《一種含有防腐塗層的鐵基管道》是新興鑄管股份有限公司於2012年4月17日申請的發明專利，該專利申請號為2012101126987，公布號為CN103375657A，公布日為2013年10月30日，發明人是李軍、王恩清、信紹廣、張永傑、李海順、綦曉平、戚廣宇、張明、張三輝、趙文良。
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》公開了一種球墨鑄鐵管道件防腐塗層及含有該塗層的球墨鑄鐵管道，所述防腐塗層包括ZnAlRE合金層和封孔密封層；所述ZnAlRE合金層的重量組成為：Al：4.7~60％，RE：0.02-5％，其餘為Zn；塗層孔隙率為1.0-2.0％，且Ecorr為-1.26~-1.17伏，Icorr為1.0~1.1×10安/平方厘米。該發明具有環保、合金用量少、耐腐蝕性強等優點。
2021年6月24日，《一種含有防腐塗層的鐵基管道》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種含有防腐塗層的鐵基管道
- 申請人：新興鑄管股份有限公司
- 發明人：李軍、王恩清、信紹廣、張永傑、李海順、綦曉平、戚廣宇、張明、張三輝、趙文良
- 申請號：2012101126987
- 申請日：2012年4月17日
- 公布號：CN103375657A
- 公布日：2013年10月30日
- 地址：河北省邯鄲市武安市新興鑄管工業區研究院
- 代理機構：北京雙收智慧財產權代理有限公司
- 代理人：王菲、盧新
- Int. Cl.：F16L58/08; C22C18/04
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,測試方法,實施案例,專利榮譽,
專利背景
截至2012年4月，埋地球墨鑄鐵管道及管件的熱噴塗塗層套用最為廣泛的是Zn塗層，Zn塗層雖然具有較好的動態電化學保護性能，但是一方面Zn塗層的孔隙率較高，減弱其防腐性能，另一方面，在常規大氣環境中，Zn塗層腐蝕產物主要由較難溶於水的氧化鋅、鹼式氫氧化鋅和鹼式碳酸鹽組成，此類腐蝕產物具有一定自封閉能力而阻隔潮氣等腐蝕介質的侵入，但是在海水或氯離子含量較高的環境中，由於氯離子的侵入，Zn塗層表面較難溶於水的碳酸鹽等腐蝕產物迅速被疏鬆、易於溶解的氯鹽化合物所取代，極大地減弱了腐蝕產物的自癒合性能，此反應具有較快的動力學過程。腐蝕產物的易溶性是Zn塗層耐腐蝕性能不高的一個重要原因，同時腐蝕產物還會引起塗層起泡，減低塗層的附著力，導致塗層容易發生點蝕、不均勻腐蝕而縮短其防腐壽命。另外，環境污染是熱噴塗Zn面臨的最大問題。在噴塗過程中高度霧化的金屬離子以及氧化產生的ZnO粉塵對環境造成嚴重污染，使得空氣中懸浮顆粒增加。ZnO粉塵有較強的毒性，少量吸入就會使人頭暈、噁心、發燒，大量吸入甚至會導致死亡，為了節能環保及提高Zn塗層的防腐能力，中國國內外普遍的做法是將噴塗單一Zn塗層改為噴塗ZnAl偽合金塗層或ZnAl合金塗層，雖然ZnAl偽合金或ZnAl合金塗層的腐蝕產物對塗層中的孔隙自封閉作用有所提高，但仍不徹底，致使ZnAl偽合金及合金塗層耐蝕性較差。
發明內容
專利目的
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》的目的是提供一種鐵基管道尤其是球墨鑄鐵管道及管件的防腐塗層，具有環保、合金用量少、耐腐蝕性強等優點。
技術方案
一種鐵基管道尤其是球墨鑄鐵管道及管件的防腐塗層，所述防腐塗層包括ZnAlRE合金層，優選進一步含有塗覆在合金層表面的封孔密封層；所述ZnAlRE合金層的重量組成為：Al：4.7~60％，RE：0.02-5％，其餘為Zn。
優選：Zn：56-85％，Al：14-42％。
優選：RE：0.05-2％，優選0.1-1.0％，更優選0.3-1.0％。
優選所述ZnAlRE合金層通過電弧噴塗，利用兩根ZnAlRE合金絲材，在管件及管道基體上沉積而成。
優選所述ZnAlRE合金層單位面積上的重量為130-400克/平方米，優選200克/平方米。
優選所述封孔層厚度為60-180微米，優選100-150微米。
優選所述封孔層為水性塗料層、溶劑型塗料層或者粉末塗料層。
優選所述的RE為鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔中的至少一種；優選鑭、鈰、鐠、釹中的至少一種；更優選鑭、鈰中的至少一種。
優選所述的合金層與管道的結合強度為15.0-16.0兆帕。
優選所述的合金層孔隙率是採用灰度法進行測試的，孔隙率為1.0-2.0％。
優選所述的合金層的Ecorr為~1.26~-1.17伏，Icorr為1.0~1.1×10安/平方厘米。
優選所述的合金層的極化電阻為820-2500歐·平方厘米。
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》進一步提供含有上述塗層的鐵基管道，尤其是球墨鑄鐵管道。
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》通過電弧噴塗，利用ZnAlRE合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlRE合金層，ZnAlRE合金層的耐蝕性優於ZnAl偽合金塗層及ZnAl合金塗層，這是由於RE元素可細化塗層顆粒，使顆粒粒度均勻，降低塗層孔隙率，使塗層組織緻密，進而減少了腐蝕通道。因此腐蝕反應進行一定時間後，由於腐蝕產物的堵塞，腐蝕介質很難通過塗層表面的缺陷進入塗層到達塗層/基體的界面，塗層的自封閉效果更加明顯，大大提高了塗層腐蝕產物層的穩定性，從而使ZnAlRE塗層表現出更好的耐蝕性。RE元素的加入對塗層耐蝕性影響的主要原因是降低了塗層的孔隙率，起到了淨化和細化組織的作用，從而使塗層腐蝕過程中的表面活性點減少，從而表現出明顯且穩定的自封閉效果。因此，ZnAlRE合金層具有優良的耐蝕性能。
有益效果
1.該塗層是綠色環保塗層，在噴塗過程中不會產生有毒的ZnO粉塵，改善了工人的勞動條件。
2.RE元素可細化塗層顆粒，使顆粒粒度均勻，降低塗層孔隙率，使塗層組織緻密，進而減少了腐蝕通道。因此腐蝕反應進行一定時間後，由於腐蝕產物的堵塞，腐蝕介質很難通過塗層表面的缺陷進入塗層到達塗層/基體的界面，塗層的自封閉效果更加明顯，大大提高了塗層腐蝕產物層的穩定性，從而使ZnAlRE塗層表現出更好的耐蝕性。
3.《一種含有防腐塗層的鐵基管道》噴塗的ZnAlRE合金層，密度較Zn塗層小，噴塗同樣厚度的塗層，ZnAlRE合金用量較少，節約了資源。
4.塗層耐蝕性能良好，噴塗的ZnAlRE合金層耐蝕性優於ZnAl合金塗層及ZnAl偽合金塗層。
附圖說明
圖1：（a）85Zn-15Al、（b）85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）、（c）78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）、（e）Zn塗層的塗層表面形貌觀察圖；
圖2：（a）85Zn-15Al、（b）85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）、（c）78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）、（e）Zn塗層的塗層截面形貌觀察及線掃描分析圖；
圖3：合金塗層與純鋅塗層極化曲線對比圖；
圖4：各種合金塗層以及純鋅塗層的16天鹽霧試驗微觀形貌觀察圖；
圖5：各種合金塗層以及純鋅塗層的巨觀鹽霧試驗圖（100天）。
技術領域
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》涉及一種管道及塗層，尤其是涉及鐵基管道，更加是球墨鑄鐵管道外防腐領域，尤其是一種球墨鑄鐵管道及管件的防腐塗層。
權利要求
1.一種球墨鑄鐵管道及管件的防腐塗層，其特徵在於：所述防腐塗層包括ZnAlRE合金層，進一步含有塗覆在合金層表面的封孔密封層；所述ZnAlRE合金層的重量組成為：Zn：56-85％，Al：14-42％，RE：0.02-5％，RE為鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的塗層，其特徵在於：RE為0.05-2％。
3.根據權利要求2所述的塗層，其特徵在於：RE為0.1-1.0％。
4.根據權利要求3所述的塗層，其特徵在於：RE為0.3-1.0％。
5.根據權利要求1-4任一項所述的塗層，其特徵在於所述ZnAlRE合金層通過電弧噴塗，利用兩根ZnAlRE合金絲材，在管件及管道基體上沉積而成。
6.根據權利要求1-4任一項所述的塗層，其特徵在於所述ZnAlRE合金層單位面積上的重量為130-400克/平方米。
7.根據權利要求6所述的塗層，其特徵在於所述ZnAlRE合金層單位面積上的重量為200克/平方米。
8.根據權利要求1-4任一項所述的塗層，其特徵在於所述封孔密封層厚度為60-180微米。
9.根據權利要求8所述的塗層，其特徵在於所述封孔密封層厚度為100-150微米。
10.根據權利要求1-4任一項所述的塗層，其特徵在於所述封孔密封層為水性塗料層、溶劑型塗料層或者粉末塗料層。
11.根據權利要求1-4任一項所述的塗層，其特徵在於所述的RE為鑭、鈰、鐠、釹中的至少一種。
12.根據權利要求11所述的塗層，其特徵在於所述的RE為鑭、鈰中的至少一種。
13.一種含有權利要求1-4任一項所述塗層的球墨鑄鐵管道。
實施方式
測試方法
《一種含有防腐塗層的鐵基管道》中塗層性能參數的測試方法如下：
1、塗層微觀組織結構分析
塗層腐蝕前後表面形貌使用FEI Quanta250環境掃描電鏡進行觀測，並結合EDS能譜儀定量分析。塗層及腐蝕產物的物相分析利用日本理學Dmax-RC旋轉陽極X射線衍射儀進行分析。以Cu靶的Ka為輻射源，管壓40千伏，電流為150毫安，掃描範圍2θ＝20~100度，步寬為0.02度，掃描速率為10度/分。
2、結合強度測試試驗
結合強度測試實驗採用CSS-44100電子萬能試驗機測定塗層與基體的抗拉結合強度。將試件裝在試驗機上，拉伸速度為1毫米/分鐘，均勻、連續地施載入荷至試件破斷，記錄試件最大破壞載荷，根據下面公式計算結合強度。
式中σb-塗層的結合強度（牛/毫米），F-塗層的最大斷裂載荷（牛），d-塗層破斷處結合面直徑（毫米）。
3、孔隙率測試
採用灰度法測定孔隙率，以實測平均值作為塗層的孔隙率。用金相顯微鏡觀察塗層的截面形貌和組織結構，在金相分析系統下，隨機取3個視場，測出每個視場中空隙所占的格數，並將3個視場的空隙所占的總格數同總視場的格數相比，比值即為塗層的孔隙度。
4、中性鹽霧加速實驗
在ATLAS CCX2000鹽霧箱中進行偶接試樣的加速腐蝕實驗，鹽霧實驗按照GB-T 10125-1997標準進行，實驗條件：在製備的（50±5）克/升中性NaCl溶液中，實驗溫度控制在（35±1）攝氏度進行連續鹽霧。首先將試樣置於室溫中放置48h，之後分別將試樣與垂直方向呈20°放置於鹽霧箱支架上，暴露5，15，30和大於30天后取樣（根據實際情況確定後續實驗時間）。鹽霧實驗後，用去離子水清洗掉表面附著的沉積鹽，冷風吹乾後，進行表面腐蝕狀態觀測。
5、實驗室全浸腐蝕試驗
實驗室全浸實驗參照國標JB/T6073-1992進行，試驗溶液選用3.5％NaCl溶液，浸泡周期為5，15，30和大於30天后取樣（根據實際情況確定後續實驗時間），浸泡溫度為室溫。經不同周期浸泡實驗後的取樣，用去離子水清洗掉表面附著的沉積鹽，冷風吹乾後，進行表面腐蝕狀態觀測。
6、電化學性能測試
塗層的腐蝕電位測試系統由PAR M273A恆電位儀和M5210鎖相放大器組成，採用三電極體系，以各種噴塗樣品為工作電極、面積為10×10毫米，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，鉑電極為輔助電極。腐蝕介質為3.5％NaCl溶液，測試前試樣在溶液中浸泡30分鐘，待電位穩定後開始測量。
實施案例
- 實施例1
1、噴塗ZnAlLaCe合金層
噴塗絲材種類：採用兩根ZnAlLaCe合金絲，合金絲直徑均為4.0毫米。
通過電弧噴塗，利用ZnAlLaCe合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlLaCe合金塗層，其塗層各元素的成分含量為：Al：14.9％，La+Ce：0.1％，其餘為Zn。
2、塗覆封孔密封層
採用環氧樹脂塗料噴塗封孔密封層，塗層厚度為150微米。
（1）、附著力測試結果
種類 | 成分 | 結合強度（兆帕） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 6.21 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 8.91 |
合金塗層 | 85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 15.56 |
從表1可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的附著力明顯高於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層。
（2）孔隙率測試結果
種類 | 成分 | 孔隙率（%） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 4.9 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 4.5 |
合金塗層 | 85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 1.5 |
從表2可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的孔隙率低於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層，更有利於阻擋外界腐蝕介質接觸金屬基體，從而提高塗層耐腐蝕性能。
（3）試驗之初極化曲線測試結果
種類 | 成分 | Ecorr/伏 | Icorr/10安·厘米 | Ep/伏 | Ip/10安·厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | -1.04 | 1.18 | - | - |
合金塗層 | 85Zn-15Al | -1.18 | 1.37 | -1.042 | 2.8 |
合金塗層 | 85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | -1.17 | 1.05 | -1.048 | 4.7 |
表3是純Zn塗層、85Zn-15Al合金塗層、85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層由極化曲線得到的腐蝕電位、腐蝕電流、擊破電位以及維鈍電流等四個參數的值。由表中可以看出，3種塗層的腐蝕電位相差不大。對於陽極過程，純鋅塗層陽極表現為明顯的陽極溶解，沒有鈍化出現；添加La、Ce元素以後，塗層有了明顯的鈍化特徵，耐蝕性能得到提高。
（4）試驗之初交流阻抗測試結果
鋅及鋅合金塗層 | Rs/歐·平方厘米 | Qdl/微法·厘米 | Rt/歐·平方厘米 | Qf/微法·厘米 | Rf/歐·平方厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
Zn | 11.3 | 5.2 | 308.3 | 0.023 | 147.3 |
85Zn-15Al | 4.39 | 3.9 | 444.8 | 0.027 | 222.7 |
85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 5.1 | 0.94 | 21.45 | 0.41 | 1250 |
表4是利用等效電路分別對純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的阻抗譜進行擬合得到各元件的值。根據表中各電路元件的值可以得出極化電阻Rp，而極化電阻的倒數與腐蝕電流成正比，也就是說，極化電阻越大，耐蝕性越好。
在合金體系中，Rp＝Rt+Rf；利用上式計算出上述3種塗層的極化電阻如表5所示：
種類 | 成分 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 455.6 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 667.5 |
合金塗層 | 85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 1271.45 |
由表5可以看出，純鋅塗層的耐蝕性最差。添加稀土元素之後，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）三元合金塗層相比於85Zn-15Al兩元合金塗層和純鋅塗層極化電阻值更大，耐蝕性更好。
（6）32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果
表6為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1516.72 |
85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 32天 | 2347.9 |
由表6可以看出，同樣經歷32天鹽霧試驗後，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大得多，說明添加La、Ce元素後，塗層腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
（7）32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果
表7為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1102.5 |
85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce） | 32天 | 1625.66 |
由表7可以看出，同樣經歷32天鹽水浸泡試驗後，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大很多，說明添加La、Ce元素後，塗層在鹽水介質中腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
- 實施例2
合金層含量為：Al：21.9％，La+Ce：0.1％，其餘為Zn，其餘同實施例1。
（1）附著力測試結果
種類 | 成分 | 結合強度（兆帕） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 6.21 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 8.91 |
合金塗層 | 78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 15.23 |
從表8可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的附著力高於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層。
（2）孔隙率測試結果
種類 | 成分 | 孔隙率（%） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 4.9 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 4.5 |
合金塗層 | 78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 1.8 |
從表9可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的孔隙率明顯低於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層，更有利於阻擋外界腐蝕介質接觸金屬基體，從而提高塗層耐腐蝕性能。
（3）試驗之初極化曲線測試結果
表10為純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的極化曲線測試結果：
種類 | 成分 | Ecorr/伏 | Icorr/10安·厘米 | Ep/伏 | Ip/10安·厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | -1.04 | 1.18 | - | - |
合金塗層 | 85Zn-15Al | -1.18 | 1.37 | -1.042 | 2.8 |
合金塗層 | 78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | -1.24 | 1.02 | -1.054 | 2.6 |
表10是純Zn塗層、85Zn-15Al合金塗層、78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層由極化曲線得到的腐蝕電位、腐蝕電流、擊破電位以及維鈍電流等四個參數的值。由表中可以看出，3種塗層的腐蝕電位相差不大。對於陽極過程，純鋅塗層陽極表現為明顯的陽極溶解，沒有鈍化出現，而另兩種合金塗層有了明顯的鈍化特徵；添加La、Ce元素以後，維鈍電流最低，耐蝕性能得到提高。
（4）試驗之初交流阻抗測試結果
表11為純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的交流阻抗測試結果：
鋅及鋅合金塗層 | Rs/歐·平方厘米 | Qdl/微法·厘米 | Rt/歐·平方厘米 | Qf/微法·厘米 | Rf/歐·平方厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
Zn | 11.3 | 5.2 | 308.3 | 0.023 | 147.3 |
85Zn-15Al | 4.39 | 3.9 | 444.8 | 0.027 | 222.7 |
78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 4.5 | 0.81 | 11.08 | 0.52 | 876 |
表11是利用等效電路分別對純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的阻抗譜進行擬合得到各元件的值。根據表中各電路元件的值可以得出極化電阻Rp，而極化電阻的倒數與腐蝕電流成正比，也就是說，極化電阻越大，耐蝕性越好。
在合金體系中，Rp＝Rt+Rf；利用上式計算出上述3種塗層的極化電阻如表12所示：
種類 | 成分 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 455.6 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 667.5 |
合金塗層 | 78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 887.08 |
由表12可以看出，純鋅塗層的耐蝕性最差。添加稀土元素之後，78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）三元合金塗層相比於85Zn-15Al兩元合金塗層和純鋅塗層極化電阻值更大，耐蝕性更好。
（6）32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果
表13為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1516.72 |
78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 32天 | 2052.1 |
由表13可以看出，同樣經歷32天鹽霧試驗後，78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大得多，說明添加La、Ce元素後，塗層腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
（7）32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果
表14為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1102.5 |
78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce） | 32天 | 1625.66 |
由表14可以看出，同樣經歷32天鹽水浸泡試驗後，78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大很多，說明添加La、Ce元素後，塗層在鹽水介質中腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
- 實施例3
1、噴塗ZnAlLa合金層
噴塗絲材種類：採用兩根ZnAlLa合金絲，合金絲直徑均為2.0毫米。
通過電弧噴塗，利用ZnAlLa合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlLa合金塗層，其塗層各元素的成分含量為：Al：4.7％，La：0.3％，其餘為Zn。
2、塗覆封孔密封層
採用環氧樹脂塗料噴塗封孔密封層，塗層厚度為60微米。
（1）附著力測試結果
種類 | 成分 | 結合強度（兆帕） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 6.21 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 8.91 |
合金塗層 | 95Zn-4.7Al-0.3La | 15.95 |
從表15可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的附著力高於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層。
（2）孔隙率測試結果
種類 | 成分 | 孔隙率（%） |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 4.9 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 4.5 |
合金塗層 | 95Zn-4.7Al-0.3La | 2.0 |
從表16可以看出，鋅鋁稀土合金塗層的孔隙率明顯低於純鋅塗層、鋅鋁合金塗層，更有利於阻擋外界腐蝕介質接觸金屬基體，從而提高塗層耐腐蝕性能。
（3）試驗之初極化曲線測試結果
表17為純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的極化曲線測試結果：
種類 | 成分 | Ecorr/伏 | Icorr/10安·厘米 | Ep/伏 | Ip/10安·厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | -1.04 | 1.18 | - | - |
合金塗層 | 85Zn-15Al | -1.18 | 1.37 | -1.042 | 2.8 |
合金塗層 | 95Zn-4.7Al-0.3La | -1.26 | 1.06 | -1.045 | 2.5 |
表17是純Zn塗層、85Zn-15Al合金塗層、95Zn-4.7Al-0.3La合金塗層由極化曲線得到的腐蝕電位、腐蝕電流、擊破電位以及維鈍電流等四個參數的值。由表中可以看出，3種塗層的腐蝕電位相差不大，表明都具有較好的陰極保護性能，而95Zn-4.7Al-0.3La塗層陰極保護性相對更好一些。對於陽極過程，純鋅塗層陽極表現為明顯的陽極溶解，沒有鈍化出現，而另兩種合金塗層有了明顯的鈍化特徵；添加La元素以後，維鈍電流最低，耐蝕性能得到提高。
（4）試驗之初交流阻抗測試結果
表18純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的交流阻抗測試結果：
鋅及鋅合金塗層 | Rs/歐·平方厘米 | Qdl/微法·厘米 | Rt/歐·平方厘米 | Qf/微法·厘米 | Rf/歐·平方厘米 |
|---|---|---|---|---|---|
Zn | 11.3 | 5.2 | 308.3 | 0.023 | 147.3 |
85Zn-15Al | 4.39 | 3.9 | 444.8 | 0.027 | 222.7 |
95Zn-4.7Al-0.3La | 4.25 | 0.76 | 150.6 | 0.54 | 658.4 |
表18是利用等效電路分別對純鋅塗層、鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層的阻抗譜進行擬合得到各元件的值。根據表中各電路元件的值可以得出極化電阻Rp，而極化電阻的倒數與腐蝕電流成正比，也就是說，極化電阻越大，耐蝕性越好。
在合金體系中，Rp＝Rt+Rf；利用上式計算出上述3種塗層的極化電阻如表19所示：
種類 | 成分 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
純鋅塗層 | Zn | 455.6 |
合金塗層 | 85Zn-15Al | 667.5 |
合金塗層 | 95Zn-4.7Al-0.3La | 824.8 |
由表19可以看出，純鋅塗層的耐蝕性最差。添加稀土元素之後，95Zn-4.7Al-0.3La三元合金塗層相比於85Zn-15Al兩元合金塗層和純鋅塗層極化電阻值更大，耐蝕性更好。
（6）32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果
表20為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層32天鹽霧試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1516.72 |
95Zn-4.7Al-0.3La | 32天 | 1934.58 |
由表20可以看出，同樣經歷32天鹽霧試驗後，95Zn-4.7Al-0.3La合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大得多，說明添加La元素後，塗層腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
（7）32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果
表21為鋅鋁合金塗層、鋅鋁稀土合金塗層32天鹽水浸泡試驗後交流阻抗測試結果：
塗層種類 | 試驗周期 | Rp/歐·平方厘米 |
|---|---|---|
85Zn-15Al | 32天 | 1102.5 |
95Zn-4.7Al-0.3La | 32天 | 1768.59 |
由表21可以看出，同樣經歷32天鹽水浸泡試驗後，95Zn-4.7Al-0.3La合金塗層的極化電阻比85Zn-15Al塗層大很多，說明添加La元素後，塗層在鹽水介質中腐蝕產物更加緻密，其自封閉效果更好，因而耐腐蝕性得到進一步提高。
- 實施例4
1、合金層成分：Al：20％，Pr：0.1％，其餘為Zn。
2、密封層厚度為100微米，其餘同實施例3。
- 實施例5
1、噴塗ZnAlLa合金層
噴塗絲材種類：採用兩根ZnAlLa合金絲，合金絲直徑均為4.0毫米。
通過電弧噴塗，利用ZnAlLa合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlLa合金塗層，其塗層各元素的成分含量為：Al：25％，La：0.5％，其餘為Zn。
2、塗覆封孔密封層
採用環氧樹脂塗料噴塗封孔密封層，塗層厚度為150微米。
- 實施例6
1、噴塗ZnAlCe合金層
噴塗絲材種類：採用兩根ZnAlCe合金絲，合金絲直徑均為2.5毫米。
通過電弧噴塗，利用ZnAlCe合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlCe合金塗層，其塗層各元素的成分含量為：Al：40％，Ce：1.0％，其餘為Zn。
2、塗覆封孔密封層
採用環氧樹脂塗料噴塗封孔密封層，塗層厚度為180微米。
- 實施例7
合金層：Al：50％，Nd：2.0％，其餘為Zn，其餘同實施例6。
- 實施例8
1、噴塗ZnAlCe合金層
噴塗絲材種類：採用兩根ZnAlCe合金絲，合金絲直徑均為1.5毫米。
通過電弧噴塗，利用ZnAlCe合金絲材，在球墨鑄鐵管基體上沉積出ZnAlCe合金塗層，其塗層各元素的成分含量為：Al：50％，Ce：3.0％，其餘為Zn。
2、塗覆封孔密封層
採用環氧樹脂塗料噴塗封孔密封層，塗層厚度為180微米。
- 實施例9
合金層各元素為：Al：60％，Dy：5.0％，其餘為Zn，其餘同實施例8。
通過對實施例4~9中的塗層進行與實施例1-3相同的性能測試發現，所述實施例中的合金塗層附著力在15.0-16.0兆帕，孔隙率為1.0-2.0％，Ecorr為-1.24~-1.18伏，Icorr 為1.0-1.1×10安/平方厘米，32天鹽霧試驗後的極化電阻Rp為1800~2500（歐·平方厘米），32天鹽水浸泡試驗後的極化電阻Rp為1750~2400（歐·平方厘米），各項性能均好於鋅鋁合金塗層和純鋅塗層。
從附圖1可以看出，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）塗層、78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）塗層所呈現的片層狀交錯跌落結構比85Zn-15Al塗層、純鋅塗層更加明顯，片層狀結構一方面增大腐蝕介質經由塗層表面到達至基材的路徑，另一方面，片層狀結構更加緻密，這與孔隙率測試結果一致，緻密塗層能夠更加有效地阻礙腐蝕介質的浸入，因而塗層防腐性能得以提高。
從附圖2可以看出，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）和78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層與基體之間的縫隙小於85Zn-15Al和Zn塗層，說明添加稀土元素後，合金塗層與基體間的附著力增加，這與附著力測試結果一致，另外，從EDS線掃描圖可知，添加稀土的多元合金塗層中的La、Ce元素分布比較均勻，能夠提高多元合金塗層的防腐性能。
從附圖3可以看出，對於陽極過程，純鋅塗層陽極表現為明顯的陽極溶解，沒有鈍化出現，而85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）和78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）合金塗層的陽極過程都表現出明顯的鈍化特性。
從附圖4可以看出，16天鹽霧試驗後，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）和78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）塗層腐蝕產物更加緻密，而85Zn-15Al和純Zn塗層腐蝕產物則出現較大疏鬆孔洞和裂縫，表明添加稀土元素後，塗層耐腐蝕性能得到提高。
從附圖5可以看出，經過100天鹽霧試驗後，純Zn塗層出現嚴重紅銹，85Zn-15Al合金塗層雖未出現紅銹，但白銹（即腐蝕產物）非常厚重，可以預見，當腐蝕介質穿透白銹到達基體時，則會出現紅銹現象；而相比之下，85Zn-14.9Al-0.1（La+Ce）和78Zn-21.9Al-0.1（La+Ce）塗層的白銹則少得多，說明La和Ce元素的添加有助於延緩塗層的腐蝕速度，因而塗層耐腐蝕性能得到明顯改善。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種含有防腐塗層的鐵基管道》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
