一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材及其制备方法，涉及桥梁钢材防腐技术领域。本发明专利技术研制的产品1、包括钢材基体和镀层；所述钢材基体和镀层之间存在界面过渡层；所述镀层包括锌、铝和镁；所述镀层的厚度为1.0‑3.0mm；所述镀层中的锌、铝和镁的质量比为60‑100：10‑15：3‑8；所述界面过渡层包括过渡金属和金属氧化物；所述过渡金属和金属氧化物的摩尔比为10‑20：1‑2。在制备产品时，包括界面过渡层的制备和镀层的制备；界面过渡层为泡沫金属层，泡沫金属层依靠高温下，金属盐的分解形成。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材及其制备方法
本专利技术涉及桥梁钢材防腐
，具体是一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材及其制备方法。
技术介绍
海洋中蕴藏着大量的油气资源及海产品，并且是对外贸易的重要途径，近年来，在油气资源开发，近海基础设施建设，和海洋交通等海洋工程领域投入逐渐加大，而钢材作为海洋桥梁建设等应用最为广泛的材料之一，具有良好的力学性能和低廉的价格，是海洋桥梁工程领域的主要应用材料，但是由于海洋苛刻的腐蚀环境，暴露于海洋环境中的刚才极易与周围的腐蚀介质发生反应而遭受严重腐蚀。海环境中的氯离子、二氧化碳和硫化氢等腐蚀介质，再加上潮汐、日照、溶解氧、微生物以及水压等带来的环境条件的影响，往往会加速钢材的腐蚀进程，严重影响海洋桥梁设施的服役安全、寿命以及可靠性。钢材腐蚀是海洋环境中基础设施和桥梁等损坏的主要原因之一，因此，需要对钢材进行表面处理以提高其耐腐蚀性能。表面处理技术的优势在于可以在基材材料表面制备性能优异的涂层，使其具有比基体材料更高的耐腐蚀性，抗氧化和耐磨性等性能。在钢铁表面镀锌以其低廉的成本、优良的耐腐蚀和抗氧化性能，被认为是一种理想的钢材表面防腐材料。在恶劣的环境中，覆盖的锌镀层对钢铁表面有物理性防护和阴极保护作用。由于铁、铁锌合金和锌的电极电位依次降低，腐蚀首先是锌，然后是铁锌合金，对钢基体发挥阴极保护作用。但是，纯锌镀层的耐应力腐蚀和疲劳腐蚀的性能较差，平均不足20年就已锈蚀。因此，急需开发一种新的桥梁钢材镀层，来进一步提升海洋环境中钢材的耐腐蚀性能，以延长桥梁的服役寿命和安全性。<br>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材及其制备方法，以解决现有技术中的海洋用的桥梁钢材在服役过程中，耐应力腐蚀和疲劳腐蚀的性能较差，影响桥梁服役期间的安全性能和服役寿命的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，包括钢材基体和镀层；所述钢材基体和镀层之间存在界面过渡层；所述镀层包括锌、铝和镁；所述镀层的厚度为1.0-3.0mm；所述镀层中的锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8；所述界面过渡层包括过渡金属和金属氧化物；所述过渡金属和金属氧化物的摩尔比为10-20：1-2。一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材的制备方法，具体制备步骤包括：界面过渡层的制备：将过渡金属加热熔融后，再加入金属盐，混合后通过火焰喷涂至钢材基体表面，形成泡沫金属层，控制所述泡沫金属层的厚度为0.1-1.0mm，孔隙率为60-80%；所述过渡金属和金属盐的摩尔比为10-20：1-2；镀层的制备：将涂覆有界面过渡层的钢材基体浸入熔融的锌、铝和镁金属液中浸镀；控制镀层的厚度为1.0-3.0mm；所述熔融的锌、铝和镁金属液中锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8。与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：（1）上述技术方案通过引入锌、铝和镁镀层，由于铁、铁锌合金和锌的电极电位依次降低，腐蚀时首先是锌，然后是铁锌合金；而引入铝之后，铝和锌之间可以形成Zn-Al二元共晶组织，该二元共晶组织可以提供比锌更低的电极电位，具有优先牺牲阴极保护作用；而镀层表面的铝离子与空气或水中的阳离子或氢氧根离子发生电化学反应，可以生成氧化铝或氢氧化铝，最终形成高密度、稳定性强的氧化铝保护层，从而发挥比锌镀层更优异的耐腐蚀性能；再者，通过进一步引入电极电位更低的镁，形成Zn-Al-Mg三元共晶相，其比Zn-Al二元共晶相具有更低的电极电位，可以更好的发挥阴极保护性能，在海水的含氯体系中，Zn-Al-Mg三元共晶相的镀层腐蚀由溶解和扩散共同控制，Mg优先腐蚀后形成氢氧化镁，氢氧化镁吸收二氧化碳形成碳酸镁，对pH起到缓冲作用，降低了阳极区Zn的溶解速度，抑制了氧化锌的生成，同时，镁促进了致密性腐蚀产物氧化镁/氧化铝的形成，降低了溶解氧的扩散速度，从而降低了阴极区还原速度，提升了产品耐腐蚀性能；另外，在潮汐等外力作用下，镀层发生破损时，镁会在腐蚀后迁移至镀层破损部位，形成富镁的腐蚀产物，从而提升产品的耐应力腐蚀和疲劳腐蚀的性能；（2）上述技术方案通过在镀层和基材之间引入过渡层，利用过渡层的泡沫金属结构提供物理锚定作用，使表层的镀层可以牢固固定在基材表面，有效避免了腐蚀过程中因外部应力作用引起的镀层开裂。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，包括钢材基体和镀层；所述钢材基体和镀层之间存在界面过渡层；所述镀层包括锌、铝和镁；所述镀层的厚度为1.0-3.0mm；所述镀层中的锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8；所述界面过渡层包括过渡金属和金属氧化物；所述过渡金属和金属氧化物的摩尔比为10-20：1-2。进一步的，所述界面过渡层为泡沫金属层；所述泡沫金属层的厚度为0.1-1.0mm。进一步的，所述泡沫金属层的孔隙率为60-80%。进一步的，所述过渡金属为钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、钇、锆、镧、铈中的任意一种或多种。进一步的，所述金属氧化物为氧化铁、二氧化钛、氧化铈、氧化锰、氧化锆、氧化铝中的任意一种。一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材的制备方法，具体制备步骤包括：界面过渡层的制备：将过渡金属加热熔融后，再加入金属盐，混合后通过火焰喷涂至钢材基体表面，形成泡沫金属层，控制所述泡沫金属层的厚度为0.1-1.0mm，孔隙率为60-80%；所述过渡金属和金属盐的摩尔比为10-20：1-2；镀层的制备：将涂覆有界面过渡层的钢材基体浸入熔融的锌、铝和镁金属液中浸镀；控制镀层的厚度为1.0-3.0mm；所述熔融的锌、铝和镁金属液中锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8。进一步的，所述过渡金属为钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、钇、锆、镧、铈中的任意一种或多种。进一步的，所述金属盐为硝酸铁、钛酸钾、硝酸铈、氯化锰、硝酸锆、硝酸铝中的任意一种。实施例1钢材基体预处理：将钢材基体用碳酸氢钠溶液超声清洗后，再用稀盐酸清洗，以去除表层油污和氧化层，再于惰性气体保护状态下，干燥，以去除表面水分，得预处理钢材基体；界面过渡层的制备：于氦气保护状态下，将过渡金属粉末加热至熔融后，再加入金属盐，混合10s后，迅速通过火焰喷涂至预处理钢材基体表面，使其自然发泡，形成泡沫金属层，控制所述泡沫金属层的厚度为0.1mm，孔隙率为60%；所述过渡金属和金属盐的摩尔比为10：1；镀层的制备：于氦气保护状态下，将涂覆有界面过渡层的钢材基体浸入熔融的锌、铝和镁金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，包括钢材基体和镀层；所述钢材基体和镀层之间存在界面过渡层；/n所述镀层包括锌、铝和镁；所述镀层的厚度为1.0-3.0mm；/n所述镀层中的锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8；/n所述界面过渡层包括过渡金属和金属氧化物；/n所述过渡金属和金属氧化物的摩尔比为10-20：1-2。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，包括钢材基体和镀层；所述钢材基体和镀层之间存在界面过渡层；
所述镀层包括锌、铝和镁；所述镀层的厚度为1.0-3.0mm；
所述镀层中的锌、铝和镁的质量比为60-100：10-15：3-8；
所述界面过渡层包括过渡金属和金属氧化物；
所述过渡金属和金属氧化物的摩尔比为10-20：1-2。


2.根据权利要求1所述的一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述界面过渡层为泡沫金属层；所述泡沫金属层的厚度为0.1-1.0mm。


3.根据权利要求2所述的一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述泡沫金属层的孔隙率为60-80%。


4.根据权利要求1所述的一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述过渡金属为钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、钇、锆、镧、铈中的任意一种或多种。


5.根据权利要求1所述的一种海洋桥梁专用耐腐蚀钢材，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铁、二氧化钛、氧化铈、氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷江平，
申请(专利权)人：成都典惟宁建筑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51