水工金属结构喷锌防腐技术及其质量控制措施

水工金属结构喷锌防腐技术及其质量控制措施

解文举

嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔市

摘要：喷锌防腐技术作为主要的防腐技术，对水工金属结构的保护有着非常重要的意义。因此，文章从水工金属结构中喷锌防腐技术的应用意义入手，主要分析了现有的喷锌防腐技术及其表面预处理的技术要点，并探讨了相应的质量控制措施，以期为今后水工金属结构的稳定性能的提升提供一定参考价值。

关键词：喷锌防腐技术；表面处理；涂层施工；质量控制

1水工金属结构喷锌防腐表面预处理技术

1.1表面清洁与除锈处理

除锈处理则通过物理或化学手段去除金属表面已形成的锈蚀产物。表面清洁除锈处理方法的选择要考虑被喷构件的形状、大小和表面情况。例如，大型构件采用高压水射流清洗，不仅能快速去除杂质，还能起到一定的除锈作用；小型构件则可通过溶剂或弱碱溶液浸泡清洗。严重锈蚀的金属表面需要油石粉喷砂，喷砂压力一般控制在0.4～0.7MPa，喷砂角度为60°～90°。常规除锈处理采用的是毛刷或刮布手工除锈，也可辅以无铬酸盐腐蚀液等化学药品腐蚀除锈，浓度控制在150～180g/L。对于重度锈蚀区域，首先需要用电动或气动砂轮对表面锈屑进行打磨处理，打磨至基体金属露出或达到Sa2级，再进行喷砂等除锈处理。

表面处理效果直接影响喷锌层的附着力。研究表明，采用712型无铬酸盐腐蚀液（主要成分为硫酸、草酸）处理Q235钢，在温度30℃、浓度170g/L、时间10min的条件下，喷锌层的附着强度可达到21.5MPa，是毛刷手工除锈的1.4倍。因此，为获得更好的防腐效果，表面处理可采用喷射高压水清洗和无铬酸盐溶液化学腐蚀的组合方式，彻底去除表面杂质和锈蚀产物。

1.2表面活化处理

机械打磨活化是通过砂轮或喷砂的物理方式去除氧化膜。一般采用角度为60°的喷砂，压力为0.4～0.5MPa，一次喷砂时间控制在2～3min。溶剂活化则利用有机溶剂溶解除去氧化膜，常用的溶剂有丙酮、甲苯、乙醇等。溶剂需每日更换，浸泡时间为3～5min。酸洗活化主要采用稀释的无机酸溶液，如10%～15%的盐酸或硫酸溶液，温度约为20～30℃，时间为2～3min。研究表明，机械打磨活化的效果优于其他方法。采用0.5MPa喷砂压力、80目的气动炉石喷砂，喷砂2min后，Q235钢表面的锌层附着强度可达到18MPa，是酸洗的1.5倍。而且，机械打磨可以直接去除氧化膜，酸洗活化则需要控制酸液浓度和时间，溶剂活化则容易残留有机物，影响效果。但是，对于一些活动件或复杂构件，机械打磨的活化方法不易实施，可辅以其他活化方法。另外，部分研究者发现，在喷锌前进行细晶磷酸前处理，可以显著提高锌层附着力。因为磷酸可以与钢表面反应生成复合型的磷酸铁，抑制氧化膜生成。具体方法是将细晶磷酸钠溶于水中，浓度为10～20g/L，在50～60℃溶液中浸泡构件3～5min，冲洗干净后进喷锌间。测试结果显示，经该法处理后锌层的附着强度可达25MPa。因此，为获取更好的喷锌效果，可采用喷砂机械打磨活化与细晶磷酸复合方法，充分去除表面氧化膜，提升基材活性，从而改善喷锌层的附着力，正确的表面活化处理是确保喷锌质量的重要环节。

1.3喷锌涂层施工

喷锌涂层的施工质量直接决定了防腐效果。喷锌是在经过严格的表面处理后，利用熔炼锌的热喷气流将锌涂层均匀喷涂在基体金属表面。常用的热喷锌方法有电弧喷锌、火焰喷锌、感应加热喷锌等。电弧喷锌是利用触头之间的电弧将锌丝烧融，喷嘴气流将熔融的锌点喷到基体上，该方法设备简单，操作方便，但容易产生气孔和熔渣等缺陷。火焰喷锌是先熔融锌丝，再压缩空气将熔融锌喷出，可获得更致密的锌层。感应加热喷锌通过高频电感应加热熔化锌丝，再用压缩空气雾化，其锌层质量高、结合力强。

喷锌参数的选择直接影响涂层质量。锌丝直径以2.5～3.2mm为宜；压缩空气压力以0.4～0.6MPa为宜。喷涂距离以100～150mm为宜，过近会造成烫伤，过远影响层厚均匀性。喷锌烧嘴尽量垂直工作面，以获得更均匀的涂层。涂层厚度以＞80μm为宜，层厚过薄，防腐效果差。每层涂层厚度不宜超过60μm。多层喷涂时，每层之间最好进行冷却，然后用细砂纸打磨，去除熔渣。喷锌过程中，严格控制工作面温度，避免过热。对大型构件采取分区域喷涂，同时辅以冷风吹拂降温，这是因为构件表面温度超过60℃就会导致涂层气孔增多。此外，选择合适的气候条件喷涂也很重要。避免大风天气施工，否则会影响涂层均匀性；涂层也不宜在过冷条件下形成，否则附着力较差。喷锌后的涂层质量检测主要从外观检查、附着力测试和涂层厚度测量三个方面进行。

2水工金属结构喷锌防腐的质量控制措施

2.1喷锌涂层厚度控制

精确的涂层厚度控制需要控制每道工序的参数。表面处理时，控制喷砂压力、时间、喷砂料粒径等参数；喷锌过程中，精确调节锌丝供给量、锌丝直径、喷嘴压力、距离、扫速等，并控制构件温度。例如，对某水工金属组件喷锌，首先采用0.5MPa压力的喷砂料进行喷砂预处理；使用2.8mm直径的锌丝，压力为0.5MPa，距离120mm进行喷涂，涂层测量结果平均厚度为112μm，部分区域厚度偏低。经分析，采取减小喷嘴距离至100mm，增大锌丝供给量，涂层平均厚度可控制在120μm，满足防腐需求。多层喷锌时，每层厚度控制在50μm以下，过厚的单层涂层会产生内应力导致脱落。多层喷锌也要控制层间温度，避免过热。采用锌粉中间层，可以改善多层喷锌的结合强度。智能喷涂技术的应用也可提高涂层厚度控制的精度。喷涂机器人系统配合厚度在线监测，可以根据涂层厚度反馈信号智能调节锌丝供给量、喷射距离等参数，实现涂层厚度的闭环控制，使涂层厚度精确稳定在设定范围。

2.2喷锌涂层黏结强度控制

喷锌涂层与基材之间的黏结强度直接关系到防腐寿命，黏结强度差会导致涂层脱落、剥落。影响黏结强度的主要因素有基材表面处理质量、喷锌工艺参数与涂层质量等。优质的表面处理是获得高附着强度的基础。充分去除油脂和锈蚀产物，采用复合的机械喷砂和化学腐蚀处理，能够显著提升黏结强度。喷锌参数也需要精心控制，过大的喷射压力会导致烫伤基体，降低附着力。多层喷锌之间也要注意黏结，中间砂纸打磨，除去不良层。涂层本身缺陷是影响黏结强度的主要因素。实践表明，气孔率每增加1%，黏结强度即降低10%。过高的含氢量也会导致脆性断裂。因此，严格控制喷锌工艺，减少气孔、制氢偏析等缺陷的产生是确保涂层质量的关键。

2.3喷锌涂层外观质量控制

喷涂过程参数的精确控制也很关键。如果喷射距离过远，会造成雾面，过近会产生烫伤坑洞；喷嘴压力过大，也会引起基体烫伤；多层喷涂之间的冷却不足，会产生应力裂纹；涂层过厚或烘烤过热，也会诱发裂纹。一项喷锌外观缺陷的统计分析显示，气孔是最常见的外观缺陷，占比达42%；其次是起坑、裂纹、钝化等。产生气孔的原因综合分析主要有三点：一是表面处理不充分；二是喷嘴距离过远造成雾面效应；三是锌液过热产生气泡。

针对常见外观缺陷，可以从以下方面进行控制：提高表面处理质量，加强清洁除锈程度；优化喷锌参数，控制距离、压力等；保证锌丝质量，减少杂质；加强过程控制，避免过热过冷；优化烘烤工艺，防止烘烤裂纹。此外，采用自动喷涂技术也可以有效控制外观质量。机器人喷涂系统配合视觉在线检测，可以快速准确发现外观缺陷，实现闭环反馈控制，从而保证涂层均匀性，使喷锌外观质量达到标准要求。

结语：

喷锌防腐技术作为金属防腐的重要手段，已经在多个领域得到广泛应用。涂层厚度、黏结强度以及外观质量是喷锌防腐涂层质量控制的关键指标。通过优化喷锌工艺参数、提高原材料质量、强化表面处理以及采用智能喷涂技术，可以有效提高喷锌涂层的综合性能，延长金属构件的使用寿命。

参考文献

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[2]朱加祥,贾光猛,李晔,等.海底管线节点外防腐技术及其对阴极保护的影响[J].材料保护,2023,56(9):182-187.