專利名稱：包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種包覆防腐蝕層的鋼鐵件，具體地說是采用粘結(jié)劑或壓緊法將負(fù)電性的金屬膜緊密地包覆貼合于鋼鐵件的表面，使其成為一種耐腐蝕的鋼鐵件。該金屬膜在潮濕自然環(huán)境中的電極電位比鐵負(fù)，并且與被包覆的鋼鐵件是導(dǎo)通的，其間的電阻值不大于10Ω，因而對鋼鐵件起陰極保護(hù)和屏蔽作用，阻止鋼鐵件在各種潮濕自然環(huán)境中的腐蝕。
在現(xiàn)代社會中，鋼鐵的腐蝕是個(gè)嚴(yán)重問題，普通涂漆層只具備屏蔽功能，而且在大氣中會逐漸老化，因此不能長期有效地防止鋼鐵腐蝕的發(fā)生。在海水、淡水或土壤等潮濕自然環(huán)境中長期使用的大型鋼鐵件，目前世界各國通行的長效防腐蝕措施是陰極保護(hù)加上有機(jī)涂層屏蔽雙重保護(hù)法。實(shí)踐證明采取這一措施比單純依靠有機(jī)涂層屏蔽有效得多，但是這種方法也存在一些難以克服的缺點(diǎn)。對于鋼鐵而言，有效的陰極保護(hù)電位應(yīng)不高于-0.85V(Cu/CuSO4參比電極)，常規(guī)的陰極保護(hù)所采用的陽極面積比被保護(hù)的鋼鐵件(陰極)的面積小得多(屬小陽極大陰極體系)，其各部位的陰極保護(hù)電位和保護(hù)電流存在很大的差異，近陽極點(diǎn)處于過保護(hù)電位狀態(tài)，遠(yuǎn)離陽極點(diǎn)處保護(hù)電位不足，為了確保遠(yuǎn)離陽極的部位也得到有效保護(hù)，常施加過負(fù)的電位，用來克服介質(zhì)電阻所引起的電壓降，因此施加的負(fù)電位常達(dá)到-1.4V到-1.5V(Cu/CuSO4參比電極)。實(shí)際上電位降至-1.17V(Cu/CuSO4參比電極)時(shí)氫氣便開始析出，在土壤深處缺氧狀態(tài)或酸性土壤中氫的析出電位更正，因此常規(guī)的陰極保護(hù)，析氫幾乎是不可避免的，這就加劇了涂層從基材剝離的傾向(陰極剝離)，并由于析氫增加了潛在的氫脆和應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)性。此外對處于半干半濕狀態(tài)的土壤中之鋼鐵件，常由于導(dǎo)電介質(zhì)的不連續(xù)起不到陰極保護(hù)的效果，對于形狀復(fù)雜的構(gòu)件或由于屏蔽層的影響，經(jīng)常存在一些陰極保護(hù)電流達(dá)不到的死區(qū)，這些部位的腐蝕無法避免，此外來自地下或水下的外來雜散電流也常干擾和破壞常規(guī)陰極保護(hù)的效果。
鋼鐵件采用熱浸鍍鋁、熱浸鍍鋅或熱浸鍍鋁鋅合金保護(hù)，同樣具有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重功能，而且能夠完全避免上述陰極保護(hù)所存在的缺陷，它不存在過負(fù)的電位，不存在析氫帶來的問題，不存在陰極保護(hù)電流達(dá)不到的死區(qū)，也不受外來雜散電流的影響，因?yàn)殇撹F件被作為犧牲性陽極的鍍層整體嚴(yán)密包覆和封閉在里面，阻止和屏蔽了外來雜散電流的干擾，因此防護(hù)效果卓越。尤其是熱浸鍍鋁鋅合金，是迄今為止公認(rèn)的最佳的鋼鐵防腐蝕技術(shù)，熱浸鍍鋁(鋅)技術(shù)存在的主要問題是受鍍槽尺寸的限制難以鍍覆尺寸過大的鋼鐵件，此外熱浸鍍鋁時(shí)在鍍鋁層和鋼材界面上容易形成脆性的鋁鐵化合物影響鋼材的性能，這給鍍覆技術(shù)增加了難度。為了能適應(yīng)大型鋼鐵件的防護(hù)需要，采用熱噴鋅(或鋁)涂層，它也能起到陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的作用，但熱噴鋅(或鋁)存在孔隙，其防護(hù)效果比不上熱浸鍍鋅(或鋁)，而且成本也較高，因此目前應(yīng)用較多的是涂覆有機(jī)或無機(jī)的富鋅(或富鋁)涂層，這類涂層是采用有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑將鋅粉(或鋁粉)粘結(jié)在一起所形成的涂層，其陰極保護(hù)效果，除了依靠鋅和鋁的負(fù)電位外，在很大程度上還取決于涂層的導(dǎo)電性能，這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑基本上是不導(dǎo)電的，依靠鋅粉(或鋁粉)顆粒相互連結(jié)而導(dǎo)電，因此涂層中鋅粉(或鋁粉)的含量必須足夠多才行。參照美國標(biāo)準(zhǔn)由我國航空部制訂的WZL涂層質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HB5364-86規(guī)定了無機(jī)富鋁涂層與被涂覆基材表面間的電阻值不大于15Ω。由美國發(fā)明(專利號3248251)的這一類型的無機(jī)鋁涂層已在世界各國航空系統(tǒng)應(yīng)用了近四十年，實(shí)踐證明它對于鋼鐵的陰極保護(hù)和防腐蝕效果卓越，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層，其所以防腐蝕性能好，涂層電阻小是主要原因之一。現(xiàn)有的有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層，實(shí)際測試其涂層的電阻常大于105Ω(我國化工部制訂的富鋅底漆標(biāo)準(zhǔn)HG/T3668-2000對涂層的電阻無技術(shù)要求)，由于涂層電阻大，它對鋼材的陰極保護(hù)僅限于緊靠涂層破損處的鋅粉起作用，離涂層破損處稍遠(yuǎn)一些的鋅粉，由于電阻大起不到陰極保護(hù)作用，因此犧牲性陽極的面積較小，陽極電流密度相對較高，局部的陽極犧牲性損耗就較大，從而降低了防腐蝕的效果，由此可見富鋅或富鋁涂層導(dǎo)電性能的好壞，是影響陰極保護(hù)的重要因素。美國發(fā)明的無機(jī)鋁涂層，提高其導(dǎo)電性的方法是采用固化后再噴玻璃珠將鋁粉打扁連通或再加高溫(約550℃)使涂層中各組份相互反應(yīng)擴(kuò)散而導(dǎo)通，因而涂層的電阻很小，但這種工藝技術(shù)難度很大，涂層成本也很高，因而限制了它的使用范圍(僅限于航空系統(tǒng)使用)。
此外對于經(jīng)涂覆涂層后又需要進(jìn)行現(xiàn)場焊接的大型鋼鐵件，上述的各種涂層都很難快速、經(jīng)濟(jì)、有效地恢復(fù)焊接處的防護(hù)層，這也是需要解決的技術(shù)難題。
以上提到的是現(xiàn)有的起陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重功能的防護(hù)技術(shù)和相關(guān)涂層的現(xiàn)狀和存在的問題。
本發(fā)明的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的各種缺點(diǎn)和困難，創(chuàng)造一種有卓越的陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重功能的新技術(shù)，避免常規(guī)陰極保護(hù)由于小陽極大陰極所帶來的保護(hù)電位不均衡，存在保護(hù)不到的死區(qū)以及析氫所帶來的隱患等缺點(diǎn)，避免富鋅涂層由于電阻大，陰極保護(hù)功能不足的缺陷，避免現(xiàn)有無機(jī)富鋁涂層工藝技術(shù)難度大、成本高等缺點(diǎn)，解決大型鋼鐵件經(jīng)現(xiàn)場焊接后恢復(fù)防護(hù)的難題。創(chuàng)造一種高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、實(shí)用簡便的鋼鐵防腐蝕新技術(shù)，能夠達(dá)到像熱浸鍍鋁鋅合金那樣極卓越的防腐蝕性能，又能避免它存在的不能鍍覆大型鋼鐵件的缺點(diǎn)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)采用粘結(jié)劑或壓緊法將一層或多層在潮濕環(huán)境(或3％氯化鈉水溶液)中電極電位負(fù)于鐵的金屬膜(以下簡稱為負(fù)電性金屬膜)緊密地包覆貼合于鋼鐵件的表面，并使該負(fù)電性金屬膜與鋼鐵件充分接觸和導(dǎo)通，使兩者間的電阻不大于10Ω，最好是不大于1Ω，就能如同熱浸鍍鋁(或鋁鋅合金)一樣，對鋼鐵起有效的陰極保護(hù)和屏蔽作用。本發(fā)明的包覆工藝簡便，生產(chǎn)效率高、成本低，克服了熱浸鍍鋁鋅難以鍍大尺寸鋼件的缺點(diǎn)，不受尺寸限制，可以包覆任意大的鋼鐵件，而且對包覆后的鋼鐵件再經(jīng)焊接或切割后很容易恢復(fù)防護(hù)性能。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的采用在3％氯化鈉水溶液中電極電位負(fù)于鐵的金屬膜作為包覆鋼鐵件的保護(hù)膜，鐵在3％氯化鈉水溶液中的電極電位接近-0.5V，因此在同一條件下電極電位負(fù)于-0.5V的各種金屬或合金所制成的金屬膜均可選用，該負(fù)電性金屬膜選自鋁膜、鋁合金膜、鋁鋅合金膜、鋁鋅硅合金膜、鋁鎂合金膜、鋁鋅汞合金膜、鋁鋅銦合金膜、鋁鋅錫合金膜、鋁鋅鎘合金膜、鋁鋅鎂合金膜、鋁銦硅合金膜、鋁鋅銦鎘合金膜、鋁鋅銦錫合金膜、鋁鋅銦錫鎂合金膜、鋁鋅銦硅合金膜、鋅膜、鋅合金膜、鋅鋁合金膜、鋅鋁鎘合金膜、鎂膜、鎂合金膜、鎂錳合金膜、鎂鋁鋅錳合金膜、加有稀土金屬或其他元素的上述各種金屬膜、滲鋅的鋁膜、包覆鋅的鋁膜、上述各種不同膜的多層復(fù)合膜、外表面經(jīng)過消光處理的上述各種金屬膜、其他電極電位負(fù)于鐵的金屬膜和經(jīng)過各種不同的表面處理或不同熱處理狀態(tài)的上述各種金屬膜、其中至少一種。膜的厚度按實(shí)際需要而定，但最好不小于1μm，否則不易滿足防腐蝕的需要，如果有特殊需要當(dāng)然也可以小于1μm，但在一般情況下采用20-80μm厚的膜較為合適，可以增加包覆負(fù)電性金屬膜的層數(shù)，其總層數(shù)和包覆層的總厚度沒有上限，按照實(shí)際需要而定，但各層金屬膜與被包覆的鋼鐵件是導(dǎo)通的，其間的電阻值都應(yīng)不大于10Ω。采用各種合成樹脂或天然樹脂為原料，將這類用熱塑性樹脂或熱固性樹脂制造的熱塑性粘結(jié)劑或熱固性粘結(jié)劑涂覆在上述的電極電位負(fù)于鐵的金屬膜的內(nèi)表面或涂覆在鋼鐵件的表面，或涂覆在上述兩者的表面，然后加壓或加壓又加熱使負(fù)電性金屬膜和鋼鐵件緊緊壓合。除了采用上述的熱塑性樹脂和熱固性樹脂作粘結(jié)劑外，還可采用加有各種添加劑改性的熱塑性或熱固性樹脂、幾種樹脂的合成物、熱熔膠、無機(jī)粘結(jié)劑、改性無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)物改性的無機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)物改性的有機(jī)粘結(jié)劑、介于有機(jī)物和無機(jī)物之間的粘結(jié)劑，例如硅酸乙酯屬有機(jī)物，但是它水解后變成無機(jī)聚合物。粘結(jié)劑中可以添加緩蝕劑，用采提高防腐蝕性能。粘結(jié)時(shí)施加的壓力要足以使金屬膜和鋼鐵件導(dǎo)通，使兩者之間的電阻不大于10Ω，最好是不大于1Ω，電阻愈小愈好。上述各種由有機(jī)物或無機(jī)物組成的粘結(jié)劑，多數(shù)電阻都較大，因此用它們將負(fù)電性金屬膜粘貼于鋼鐵件表面后，其間的電阻也較大，但是負(fù)電性金屬膜(譬如鋁箔)自身是優(yōu)良導(dǎo)體，整張膜整體是導(dǎo)通的，這和富鋅涂層有本質(zhì)的差別，只要負(fù)電性金屬膜是連續(xù)的，隨著包覆面積的增大，負(fù)電性金屬膜和被包覆的鋼鐵件之間的電阻值會逐漸減小，例如1平方厘米的連續(xù)金屬膜粘附于相同面積的鋼鐵件表而，其間的電阻值約為105-106Ω，用同樣的粘結(jié)劑將同樣的金屬膜粘附于鋼鐵件表面，當(dāng)金屬膜的連續(xù)面積擴(kuò)大至10平方米，其間的電阻值就能降至10Ω以下，這和航空部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無機(jī)鋁涂層的電阻技術(shù)指標(biāo)(15Ω)處于同一數(shù)量級，而且整個(gè)金屬膜和鋼鐵件各部位之間的電阻值都相等。這一點(diǎn)對現(xiàn)有的富鋅涂層來說是無法辦到的，因?yàn)楦讳\涂層與鋼鐵件之間的導(dǎo)通是鋅粉與鋼鐵件表面的局部導(dǎo)通，而本發(fā)明則是整體導(dǎo)通，因此只要連續(xù)的負(fù)電性金屬膜包覆面積足夠大的大型鋼鐵構(gòu)件，該金屬膜和被保護(hù)的鋼鐵件之間的電阻值能夠降得很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般富鋅涂層的電阻，也可以低于無機(jī)富鋁涂層的電阻值(15Ω)，甚至可以達(dá)到和熱浸鍍鋁鋅一樣小的電阻，因此除了由于受粘結(jié)劑耐熱性的限制，其耐熱性比不上熱浸鍍鋁鋅外，其它的防護(hù)性能完全不低于熱浸鍍鋁鋅。為了降低負(fù)電性金屬膜和被包覆的鋼鐵件之間的電阻值還可采用機(jī)械緊固辦法或者聯(lián)結(jié)或焊接導(dǎo)電接觸點(diǎn)使負(fù)電性金屬膜和被包覆的鋼鐵件導(dǎo)通，使其間的電阻值不大于1Ω或更小，采用這種辦法導(dǎo)電時(shí)應(yīng)將所有與負(fù)電性金屬膜接觸或暴露的緊固件、緊固用的墊片、聯(lián)接件或?qū)щ娊佑|點(diǎn)，都采用在3％氯化鈉的水溶液中電極電位負(fù)于鐵的金屬材料制作，或采用鍍鋅、鍍鎘、鍍鋁、或鍍鋁鋅合金的鋼材或絕緣材料制作，所有在3％氯化鈉的水溶液中電極電位比鐵正的用于導(dǎo)電連通的焊料或金屬件都用絕緣物嚴(yán)密封閉。
合適的無機(jī)粘結(jié)劑也可采用，使得包覆負(fù)電性金屬膜的鋼鐵件能夠經(jīng)受更高的使用溫度。可以采用本征型導(dǎo)電粘結(jié)劑或其他類型的導(dǎo)電粘結(jié)劑粘貼上述的負(fù)電性金屬膜和鋼鐵件。當(dāng)采用摻合型導(dǎo)電粘結(jié)劑時(shí)，其摻合的導(dǎo)電顆粒的電極電位必須負(fù)于鐵，例如采用加有鋅粉(或鋅合金粉)的粘結(jié)劑、加有鋁粉(或鋁合金粉)的粘結(jié)劑、加有鎂粉(或鎂合金粉)的粘結(jié)劑、加有其他電極電位負(fù)于鐵的金屬粉末或?qū)щ姺勰┑恼辰Y(jié)劑。在粘結(jié)劑中添加足夠量的鋅粉或鋁粉或鎂粉后，就相當(dāng)于在金屬膜和鋼鐵件之間增加了一層富鋅或富鋁或富鎂涂層，所不同的是這些富鋅或富鋁或富鎂涂層借助了金屬膜的導(dǎo)電性而產(chǎn)生整體導(dǎo)通的效果，因而其陰極保護(hù)功能有所提高。同樣道理也可以在負(fù)電性金屬膜的外表再涂覆一層有機(jī)或無機(jī)富鋅或富鋁涂層，以提高整體的防護(hù)性能。粘貼負(fù)電生金屬膜前應(yīng)盡量除去鋼鐵件表面的氧化膜、銹蝕或其他絕緣物以及油漬、漆膜或污垢。對于大型鋼鐵件，表面保留一層堅(jiān)固的氧化膜并不影響產(chǎn)品質(zhì)量，只要包覆后金屬膜與鋼鐵件之間的電阻值足夠小就行。但對于松動的氧化膜必須除去，否則會影響鋼鐵件與金屬膜之間的附著力。金屬膜應(yīng)盡量采用延展性好的材料，例如經(jīng)過退火處理的材料。最好采用不含溶劑的粘結(jié)劑，但也可以采用含溶劑的粘結(jié)劑，將這種粘結(jié)劑涂覆于金屬膜和鋼鐵件表面后，必須待溶劑揮發(fā)完后才能粘合。粘合時(shí)施加壓力的大小視金屬膜與鋼鐵件之間的電阻值而定，對于尺寸大的鋼鐵件，施加同樣的壓力其電阻值會小些?？刹捎妙A(yù)加熱然后再貼合的辦法，也可以采用貼合后再加熱，或者加熱同時(shí)加壓貼合，根據(jù)不同情況選擇加熱和加壓貼合的方式使金屬膜和鋼鐵件粘合，加熱的溫度和時(shí)間視不同粘合劑的特性和加熱的方法而定，常溫固化的粘結(jié)劑只加壓不加熱。可以采用各種加熱的方法，例如電阻加熱、遠(yuǎn)紅外加熱、熱風(fēng)加熱、激光加熱、高頻加熱、中頻加熱或低頻感應(yīng)加熱、接觸式加熱等等。對于需要焊接的鋼鐵件應(yīng)預(yù)留出與焊接部位(包括焊接熱影響區(qū))同樣長度的負(fù)電性金屬膜事先不粘合，待焊接完成后再進(jìn)行粘合，這些部位的負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面，有一層事先涂覆并已除去溶劑的粘結(jié)劑或事先不涂粘結(jié)劑，在焊接完畢粘合前，再涂粘結(jié)劑進(jìn)行粘合，粘合后該部位的負(fù)電性金屬膜與鋼鐵件之間的電阻值應(yīng)不大于10Ω。對于需要焊接的鋼鐵件也可以采取在鋼鐵件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)用在3％氯化鈉的水溶液中電極電位負(fù)于鐵的負(fù)電性金屬材料或鍍鋅(或鍍鎘或鍍鋁或鍍鋁鋅合金)的鋼制作的形狀與被包覆的鋼鐵件相吻合的夾套包覆壓緊和嚴(yán)密貼合這些部位，使夾套直接與鋼鐵件接觸而導(dǎo)通或通過夾于其間的負(fù)電性金屬膜而與鋼鐵件導(dǎo)通，并使夾套與鋼鐵件之間的電阻不大于10Ω，從而使鋼鐵件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)(見圖13)，鋼鐵件的其余部位，采用包覆負(fù)電性金屬膜或其他保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)。夾套所用的負(fù)電性金屬材料選自鋁、鋁合金、鋁鋅合金、鋁鋅硅合金、鋁鎂合金、鋁鋅汞合金、鋁鋅銦合金、鋁鋅錫合金、鋁鋅鎘合金、鋁鋅鎂合金、鋁銦硅合金、鋁鋅銦鎘合金、鋁鋅銦錫合金、鋁鋅銦錫鎂合金、鋁鋅銦硅合金、鋅、鋅合金、鋅鋁合金、鋅鋁鎘合金、鎂合金、鎂錳合金、鎂鋁鋅錳合金、加有稀土金屬或其他元素的上述各種金屬或合金，其中至少一種。
為了延長防護(hù)壽命或者為了防止機(jī)械損傷金屬膜，可以在負(fù)電性金屬的外表面再增加一層或多層有機(jī)或無機(jī)的保護(hù)層，包括包覆層、增強(qiáng)層或涂層?？梢允孪戎谱鬟@樣的保護(hù)層，也可以在負(fù)電性金屬膜貼合到鋼鐵件表面后再包覆或涂覆這樣的保護(hù)層。為了方便起見，可事先在負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面涂覆一層前面提到的各種粘結(jié)劑，同時(shí)制作上述的外表面保護(hù)層(或外表面不加保護(hù)層)將這樣制成的膜卷成卷用作包覆鋼鐵件的原材料備用或銷售，每10平方米連續(xù)金屬膜粘附于鋼鐵件的相同連續(xù)面積后其間的電阻值不大于10Ω，面積越大電阻越小，因此金屬膜的單面總面積應(yīng)不小于10平方米，更好的是不小于50平方米，最好是不小于100-200平方米，從而保證良好的導(dǎo)電性和陰極保護(hù)效果。
除了上述用粘結(jié)劑將負(fù)電性金屬膜包覆粘貼于鋼鐵件表面進(jìn)行保護(hù)外也可以采用壓緊法將一層或多層負(fù)電性金屬膜緊密地包覆貼合于鋼鐵件的表面使其成為一種耐腐蝕的鋼鐵件，該負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面涂有粘結(jié)劑或不涂粘結(jié)劑或局部涂有粘結(jié)劑，依靠外加在負(fù)電性金屬膜外表的由非金屬材料制造的緊固套或膨脹內(nèi)套或熱收縮套或纏繞保護(hù)帶或其他壓緊方法，使負(fù)電性金屬膜與鋼鐵件緊密壓合，并使兩者間的電阻值不大于10Ω，從而使鋼鐵件獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
按照上述各種方法包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，通過導(dǎo)電聯(lián)接，保持負(fù)電性金屬膜和鋼鐵件間電阻不大于1Ω，然后做加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，在鹽霧箱中或浸鹽水的條件下2000小時(shí)以上不出現(xiàn)鐵銹。
下面討論一下本發(fā)明的優(yōu)越性和效果本發(fā)明和熱浸鍍鋁相比的優(yōu)越性已經(jīng)在前面論述過了，下面著重與目前常用的有機(jī)涂層(各種漆)、熱噴鋅(或鋁)、有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層以及常規(guī)的陰極保護(hù)作一些分析比較。
由于以鋁為主體的合金膜或其他負(fù)電性金屬膜是無孔隙的連續(xù)膜，其屏蔽性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過常規(guī)的涂層，現(xiàn)有的各種有機(jī)或無機(jī)涂層都有孔隙，熱噴鋅(或鋁)以及富鋅涂層也同樣存在孔隙，因此厚度較薄的負(fù)電性金屬膜其屏蔽性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過厚度比它厚的常規(guī)涂層。
由于以鋁為主體的金屬膜能有效地反射紫外線或其他輻射線，能極有效地隔離氧氣，因而它也極有效地保護(hù)了金屬膜下面的粘結(jié)層，因此保護(hù)膜的抗老化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過各種有機(jī)涂層。
由于以鋁為主體的金屬膜是優(yōu)良的導(dǎo)體，電阻極小，又是負(fù)電性金屬，因此它的陰極保護(hù)功能勝過各種富鋅、富鋁涂層，當(dāng)保護(hù)膜遭到損傷時(shí)，損傷處暴露出來的鋼材基體的局部表面是小陰極，在連續(xù)水膜覆蓋下的整個(gè)負(fù)電性金屬膜是大陽極，它能極有效地保護(hù)暴露出來的鋼基材表面，使它不出現(xiàn)鐵銹，由于是大陽極小陰極，陽極的電流密度極小，在金屬膜表面只有不明顯的輕微和均勻的犧牲性腐蝕產(chǎn)物，從而保護(hù)膜的防護(hù)壽命很長，而陰極由于面積小，陰極電流密度大，使陰極充分極化，鋼的自然腐蝕也就停止，而一般富鋅涂層由于電阻大，當(dāng)涂層刻破時(shí)只有靠近破損部位的富鋅層才具有犧牲陽極的作用，較遠(yuǎn)的涂層由于電阻大的緣故不能對破損部位提供陰極保護(hù)，相比之下，陽極面積比上述負(fù)電性金屬膜小得多，陽極的腐蝕電流密度相對較高，因此保護(hù)層的保護(hù)壽命也較短。
采用上述方法制作的包覆負(fù)電性金屬膜的鋼試片，通過導(dǎo)電聯(lián)接點(diǎn)保持金屬膜與鋼基材間的電阻值不大于1Ω，并在試片的中心部位按直徑10mm剝?nèi)グ矊?，在鹽霧或浸鹽水的條件下一個(gè)星期以上不出現(xiàn)鐵銹。在未除去氧化膜的鋼軌切片表面按同樣方法包覆負(fù)電性金屬膜，照同樣方法按直徑5mm剝?nèi)デ衅行牟课坏陌矊?，然后進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)或浸鹽水試驗(yàn)一個(gè)星期以上不出現(xiàn)鐵銹。
與熱噴鋁相比，除了前面已提到本發(fā)明的屏蔽功能優(yōu)于熱噴鋁外，本發(fā)明的陰極保護(hù)功能也優(yōu)于熱噴鋁，這是因?yàn)闊釃婁X噴涂過程是由熔融的金屬液滴凝聚而成，在凝聚過程中雖也有冶金結(jié)合但也存在機(jī)械咬合，涂層顆粒之間有孔隙，并且電阻較大，在噴涂過程中顆粒表面容易出現(xiàn)氧化或鈍化現(xiàn)象，因此在某些環(huán)境中其電極電位會高于鐵，從而失去陰極保護(hù)功能。對于負(fù)電性金屬膜以鋁合金膜為例，由于表面的氧化膜非常微薄致密，它能有效地保護(hù)其下面的鋁不再氧化，這一極微薄的氧化膜電阻極小，此外由于是大陽極小陰極保護(hù)體系，陽極電流密度極小，不會由于陽極極化而提高電極電位，因此不會喪失陰極保護(hù)功能。
本發(fā)明和常規(guī)的陰極保護(hù)相比，由于本發(fā)明所采用的負(fù)電性金屬膜將整個(gè)需保護(hù)的鋼鐵件完整嚴(yán)密地包覆在里面，兩者的面積相等，整體得到均勻保護(hù)，它的陰極保護(hù)電位是均勻恒定的，按電化學(xué)過程來看，只有膜層破損處暴露出來的局部鋼表面才是陰極，而整個(gè)連續(xù)水膜覆蓋下的負(fù)電性金屬膜則是陽極，所以是大陽極小陰極體系，陰極電流密度大，陰極極化充分，陰極保護(hù)效果極好，和常規(guī)的陰極保護(hù)大陰極小陽極體系相反。因此本發(fā)明能完全避免常規(guī)陰極保護(hù)所存在的陰極保護(hù)電位和陰極保護(hù)電流不均勻，局部過保護(hù)引起析氫，局部保護(hù)電流不足，存在保護(hù)死區(qū)以及地下、水下的外來雜散電流的影響等缺陷。
本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，只要選用合適組份的負(fù)電性金屬膜、粘結(jié)劑和粘結(jié)技術(shù)，本發(fā)明的防護(hù)性能非?？煽?。目前以鋁合金為主體的薄膜生產(chǎn)技術(shù)很成熟，改變鋁合金薄膜組份，制取更好的負(fù)電性金屬膜是比較容易實(shí)現(xiàn)的，從技術(shù)難度來講研究新的合金薄膜比改變熱浸鍍鋁鋅的組份要容易，因?yàn)楹笳哂绊懸蛩剌^多，在熱浸鍍過程中，鋁等液態(tài)金屬和鋼鐵存在復(fù)雜的反應(yīng)過程，容易影響鋼材的性能，而前者則單純得多，不會影響鋼材的物理性能。從粘結(jié)劑來看，不斷涌現(xiàn)優(yōu)質(zhì)新品種，采用高性能的粘合劑能夠提高本發(fā)明的性能和應(yīng)用范圍，因此本發(fā)明有廣闊的發(fā)展前景。
此外對于涂覆涂層后又需要現(xiàn)場焊接或切割的鋼鐵件其他方法很難恢復(fù)保護(hù)膜破損部位的防護(hù)性能，而采用本發(fā)明則能夠非常簡便有效地恢復(fù)其防護(hù)性能。
以鋁為主體的箔膜價(jià)格便宜，生產(chǎn)效率高，可以將負(fù)電性金屬膜事先在工廠內(nèi)的流水作業(yè)線上，一次完成內(nèi)表面涂粘結(jié)劑和外表面包覆起保護(hù)作用和裝飾作用的保護(hù)層，也可以在工廠作業(yè)線上完成包覆鋼鐵件的操作，和一般涂覆涂層需要多次涂覆，需幾天時(shí)間才能完成涂裝相比，生產(chǎn)效率高得多。由于是工廠內(nèi)作業(yè)，不受氣候和人為因素影響，產(chǎn)品質(zhì)量也容易保證。采用本發(fā)明來保護(hù)大型鋼鐵件比其他方法更經(jīng)濟(jì)、實(shí)用有效。本發(fā)明特別適用于包覆大型鋼鐵件長效防腐蝕和大批量生產(chǎn)，例如大型貯油罐的長效防腐蝕和防靜電以及防腐蝕鋼軌的大批量生產(chǎn)，普通涂漆要散發(fā)出大量有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，損害工人健康。按本發(fā)明采用無溶劑粘結(jié)劑粘貼負(fù)電性金屬膜和鋼鐵件，可以完全消除這一弊端。
下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施狀況，它們僅僅是實(shí)施本發(fā)明一些舉例，并不包括本發(fā)明的全部內(nèi)容。
實(shí)施例一采用熱塑性樹脂聚苯硫醚將厚度30μm的退火狀態(tài)的鋁合金膜粘貼于保留堅(jiān)固氧化膜的鋼軌表面，在280℃溫度下保溫1-2分鐘，并施加壓力使粘貼牢固，鋁合金膜與鋼軌間的電阻值小于10Ω，見圖1。
實(shí)施例二按實(shí)施例一同樣的方法包覆鋼鐵件后，用鋁制的螺栓和墊片壓緊鋁合金膜，從而減小鋁合金膜與鋼鐵件間的電阻，見圖2。
實(shí)施例三粘結(jié)劑配方
固體環(huán)氧樹脂粉末(環(huán)氧當(dāng)量850)64％線性環(huán)氧樹脂溶液(25％) 30％流平劑 3％加速雙氰胺 3％在35μm厚的鋁合金膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑，在60-80℃溫度下烘干除去溶劑后備用，見圖11。
將上述涂有粘結(jié)劑的鋁合金膜包覆鋼板兩面，在180-200℃的溫度下加壓3-5分鐘，然后自然冷卻，鋁合金膜和鋼板間的電阻小于10Ω，見圖3。
實(shí)施例四粘結(jié)劑配方主劑 固化劑E44環(huán)氧樹脂 聚酰胺(胺值200)使用前將上述主劑和固化劑按5/4的重量比混合均勻，在40μm厚的鋁合金膜表面和槽鋼的表面分別涂覆一薄層粘結(jié)劑，并在室溫下靜置10-30分鐘，然后將鋁合金膜與槽鋼壓合，在室溫下放置24小時(shí)使完全固化，見圖8。
實(shí)施例五在35μm厚的鋁合金膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑后，并干燥除去溶劑，用作專門為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜備用，或作為產(chǎn)品銷售，見圖11。
實(shí)施例六在35μm厚的鋁合金膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑后，又在另一面涂覆一層保護(hù)涂層并干燥除去溶劑，用作專門為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜備用，或作為產(chǎn)品銷售，見圖12。
實(shí)施例七用壓緊法包覆鋼管，在負(fù)電性金屬膜內(nèi)表面涂少量粘結(jié)劑使其與鋼管外表面貼合，然后外面套上聚烯烴熱收縮套，通過加熱使熱收縮套收縮并將負(fù)電性金屬膜緊緊貼合于鋼管外表面(見圖7)。


圖1按本發(fā)明包覆的鋼軌示意2增加緊固件減小電阻示意3按本發(fā)明包覆的鋼板示意4圖3的A-A部位放大示意5本發(fā)明的鋼板外增加一層保護(hù)涂層的示意6圖5的B-B部位放大示意7按本發(fā)明包覆的鋼管示意8按本發(fā)明包覆的槽鋼示意9按本發(fā)明包覆的角鋼示意10 按本發(fā)明包覆的工字鋼示意11 專門用作為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜示意12 圖11所示的金屬膜的外表面，又增加有機(jī)或無機(jī)保護(hù)層的金屬膜示意13 鋼軌焊接處和焊接熱影響區(qū)用負(fù)電性材料制的夾套壓緊法獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的示意圖1. 鋼鐵件基體2. 負(fù)電性金屬膜3. 粘結(jié)劑4. 增加的保護(hù)涂層5. 熱收縮套6. 鋁合金螺栓或鍍鋅鋼螺栓7. 鋁合金制墊片或鍍鋅鋼墊片8. 鋁合金制螺帽或鍍鋅鋼螺帽9. 鋁合金的夾套或鍍鋅或鍍鋁的鋼制夾套10. 鋼軌焊接熱影響區(qū)基材剖面
權(quán)利要求
1.一種包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征在于采用粘結(jié)劑或壓緊法將一層或多層負(fù)電性金屬膜緊密地包覆貼合于鋼鐵件的表面使其成為一種耐腐蝕的鋼鐵件，在3％氯化鈉的水溶液中該金屬膜的電極電位比鐵負(fù)，并且該金屬膜與被包覆的鋼鐵件是導(dǎo)通的，其間的電阻值不大于10Ω，因而對鋼鐵起陰極保護(hù)和屏蔽作用，防止鋼鐵腐蝕。
2.一種專門用作為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的負(fù)電性金屬膜，其特征在于在3％氯化鈉水溶液中該金屬膜的電極電位負(fù)于鐵，并且該金屬膜的內(nèi)表面涂覆有一層的粘結(jié)劑，金屬膜單面的總面積不小于50平方米，該金屬膜與鋼鐵件粘合后相互是導(dǎo)通的，每10平方米連續(xù)金屬膜粘附于鋼鐵件的相同連續(xù)面積后其間的電阻值不大于10Ω，因而該負(fù)電性金屬膜能夠給所包覆的鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
3.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的負(fù)電性金屬膜選自鋁膜、鋁合金膜、鋁鋅合金膜、鋁鋅硅合金膜、鋁鎂合金膜、鋁鋅汞合金膜、鋁鋅銦合金膜、鋁鋅錫合金膜、鋁鋅鎘合金膜、鋁鋅鎂合金膜、鋁銦硅合金膜、鋁鋅銦鎘合金膜、鋁鋅銦錫合金膜、鋁鋅銦錫鎂合金膜、鋁鋅銦硅合金膜、鋅膜、鋅合金膜、鋅鋁合金膜、鋅鋁鎘合金膜、鎂膜、鎂合金膜、鎂錳合金膜、鎂鋁鋅錳合金膜、加有稀土金屬或其他元素的上述各種金屬膜、滲鋅的鋁膜、包覆鋅的鋁膜、上述各種不同膜的多層復(fù)合膜、外表面經(jīng)過消光處理的上述各種金屬膜、其他電極電位負(fù)于鐵的金屬膜和經(jīng)過各種不同的表面處理或不同熱處理狀態(tài)的上述各種金屬膜，其中至少一種，每層金屬膜的厚度不小于1μm，單層或多層金屬膜的總厚度按實(shí)際需要而定。
4.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的粘結(jié)劑選自熱塑性樹脂、熱固性樹脂、天然樹脂、合成樹脂、加有各種添加劑改性的熱塑性或熱固性樹脂、幾種樹脂的合成物、無機(jī)粘結(jié)劑、改性的無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)物改性的無機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)物改性的有機(jī)粘結(jié)劑、介于有機(jī)物和無機(jī)物之間的粘結(jié)劑、導(dǎo)電粘結(jié)劑、熱熔膠、加有鋅粉或鋅合金粉的粘結(jié)劑、加有鋁粉或鋁合金粉的粘結(jié)劑、加有鎂粉或鎂合金粉的粘結(jié)劑、加有其他電極電位負(fù)于鐵的金屬粉末或?qū)щ姺勰┑恼辰Y(jié)劑和加有緩蝕劑的粘結(jié)劑，其中至少一種，上述粘結(jié)劑是不含溶劑的粘結(jié)劑或含溶劑的粘結(jié)劑涂覆后待溶劑揮發(fā)完再粘合。
5.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的負(fù)電性金屬膜其外表面有一層或多層有機(jī)或無機(jī)的保護(hù)層，包括包覆層、增強(qiáng)層或涂層。
6.按權(quán)利要求1所述的包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征在于采用壓緊法將一層或多層負(fù)電性金屬膜緊密地包覆貼合于鋼鐵件的表面使其成為一種耐腐蝕的鋼鐵件，該負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面涂有粘結(jié)劑或不涂粘結(jié)劑或局部涂有粘結(jié)劑，依靠外加在負(fù)電性金屬膜外表的由非金屬材料制造的緊固套或膨脹內(nèi)套或熱收縮套或纏繞保護(hù)帶或其他壓緊方法使負(fù)電性金屬膜與鋼鐵件緊密壓合，并使兩者間的電阻值不大于10Ω，從而使鋼鐵件獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
7.按權(quán)利要求1所述的包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征在于采用機(jī)械緊固、聯(lián)結(jié)或焊接導(dǎo)電接觸點(diǎn)使負(fù)電性金屬膜和被包覆的鋼鐵件導(dǎo)通，使其間的電阻值不大于1Ω，所有與負(fù)電性金屬膜接觸或暴露的緊固件、緊固用的墊片、聯(lián)結(jié)件或?qū)щ娊佑|點(diǎn)，均采用在3％氯化鈉的水溶液中電極電位負(fù)于鐵的金屬材料制作，或采用鍍鋅、鍍鎘、鍍鋁或鍍鋁鋅合金的鋼材或絕緣材料制作，所有在3％氯化鈉的水溶液中電極電位比鐵正的用于導(dǎo)電連通的焊料或金屬件都用絕緣物嚴(yán)密封閉。
8.按權(quán)利要求1所述的包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征是對需要焊接的鋼鐵件預(yù)留出與焊接部位(包括焊接熱影響區(qū))同樣長度的負(fù)電性金屬膜事先不粘合，待焊接完成后再進(jìn)行粘合，這些部位的負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面，有一層事先涂覆并已除去溶劑的粘結(jié)劑或事先不涂粘結(jié)劑，在焊接完畢粘合前再涂粘結(jié)劑進(jìn)行粘合，粘合后該部位的負(fù)電性金屬膜與鋼鐵件之間的電阻值不大于10Ω。
9.一種包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征是在鋼鐵件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)，采用在3％氯化鈉的水溶液中電極電位負(fù)于鐵的負(fù)電性金屬材料或鍍鋅或鍍鎘或鍍鋁或鍍鋁鋅合金的鋼制作的形狀與被包覆的鋼鐵件相吻合的夾套包覆壓緊和嚴(yán)密貼合這些部位，使夾套直接與鋼鐵件接觸而導(dǎo)通，或通過夾于其間的負(fù)電性金屬膜而與鋼鐵件導(dǎo)通，并使夾套與鋼鐵件之間的電阻不大于10Ω，從而使鋼鐵件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)，鋼鐵件的其余部位，采用包覆負(fù)電性金屬膜或其他保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)。
10.按權(quán)利要求9所述的包覆負(fù)電性金屬的鋼鐵件，其特征在于制作夾套所用的負(fù)電性金屬材料選自鋁、鋁合金、鋁鋅合金、鋁鋅硅合金、鋁鎂合金、鋁鋅汞合金、鋁鋅銦合金、鋁鋅錫合金、鋁鋅鎘合金、鋁鋅鎂合金、鋁銦硅合金、鋁鋅銦鎘合金、鋁鋅銦錫合金、鋁鋅銦錫鎂合金、鋁鋅銦硅合金、鋅、鋅合金、鋅鋁合金、鋅鋁鎘合金、鎂、鎂合金、鎂錳合金、鎂鋁鋅錳合金、加有稀土金屬或其他元素的上述各種金屬或合金，其中至少一種。
全文摘要
一種包覆防腐蝕層的鋼鐵件，其表面有一層或多層負(fù)電性金屬保護(hù)層具有卓越的陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)功能，能夠在潮濕自然環(huán)境中長期保護(hù)鋼鐵不銹，適用于大型鋼鐵件長效防護(hù)和大批量生產(chǎn)，例如大型貯油罐的長效防腐蝕和防靜電、防腐蝕鋼軌的大批量生產(chǎn)等。本發(fā)明也適用于經(jīng)涂裝后又需要焊接的鋼鐵件，經(jīng)焊接后，焊縫部位的防護(hù)層容易恢復(fù)。本發(fā)明有廣泛的適用性。
文檔編號C23F13/06GK1468708SQ0313793
公開日2004年1月21日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者趙全璽 申請人:趙全璽