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一种非晶防护耐蚀钢筋及其制备方法技术

技术编号:19803943 阅读:33 留言:0更新日期:2018-12-19 09:54
一种非晶防护耐蚀钢筋及其制备方法。该钢筋上涂层用的粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr 25~28wt%、B 11~13wt%、C 0.2~0.7wt%、P 0.5~2.5wt%、Cu 3~4.5wt%、Ni 1.5~3.5wt%、Mo 5~10wt%、Mn 2~4wt%、Ti 0.35~0.57wt%,余量为Fe。将组分干燥后按比放入混粉机中混匀后,放入U形的304不锈钢钢带槽中,把U形槽合口并经过拉丝模拉拔成丝。对钢筋本体进行预处理,以粉芯丝材为原料,采用超音速电弧喷涂技术制备涂层,并使用封孔处理即可。本发明专利技术涂层非晶含量、结合强度高,孔隙率低、耐蚀性强且成本低廉,为钢筋防腐提供新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶防护耐蚀钢筋及其制备方法
本专利技术属于材料加工工程用建筑工程材料领域,具体涉及一种非晶防护耐蚀钢筋及其制备方法。
技术介绍
钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要原因。目前对于大型港口、跨海大桥、大坝等基础设施,人们更关心的是混凝土的耐久性问题。但许多大型基础设施的实际寿命较设计寿命短,尤其是海上及沿海、盐碱地区,由于Cl-的存在,钢筋的锈蚀速度加快,大大降低了钢筋混泥土结构的使用寿命,给国民经济和人民生命财产安全带来巨大损害。非晶态合金是一种非晶态的均匀单相,它不存在晶界、亚晶界、位错等晶体缺陷,具有极高的强度、韧度和耐磨耐蚀性能。与相同成分的晶态合金、不锈钢相比,它不存在晶界等腐蚀薄弱环节,因而具有优异的防腐蚀性能。目前提高钢筋耐蚀性的措施主要有:钢筋表面涂有机防腐层、添加钢筋阻锈剂、增强基础混凝土防碳化能力、负(阴)极保护法等。钢筋表面有机防腐涂层结合强度较低,施工难度高且在运输、布筋过程中防护膜易受损;钢筋阻锈剂中阳极型钢筋阻锈剂一旦用量不足可能会加速腐蚀,而阴极型钢筋阻锈剂单独使用时,其效果不明显,用量一般较大,成本较高;增强基础混凝土防碳化能力有较好的防渗透能力,但保护剂易燃,并且有毒性,对呼吸不利,并且会腐蚀皮肤;负(阴)极保护法阳极需要更换且受到使用条件的限制。可见,目前的钢筋防护措施起到了一定的防护效果,但无法有效解决钢筋的腐蚀问题,而非晶防护涂层具有优异耐蚀性能,这给钢筋防护提供了一个新的解决途径。热喷涂技术经过多年的发展已经十分成熟,并且广泛应用于涂层制备领域。目前常用的热喷涂技术主要有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂等。相较于火焰喷涂,超音速电弧喷涂制备的涂层具有更高的结合强度、更低的孔隙率,并且超音速电弧喷涂的成本又远低于等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂。因此,用超音速电弧喷涂技术制备一种非晶防护耐蚀钢筋,可以降低生产成本,并获得最佳的性价比。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供一种非晶防护耐蚀钢筋及其制备方法,所得钢筋具有优异的抗腐蚀性能,能显著提高钢筋混凝土结构的耐久性,并为钢筋防腐蚀提供新的途径。一种非晶防护耐蚀钢筋,包括钢筋本体和涂层,所述涂层喷涂于钢筋本体表面,所述涂层由粉芯丝材喷涂形成,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr25~28wt%、B11~13wt%、C0.2~0.7wt%、P0.5~2.5wt%、Cu3~4.5wt%、Ni1.5~3.5wt%、Mo5~10wt%、Mn2~4wt%、Ti0.35~0.57wt%,余量为Fe;粉芯丝材的直径为2mm,填充率为35~40%。作为优选的是,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr26.5wt%、B12.5wt%、C0.45wt%、P0.15wt%、Cu3.75wt%、Ni2.5wt%、Mo7.5wt%、Mn3.5wt%、Ti0.45wt%,余量为Fe;粉芯丝材的填充率为37%。上述非晶防护耐蚀钢筋的制备方法,包括以下步骤:步骤1,称取含有粉芯丝材所需10种元素的粉末,干燥后投入混粉机中于常温下混合得混合粉A;步骤2,选用304不锈钢钢带,将其扎成U形作为包覆层,再将混合粉A加入到不锈钢钢带的U形槽中,所述混合粉A与钢筋本体的重量比为(0.35~0.57)∶1;步骤3,将U形槽合口使混合粉A包覆在其中,然后经过拉丝模将其以150~200mm/s的速度拉拨减径,得到直径为2mm的粉芯丝材;步骤4,将钢筋本体表面除锈除油后,在气压为0.7~0.9MPa下,采用粒度为5~30目的棕刚玉砂,对钢筋本体表面进行喷砂粗化,即完成钢筋本体表面预处理;步骤5,将粉芯丝材送入超音速电弧喷涂设备中,喷涂在预处理后的钢筋本体表面形成涂层,其中喷涂工艺的参数为喷涂电压30~35V,喷涂电流120~140A,喷涂距离150~200mm,喷涂气压0.7~0.9MPa,喷枪移动速度10~20mm/s;步骤6,喷涂完成后使用有机硅树脂或环氧树脂对涂层进行封孔处理,即得非晶防护耐蚀钢筋。作为改进的是,步骤1中干燥的温度为90~100℃,干燥时间为1~2小时;混合时间为1~4小时。进一步改进的是,步骤1中干燥的温度为95℃,干燥时间为1.5小时;混合时间为2小时。作为改进的是,步骤2中所述混合粉A与钢筋本体的重量比为0.45∶1。作为改进的是,步骤3中拉拔速度为170mm/s。作为改进的是,步骤5中喷涂工艺的参数为:喷涂电压32V,喷涂电流130A,喷涂距离160mm,喷涂气压0.8MPa,喷枪移动速度15mm/s。有益效果:1、非晶防护耐蚀钢筋的粉芯丝材的成分中,B、C、P为小原子,可以降低非晶合金的临界冷却速度,提高非晶防护涂层的非晶形成能力;Cr、Cu、Ni、Mn、Ti属于中间原子,Mo为大原子;大、中、小原子的合理搭配可以使体系的错配度增加,有利于提高体系的非晶形成能力;另外Cr可以提高非晶防护涂层的电极电位,从而提高钢筋的耐腐蚀性能,Cu可以提高非晶防护涂层抗微生物腐蚀的能力,Mo可以提高非晶防护涂层抵抗Clˉ侵蚀的能力,Ti可以形成致密的氧化膜层,提高非晶防护涂层的耐腐蚀性,Ni可改善非晶防护涂层的韧性,Mn的加入可以增加原子的错配度,提高防护涂层的非晶形成能力;2、采用超音速电弧喷涂技术制备,可获得低氧化物含量、致密连续的非晶涂层,涂层几乎不含晶体相,孔隙率<5%,涂层结合强度47~55MPa;3、制备的非晶防护耐蚀钢筋具有优异的耐腐蚀性能。在混凝土模拟孔隙液中腐蚀电位约为-460mV,高于镀铬层(-554mV);腐蚀电流密度约为6.800μA·cm-2,低于镀铬层(14.12μA·cm-2),故其耐蚀性优于镀铬层;4、本专利技术使用的原料成本低廉,大部分为工业用合金,且采超音速电弧喷涂技术制备,成本较低。附图说明图1为钢筋纵截面的示意图,其中,(a)为实施例1制备的钢筋,(b)为未经封孔处理的钢筋,1-钢筋本体,2-非晶涂层,3-封孔后的孔隙,4-氧化物,5-未封孔处理的孔隙;图2为实施例3制备的非晶防护耐蚀钢筋上涂层的金相照片;图3为实施例3制备的非晶防护耐蚀钢筋上涂层的XRD图谱;图4为实施例1~5制备的非晶防护耐蚀钢筋上涂层的Tafel极化曲线。具体实施方式实施例中具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。若未特别指明,实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。本实施方式中采用DT2000图像分析软件依据灰度法测量涂层的孔隙率。采用PARSTAT2273电化学工作站在混凝土模拟孔隙液中测量钢筋的腐蚀电位和腐蚀电流密度。实施例1一种非晶防护耐蚀钢筋,包括钢筋本体和厚度为300-500μm的涂层,所述涂层喷涂于钢筋本体表面,所述涂层由粉芯丝材喷涂形成,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:27.7wt%Cr、13wt%B、0.7wt%C、2.5wt%P、4.5wt%Cu、3.5wt%Ni、9.5wt%Mo、4wt%Mn、0.45wt%Ti,余量为Fe;粉芯丝材的直径为2mm,粉芯丝材的填充率为37%。上述非晶防护耐蚀钢筋的制备方法,包括以下步骤:步骤1,称取含有粉芯丝材所需1本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种非晶防护耐蚀钢筋,包括钢筋本体和涂层,所述涂层喷涂于钢筋本体表面,其特征在于,所述涂层由粉芯丝材喷涂形成,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr 25~28wt%、B 11~13wt%、C 0.2~0.7wt%、P 0.5~2.5wt%、Cu 3~4.5wt%、Ni 1.5~3.5wt%、Mo 5~10wt%、Mn 2~4wt%、Ti 0.35~0.57wt%,余量为Fe;粉芯丝材的直径为2mm,填充率为35~40%。

【技术特征摘要】
1.一种非晶防护耐蚀钢筋,包括钢筋本体和涂层,所述涂层喷涂于钢筋本体表面,其特征在于,所述涂层由粉芯丝材喷涂形成,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr25~28wt%、B11~13wt%、C0.2~0.7wt%、P0.5~2.5wt%、Cu3~4.5wt%、Ni1.5~3.5wt%、Mo5~10wt%、Mn2~4wt%、Ti0.35~0.57wt%,余量为Fe;粉芯丝材的直径为2mm,填充率为35~40%。2.根据权利要求1所述的一种非晶防护耐蚀钢筋,其特征在于,所述粉芯丝材包括以下按重量百分比计的组分:Cr26.5wt%、B12.5wt%、C0.45wt%、P0.15wt%、Cu3.75wt%、Ni2.5wt%、Mo7.5wt%、Mn3.5wt%、Ti0.45wt%,余量为Fe;粉芯丝材的填充率为37%。3.基于权利要求1所述的一种非晶防护耐蚀钢筋的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,称取含有粉芯丝材所需10种元素的粉末,干燥后投入混粉机中于常温下混合得混合粉A;步骤2,选用304不锈钢钢带,将其扎成U形作为包覆层,再将混合粉A加入到不锈钢钢带的U形槽中,所述混合粉A与钢筋本体的重量比为(0.35~0.57):1;步骤3,将U形槽合口使混合粉A包覆在其中,然后经过拉丝模将其以150~200mm/s的速度拉拨减径,得到直径为2mm的粉芯丝材;...

【专利技术属性】
技术研发人员:汪煜钧乔磊吴玉萍程杰
申请(专利权)人:河海大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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