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达克罗和渗锌在桥梁支座锚固螺栓上的应用,介绍了一种新的螺栓防腐处理方法,中网信息,ChinaNews360.com
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达克罗和渗锌在桥梁支座锚固螺栓上的应用,介绍了一种新的螺栓防腐处理方法
2020年03月08日    阅读量:29306    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

桥梁支座锚固螺栓的用途是将支座连接和固定在桥梁和桥墩上,主要承受水平剪切力,一般采用10. 9 或12. 9 级外六角高强度螺栓。桥梁支座锚固螺栓大部分是在桥梁施工现场进行安装,安装条件差,磕碰多,达克罗和热镀锌涂层硬度低,不耐磨。


安装和运输过程中易损坏涂层,导致损坏的螺栓安装后不到一年就严重生锈,支座生产厂家为此不得不花费大量的人力物力对生锈的螺栓进行防腐处理涂料在线coatingol.com。为解决这一问题,本研究针对达克罗和渗锌层的特点,探讨一种新的螺栓防腐方法在桥梁支座上应用的可行性。


1 达克罗

达克罗是DACROMET 译音和缩写,简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层,是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型防腐涂料,浸涂、刷涂或喷涂于钢铁工件表面,经320 ℃左右高温烘烤烧结,形成裹覆在表面的涂层,厚度一般为6 ~ 15 μm。

1. 1 达克罗的防腐机理

达克罗膜层对于钢铁基体的保护作用可归纳为以下几点:

( 1) 壁垒效应: 由于片状锌、铝层状重叠,阻碍了水、氧等腐蚀介质到达基体的进程,能起一种隔离的屏蔽作用。

( 2) 钝化作用: 在达克罗的处理过程中,铬酸与锌、铝粉和基体金属发生化学反应,生成致密的钝化膜,这种钝化膜具有很好的耐腐蚀性能。

( 3) 阴极保护作用: 锌铝铬涂层最主要的保护作用与镀锌层一样,是对基体进行阴极保护。

1. 2 达克罗的生产流程

达克罗的生产流程主要为: 除油→机械抛丸→浸涂达克罗液→甩干→预热→高温烘烤→冷却→二次浸涂→甩干→预热→烘烤→冷却。

1. 3 达克罗层元素分析

对达克罗层进行了元素分析,元素分析结果如图1 和表1所示。

达克罗涂层元素分析

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达克罗涂层元素分析

从图1 可知,达克罗涂层中主要包含锌、铝、氧、铬等元素。


2 渗锌

将渗锌剂与钢铁制件共置于渗炉中,加热到400 ℃左右,活性锌原子则由钢铁制件的表面向内部渗透,同时铁原子则由内向外扩散,在制件表层形成了一个均匀的锌- 铁合金层即渗锌层,厚度一般为30 ~ 80 μm。

2. 1 渗锌的生产流程

渗锌的生产流程为: 除油→机械抛丸→装罐→加温→渗锌→冷却→出罐→分离→检验。

2. 2 渗锌层的元素分析

分别在渗锌层的表面、中间位置、靠近基体处进行渗锌层元素分析,结果见表2。

渗锌层元素分析

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从表2 可知,渗锌层只含有铁和锌元素,从表至内,锌元素逐步减少,铁元素逐步增加。

2. 3 渗锌层和达克罗层的显微结构和硬度

与达克罗相比,渗锌层膜层更致密、更硬、更厚,达克罗( 放大1 000倍) 和渗锌层的显微结构( 放大500 倍) 分别见图2 和图3。渗锌层、达克罗层和基体( 40Cr) 的硬度检测数据如表3所示。

达克罗涂层显微结构,渗锌涂层显微结构

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达克罗层、渗锌层和基体的硬度

由表3 中数据可知,渗锌层的平均硬度为441 HV,基体的平均硬度为401 HV,渗锌层硬度比基体略高,原因是渗锌层为锌- 铁合金层,结构十分致密,与钢铁基体结合牢固,硬度高,耐磨性能好,在运输、装配和拆卸使用过程中,渗锌层不易磨损、擦伤、脱落,容易保证渗锌面的完整。


而达克罗层的平均硬度为257 HV,远低于基体和渗锌层的硬度,因为达克罗层是一个高温烧结层,与基体间没有形成化学键,与渗锌处理相比,它的表面硬度和耐划伤能力略差,在运输、装配和拆卸使用过程中易划伤和脱落。



3 达克罗和渗锌层防腐性能比较

为了比较达克罗、渗锌和达克罗- 渗锌复合涂层的防腐性能,分别进行了中性盐雾试验和室外暴露试验。

3. 1 中性盐雾试验

分别选取达克罗螺栓、渗锌螺栓和渗锌- 达克罗复合涂层螺栓进行安装前后耐盐雾性能对比检测。

3. 1. 1 试验条件

试验前处理: 用酒精擦拭试样除油污; 盐雾试验箱温度:35 ℃; 饱和温度: 47 ℃; 喷雾压力1. 0 ~ 1. 5 kg /cm2 ; 试验溶液为( 50 ± 5) g /L 的NaCl 水溶液,水为去离子水,盐为分析纯的NaCl,pH 为6. 5 ~ 7. 0,喷雾量为1. 0 ~ 2. 0 mL/( 80 cm2·h - 1 )收集液的密度为1. 029 ~ 1. 036 g /cm3 ; 试样的放置角度: 试样表面与垂直方向成15° ~ 20°。试验结束后拿出试样,放置30 min,用自来水冲洗试样表面残留的盐溶液,用纸轻轻吸干水分,检查试样。

3. 1. 2 对比试样状态

试样材质: 40Cr 螺栓; 涂层厚度: 达克罗层10 ~ 15 μm; 渗锌层50 ~ 70 μm; 渗锌- 达克罗复合涂层总膜厚50 ~ 70 μm。

3. 1. 3 检测结果

不同涂层的螺栓使用前后耐盐雾性能对比如表4。

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不同涂层的螺栓使用前后耐盐雾性能对比

由结果可知: 安装前,3种螺栓的耐中性盐雾性能的顺序均为: 复合涂层> 达克罗> 渗锌。但安装后3 种螺栓的防腐性能变化率差异很大,达克罗处理的螺栓在使用后耐盐雾性能急剧下降,只有之前的10% ~ 20%的防腐能力,而渗锌层则仍然保持有80%以上的防腐能力。


主要由于渗锌层表面含有少量铁元素,会导致渗锌层本身耐盐雾性能差,但其本身耐磨性能好,而且渗锌层较厚,所以其耐盐雾性能在安装后下降少,相反,达克罗层将基体完全隔绝开了,加上达克罗层本身的耐腐蚀性能好,所以未损坏的达克罗层耐盐雾性能好,但因其硬度低、膜层薄,易损坏,损坏后铁基体直接裸露在外,导致耐盐雾性能迅速下降。


从表4 可知,渗锌- 达克罗复合防腐涂层的防腐性能比单一的达克罗涂层或者渗锌层的防腐性能有了很大提高,采用渗锌- 达克罗复合涂层的防腐工艺,即在渗锌层的基础上再涂覆一层达克罗,可以取长补短,有效利用达克罗层的高耐盐雾性能和渗锌层的耐磨性能,当达克罗在使用过程中有损伤点产生时,仍然有渗锌层做保护,从而保证工件不会从被损伤点腐蚀。


3. 2 室外自然暴露试验

中性盐雾试验不能完全反映被测试样在实际使用环境中的耐腐蚀性能,为了检测渗锌螺栓和达克罗螺栓在实际使用环境中的耐腐蚀性能,分别选取了渗锌和达克罗处理的螺栓进行安装前后室外自然暴露试验。

3. 2. 1 实验条件

将试样摆放在屋顶石棉瓦瓦槽中,四周及上方无任何遮盖; 试样放置角度与水平方向约20°,试验时间: 1 a。

3. 2. 2 对比试样状态

未使用和使用过的达克罗螺栓,膜厚均为10 ~ 15 μm; 未使用和使用过的渗锌螺栓,膜厚均为50 ~ 70 μm。

3. 2. 3 试验结果

试验结果见图4。

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室外自然暴露实验

从图4 可知,室外自然暴露1 a 之后未使用的达克罗螺栓和渗锌螺栓均未生锈,使用过的达克罗螺栓生锈严重,而使用过的渗锌螺栓则只有很少一点锈迹,可见渗锌螺栓的实际耐腐蚀效果要好于达克罗螺栓。


达克罗螺栓使用后,因达克罗层硬度低,渗层极易破坏,基体直接暴露在外,导致很快生锈。而渗锌层为扩散性冶金层,与基材的结合强度高达600 ~ 700 MPa,很难被剥离掉,经安装使用后,渗层仍然基本完好,故螺栓几乎未生锈。


4 渗锌- 达克罗复合防腐涂层在铁路桥梁支座锚固螺栓上的应用

依据以上研究,制定了铁路桥梁锚固螺栓的防腐规范,要求螺栓整体采用渗锌- 达克罗复合涂层处理。

( 1) 检验要求: 涂层总厚度≥50 μm,耐中性盐雾时间≥1 000 h,盐雾试验为型式试验,每年1 次,日常检测项目包括外观、厚度、硝酸铵快速腐蚀≥2 h。

( 2) 工艺优化: 如需要进一步提高螺栓的防腐效果,建议在达克罗处理之后,增加一道达克罗封闭层,即采用渗锌- 达克罗- 封闭,可以增加达克罗层的耐磨性和耐划伤性。

( 3) 应用效果。经过1 a 多在沿海线路的应用,渗锌- 达克罗复合防腐涂层的锚固螺栓实际应用效果良好,至今未发现有螺栓生锈的情况。


5 结语

通过研究达克罗和渗锌层的硬度、盐雾试验和户外自然暴露,得出以下结论。

( 1) 渗锌层的硬度比40Cr 基体略高,而达克罗层的硬度远低于渗锌层和基体的硬度;

( 2) 达克罗层耐中性盐雾试验要好于渗锌层,但使用在螺栓上时,实际防腐效果不如渗锌层;

( 3) 桥梁支座锚固螺栓采用渗锌- 达克罗复合防腐涂层效果良好。

包胜军,周万红,唐革新,谢昕欣,郭红锋( 株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)

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