渗铝钢防腐蚀(1)

渗铝钢防腐蚀
1、渗铝钢机理
1.1渗层形成机理
碳钢渗铝的渗层是渗入铝原子同基体铁原子相互扩散而形成的铁铝合金层，即金属的固溶体层或金属间化合物层。

一般情况下渗层的形成包括下述基本过程，渗铝剂介质分解过程：在一定温度下，介质中各组分发生化学反应，形成渗入元素的活性组分铝原子，并供给基体金属表面；活性组分向表面扩散：活性组分通过界面向金属基体表面扩散，反应产物离开表面向外逸散，影响这一过程的主要因素是温度、气流状态；活性铝原子的吸收过程：吸收过程包括活性原子溶入基体金属中，形成表面固溶体层或金属化合物层，即最初的渗层；渗剂中铝原子进一步扩散过程：随着渗剂金属原子的继续吸附和吸收，已溶入的金属原子在高温下向基体碳钢内部扩散，同时，基体碳钢中的金属原子也向渗铝层里面扩散，从而使渗铝层增厚，即渗铝层的增长过程。

图1-1：渗铝钢微观形貌图
1.2 耐腐蚀机理
热浸渗铝钢具有双层结构：表面纯铝层与Al-Fe合金层。

在腐蚀过程中；纯铝层的表面形成致密、无渗透性有Al2O3保护膜；这层保护膜可以阻碍腐蚀介质向基体渗铝层内部扩散，阻止腐蚀反应的继续发生，从而起到保护基材的作用。

当如果遇到Cl-等卤离子介质时；Al2O3保护膜会发生点蚀，当纯铝层被腐蚀失效时，Al-Fe合金层可以继续起到保护作用；原理是：Al-Fe合金层的铝含
量是由外到内逐渐降低，Al-Fe合金层外表面同样可以形成Al
2O
3
保护膜，同时
纯铝层
铁铝合金层基材
合金中Fe元素的腐蚀产物也可以阻止腐蚀反应的进一步发生，在Al-Fe的双重作用下，渗铝钢抗Cl-腐蚀的能力大大地提高。

实践证明，在海水和H
2S、SO
2
介质中，渗铝钢的耐蚀性远远优于镀锌钢、不
渗铝钢（18-8）；在特殊情况下（H
2
S环境下），优于316L不锈钢。

2、渗铝钢在国内外的发展及应用
1931年起以耐热性为目的，德、英、法国开始进行镀铝实用化研究。

1939年美国阿姆柯公司用原有的森吉米尔法进行带钢热镀铝-硅（7.5%~9.0%）合金的工业试验，拉开了工业化生产的序幕。

为了提高镀铝钢材的耐蚀性，1955年钢材热镀纯铝问世，随着汽车工业的发展，1958年后，镀铝钢板大量用作汽车的排气管和消音器，使其寿命延长数倍之多，从而进一步促进了镀铝钢板的发展。

1959年美国钢铁公司、1961年美国内陆钢铁公司、加拿大钢铁公司、法国齐格莱公司、英国涂层金属公司等均相继建立了镀铝钢板生产线。

50年代初，日本开始对镀铝钢板生产技术进行研究，有日新制钢、富士制铁等公司。

数年后，日本钢管公司从美国Armco钢铁公司引进了钢板生产线。

此外，联邦德国Tyssen 公司也开始生产镀铝钢板。

总之，50年代末和60年代初的3-5年是镀铝钢板迅速发展的时期。

70年代后，国外钢带连续热浸镀铝生产工艺技术得到了迅速发展。

溶剂法钢材热浸镀铝技术国外从40年代开始进行研究，50年代实现工业化生产，目前工艺技术成熟，产品广泛应用于耐腐蚀和耐高温氧化领域。

生产方法美国多采用二浴法卧式炉，日本采用一浴法卧式炉、苏联多采用立式炉。

由于溶剂法热浸镀铝件品种多，难以实现自动化大批量生产，所以在高工资国家导致产品成本高，发达国家自70年代达到顶峰后，其发展并不明显，一直维持其原有的水平，近年逐渐从发达国家向发展中国家转移。

我国虽然早在50年代末开始起步，但真正有成效的发展，还是在70年代末以后。

现在主要用于公路护栏板中，在石油化工行业的管道、换热器，发电厂的水冷壁，汽车的排气管道中也有应用。

1998年，重庆垫江两基渗铝钢铁塔中用到了渗铝钢角钢；湖北凤磁Ⅱ线55#直线塔拉线棒中用到渗铝钢为湖北一家渗铝钢企业在大约15年前生产（目前该企业已不存在），5年前做过一次维护，敲掉外面的维护层后，露出的表面铝层呈银灰色，可见有较好的防腐效果。

3、公司简介
湖北交投四优钢科技有限公司是由湖北省交通投资有限公司投资相对控股的混合所有制企业，于2012年12月注册成立，注册资本5000万元。

公司主要从事新型节能环保渗铝钢材料研发、生产和销售，属于国家高新技术企业，公司的新型渗铝钢技术和规模生产处于国内领先水平。

四优钢公司于2013年10月与中科院院士杨叔子教授及研究团队，达成合作协议，成功建立“院士专家工作站”。

技术研发实力雄厚，具备完全自主知识产权，在渗铝钢领域已取得十多项国家技术发明专利和实用新型专利，先后被评为“湖北省科协系统优秀创新团队”、“宜昌市科协系统先进单位”、“宜昌市科技型中小企业创新成长工程试点企业”。

4、新型渗铝钢工艺原理简介
新型渗铝钢材料是利用感应电流快速加热热浸渗铝技术，将铝原子瞬间渗进钢铁表面并形成晶态铁铝合金层和纯铝覆盖层，最终生成由渗铝层表面增强的钢基复合新材料。

纯铝层决定了渗铝钢材的耐候、耐蚀及光热反射等特性；铁铝合金层则决定了渗铝钢材的耐热性、耐高温氧化性、耐磨性、高硬度等特性。

图4-1: 电网电力铁塔渗铝样品
图4-2：宜昌枝城化工园现场使用效果图（左图：与镀锌对比；右图：使用一年以后）5、渗铝钢的经济性
目前的热浸镀锌价格在1300元/吨左右，渗铝钢加工价格为2000~4500元/吨，一次性建设成本高于镀锌钢，但计算全寿命周期内的维护费等费用后，渗铝钢成本有可能低于镀锌钢。

镀锌铁塔理论的使用寿命为50年左右，对于一般大气环境地区，热镀锌铁塔一般10年左右维护一次；而沿海腐蚀较严重地区，一般不少于5年就要维护一次，维护一次的费用大约为850元/吨；一次维护这后，每年都要进行一次维护。

累计成本在3000-4000元/吨。

采用新型渗铝技术生产加工的渗铝钢，可以保证：在普通大气环境下，使用寿命可长达50-70年，而且免喷漆维护费用；在沿海地区大气腐蚀环境下，使用寿命是20-30年。