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王海林　　本讲主要介绍电镀、化学镀、热喷涂、热渗镀层的防腐蚀性能及其应用。
　　一、电镀
　　电镀是一门历史悠久的表面处理技术。电镀层可分为防腐蚀用、装饰用和功能性镀层。像镀Au、Ag、Cu-Zn、Cu-Sn等主要用作装饰；镀Zn、Sn、Cu-Ni-Cr等主要用于提高基材的防蚀性；硬Cr、Ni-Fe、Ni-Co等镀层则属于功能性镀层。同一镀层可能具有两种或两种以上的用途，如Cu-Ni-Cr多层镀层主要用途是防腐蚀，但它又具有装饰、耐磨的功能。在此仅就防腐蚀用电镀层作简要的介绍。
　　电镀层通常只适用于防止大气腐蚀，故一般都是阳极性保护镀层，其原理是使阳极优先腐蚀从而保护了基体材料。电镀锌层是典型的阳极性镀层，由于其镀层厚度(一般不能超过20μm)所限，故主要应用于小五金工件及磁性材料的室内保护。经铬酸盐钝化处理后，其防腐蚀性能大幅度提高，优良的锌镀层可抗250h～300h的中性盐雾试验，可用于中性大气的室外防护，但在恶劣的工业大气和沿海气候中防腐性能就比较差。最近开发的Zn-Ni、Zn-Fe电镀层，尤其是Zn-Ni电镀层，当镀层中Ni含量达6%～10%时，5μm～8μm的镀层彩镀后可取得极好的防腐蚀效果。此合金电镀层可抗1500h以上的中性盐雾试验，现已广泛应用于户外的电器及电力输送设备部件等的保护。
　　镀锡层的电位比铁正，属于阴极性镀层。但它能和有机酸形成络合物，因此在有机酸环境中镀锡层变成阳极性镀层，但腐蚀率很低，不会因其孔隙而穿孔，被广泛用于罐头工业。
　　阴极性镀层，如Ni、Cr等，尽管自身耐蚀性优良，外表亮丽，但由于孔隙的存在，会因大阴极小阳极的存在而加快基体金属的腐蚀。为克服此弊病，常采用多层电镀工艺。如三层镀镍工艺，通过控制添加剂的成分和浓度，使镀镍层中的含硫量存在不均，导致由内到外镍层电位递减，从而使镀层内有阳极保护效应。此外还有为增加隔离作用，减少孔隙率的复合电镀层，如Cu-Ni-Cr等复合电镀层。
　　二、化学镀
　　化学镀又称无电解镀，它不同于化学转换镀层，其沉积过程不是通过界面固液两相间金属原子与离子的转换，而是利用液体中的还原剂与氧化剂即金属离子进行氧化还原反应，在催化表面沉积形成金属或合金镀层。与电镀相比，化学镀最显著的特点是均镀性好，任何复杂的部件均能产生均匀的镀层。
　　实现化学镀的关键是选择对应金属离子的还原剂。最常用的还原剂有次亚磷酸钠、甲醛、硼氢化钠以及胺基硼烷类和肼类衍生物等。此外，化学镀还应有络合剂、缓蚀剂、促进剂、稳定剂、润湿剂和光亮剂。已有Cu、Ni、Co、Ag、Au、Pu、Pt等化学镀层用于各种场合。化学镀层往往是金属元素与还原剂的某一元素共沉积的镀层，如Ni-P、Ni-B、Co-P等，其镀层性能与纯金属层有较大差别，有很多优异的特性。如化学镀Ni-P镀层可为非晶态镀层，而Ni镀层为晶态镀层，故Ni-P镀层在耐蚀性、耐磨性能上均优于纯Ni镀层。
　　防腐蚀用的化学镀层主要是Ni-P化学镀层。Ni-P化学镀层的防腐蚀性在许多生产部门得到广泛应用。油田采油设备和输油管道上广泛采用Ni-P化学镀，试验证明，Ni-P镀层在含H2S的石油和天然气环境中有非常好的耐腐蚀性。例如美国西得克萨斯油田的低合金钢管道，由于腐蚀和磨损，使用寿命不到6个月，采用50μm～75μm的Ni-P镀层保护后，使用寿命可延长到2～4年。中东油田用的普通钢球阀，最多能用3个月，而镀75μm Ni-P镀层的球阀用了2年仍完好如初。江汉油田所用的污水铸铁泵，使用不到3个月，即穿孔报废，改用1Cr18Ni9Ti后使用20个月出现严重的点蚀和晶间腐蚀，而用铸铁泵外表镀50μm的Ni-P镀层，使用20个月后，除叶轮棱角出现腐蚀外，其余部位未见腐蚀。化学镀泵的成本只有不锈钢泵1/10。
　　大型化工设备如反应釜、管式换热器，采用化学镀层亦取得了良好的保护效果。金陵、扬子、高桥、大庆等石化公司对部分焦化炼油的换热器进行了化学镀Ni-P保护，使用寿命普遍从6个月提高到2年以上，取得了良好的经济效益。
　　除石油化工领域外，在印刷机械、印染机械上的导辊都逐渐用耐腐蚀耐磨损的Ni-P镀层替代传统的硬铬镀层。
　　化学镀Ni-P技术的工业化应用在我国时间不长，已逐渐地被人们所认可，有着广阔的发展前景。
　　三、热喷涂技术
　　热喷涂技术是利用专用的设备使某种固体材料或粉末呈熔化或接近熔化状态，并喷射到工件表面而形成覆盖层的技术。目前已有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂等多种热喷涂方法。喷涂的材料也由早先的纯金属如Zn、Al、Ni、Cr、Al-Cr、Al-Ni等，发展到高熔点、高硬度的金属氧化物如Al2O3、ZrO3、TiO2，氮化物如TiN、ZrN，硼化物如CrB2、WB，硅化物如Cr3Si，碳化物如B4C，TiC。
　　热喷涂同其它表面技术相比，最主要的特点是：第一，设备体积不大，并可移动，特别适用于户外大型金属结构如铁架、铁桥，大型设备如化工容器、储罐和船舶的防蚀喷涂；第二，可赋予材料特殊的表面性能，如抗腐蚀、耐高温磨蚀和氧化性、隔热、耐辐射等性能；第三，热喷涂取材范围极广，而且可直接在各种基体上喷涂；第四，涂层厚度可控制，最厚涂层可达几毫米，这是电镀和化学镀难以达到的。
　　近年来，由于喷涂技术及其装备的发展和喷涂材料的改进，其使用范围已扩展到航空、航天、原子能和其它尖端工业领域，成为现代化工业中必不可少的工艺技术。
　　用于防腐蚀的热喷涂工艺比较简单，最常用喷涂材料是锌、铝、镍基自熔化合金。喷涂锌一般用于抗大气腐蚀和水的冲刷腐蚀，最成功的实例是铁路桥轨道下盖板的保护。过去一直用油漆，效果极差，经常停车检修，改用喷锌后取得良好效果。建南京长江大桥时，用气喷枪喷涂盖板，再涂耐磨漆，至今保护完好，现已在全国铁路系统推广。
　　热喷铝抗大气腐蚀性优良，尤其有很好的抗硫化氢和二氧化硫高温腐蚀性，已广泛用于大型储罐、化工塔器、管道的保护。在硫酸生产中，二氧化硫氧化为三氧化硫的转化炉的操作温度达450℃～620℃，顶盖腐蚀严重成片状剥落。采用喷铝后，已安全使用6年半。实践表明，在高温(300℃～650℃)气体中，0.3mm～0.5mm厚的喷铝层，可用6年以上；在工业冷却水中，0.1mm～0.3mm的喷铝层与涂料等联合保护，可使用3～5年。
　　镍基自熔化合金涂层大多用于腐蚀环境中的磨损部件的保护。如天然气田中的酸化压裂车的35CrMo渗碳淬火钢柱塞和阀，与15%～25%盐酸接触时受到严重腐蚀，一般用10井次即报废，采用粉末等离子喷镍基自熔化合金涂层，进行80井次酸化压裂处理，柱塞表面光亮如初，不仅节约了大量设备费用，并大大提高了生产率，现已推广应用。
　　四、热渗镀
　　热渗镀是用加热扩散的方法把某种金属或合金渗入基体金属表面而形成表面合金层的方法，这种表面合金层叫扩散镀层。该扩散层最突出的特点是不像电镀层等一种外附的镀层，而是基体金属与渗层构成了有机的一体，因而结合非常牢固。渗层的耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性能主要取决于所渗入的元素。
　　渗镀的方法很多，按渗入元素的物理状态可分成固渗、液渗和气渗；按联合手段划分为电泳渗、电镀渗、喷涂渗等。
　　渗镀方法可以是单个元素渗，如渗Zn、Al、Cr、B、C、N等，也可以是同时渗两种或两种以上元素的多元共渗，如Zn、Al共渗，Al、Cr、Si三元共渗等。由于渗入元素不同，所得渗层的性能也就不同。此处仅就防腐蚀上最常用的渗锌和渗铝作一简要的介绍。
　　1.热渗锌
　　目前工业上应用的渗锌方法主要有粉末法渗锌和热浸镀锌。粉末法渗锌是将表面预处理过的工件埋入装有粉末渗剂的密封容器中，使之加热到锌的熔点以下，保温一定时间，然后随炉冷却至室温。粉末渗剂的主要成分是纯锌粉，其中加入适量的填充材料如氧化铝、耐火土和氯化铵。粉末渗锌最突出的特点是渗层均匀，没有氢脆，几乎没有变形，特别适合于小五金制品如螺帽、螺栓、弹簧以及长管的内壁、形状复杂的工件和粉末冶金产品。粉末渗锌层的硬度和耐蚀性远优于电镀锌层，在抗H2S腐蚀方面比电镀锌有大大提高。例如合成汽油的热交换器管经渗锌后，在550℃含H2S热系统中使用一年仍完好无损。粉末法渗锌工艺的缺点是污染太大，且渗层表面远没有电镀锌美观。
　　热浸镀锌又称热镀锌，是把镀件浸入熔融的锌液中，使其表面形成锌层的方法，广泛采用森吉米尔法镀锌。热镀锌应用面极其广泛，如热镀锌无缝钢管、钢丝、钢板、公路路灯杆、交通隔栏、电力输送上大量使用的附件等。热镀锌工件的使用寿命除与工艺本身有关外，与镀锌层的附着量有直接的关系。例如在重工业区，热镀锌的腐蚀率为每年30g/m2～35g/m2，如果使用寿命要求10年以上，则锌层附着量必须在300g/m2～350g/m2以上。热镀锌的腐蚀率在各种大气中有显著的差异。如在乡镇地区为每年5g/m2～8g/m2，在沿海地区每年高达12g/m2～15g/m2。所以，在不同地区，若要求相同的使用寿命，对镀锌附着量上则应有所不同。
　　2.热渗铝
　　渗铝与渗锌一样是被广泛应用的防腐蚀手段，但它出现得比渗锌晚得多，到本世纪才开始工业应用。渗铝的方法主要是固体法渗铝和热浸镀铝。
　　固体法渗铝主要包括粉末渗铝和料浆渗铝，是将渗铝工件埋在粉末铝中，然后加热到900℃～1050℃，保温一定时间，使铝向工件表面扩散。
　　这种渗铝层最显著的耐腐蚀性在于抗高温氧化、耐高温硫化物和低温湿H2S腐蚀以及抗硫化物的应力腐蚀等，它是解决高硫高碳原油加工装备腐蚀难题行之有效的方法之一。例如，原油炼制中的催化分馏塔、脱硫塔、减压装置等使用的塔板、填料及附件，经渗铝后，使用寿命普遍提高5～10倍。此外，在管束换热器上也得到成功的应用。如洛阳石油化工设备所研制的渗铝焦化炉管，在许多炼化厂试用，防腐蚀效果显著，渗铝后炉管寿命延长数倍。
　　热浸镀铝和热镀锌的方法大致相同，是把预处理过的工件浸入熔融的铝浴中，使其表面渗入一层铝。目前大多热镀铝都是指连续带钢热镀法，采用森吉米尔法，操作工艺与热镀锌层相似。
　　热镀铝钢板主要用于防腐蚀和耐热氧化。其耐蚀性主要用于大型建筑物屋顶、通风管道、汽车底板及各种冷藏设备。其耐热氧化性主要用于汽车排气系统如排气管、消声器等，其它用途有待于进一步开发。