足的問題。將鋅粉和鎳粉及其它粉末按一定比例均勻混合，然后將緊固件和混合粉一起放入密閉容器中，對容器進(jìn)行加熱，鋅和鎳滲入緊固件表面，據(jù)檢測，滲層厚度可達(dá)30～100μm，硬度可達(dá)300HV0.3以上，中性鹽霧試驗(yàn)600h以上不出現(xiàn)紅銹，二氧化硫試驗(yàn)120h以上不出現(xiàn)紅銹。在國內(nèi)，目前還未見關(guān)于Zn-Ni合金滲層防腐技術(shù)的報道。

　　總之，各種制備Zn-Ni合金防腐涂層的技術(shù)正逐步形成，在越來越多領(lǐng)域取代電鍍鋅，使得鋼鐵緊固件的長效防腐蝕性能得到進(jìn)一步的提高。其未來無論是Zn-Ni合金涂層的防腐機(jī)理研究，還是工藝技術(shù)方面，都尚待深入探索。

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