钢铁腐蚀与防护

钢铁腐蚀与防护1.有机涂层腐蚀防护由有机高分子化合物为主体组成覆盖层统称为有机覆盖层。

有机涂层还常常称作涂料,早期的涂料通常叫做油漆。

其主要成膜物质和溶剂等,是以有机材料为主体的有机涂料。

覆盖层是通过阻抗抑制、氧缺乏、阻止金属向环境放电和缓蚀技术来达到腐蚀防护的目的。

有机涂层种类繁多,应该依据钢结构的用途、环境、使用年限要求等进行选择。

有机涂料的选择应考虑与腐蚀环境相适应的涂料品种、体系相匹配。

更进一步了解成膜物质、溶剂等,其品种主要有过氯乙烯类、环氧树脂类、氯磺化聚乙烯类、聚氨酯类、氯化橡胶类、不饱和聚酯类、聚氟橡胶类、有机硅类,以及可用于地下的沥青焦油类等。

有的还可交替搭配(如环氧煤焦油、含氟聚氯乙烯等) 。

作为防腐涂料的特殊要求,须包含具有缓蚀作用的防锈颜料,一般有碱性颜料(红丹、铅酸钙等) 、可溶性颜料(锌黄、铬黄、磷锌黄等) 、阴极保护型颜料(锌、铝、镁粉等)在室外使用的耐候性树脂覆盖层的耐久性按下面的顺序递增：油脂≤酚醛≤醇酸树脂≤氯化橡胶系≤丙烯酸系≤聚氨酯系≤丙烯酸有机硅≤氟树脂类目前国内外使用最多的钢铁结构件防腐方法是有机涂料涂装。

涂装防腐主要基于隔离机理。

显然只有当涂层将钢铁基体与腐蚀环境完全隔离时，涂层才能有效地保护钢铁材料免于腐蚀。

但是事实上几乎所有的有机涂料橡层都存在一些微小的“针孔”．当外界的腐蚀介质通过这些通道到达钢铁基体时，就在涂层与基体的界面处发生腐蚀。

钢铁腐蚀对产生的腐蚀产物体积将膨胀20倍，其结果是在涂层中出现蚀痕、鼓泡和剥脱．最终导致腐蚀防护体系的失效。

为了维持涂层对钢铁基体的保护作用，通常每隔几年就要对钢铁构件重新涂装一遍，在腐蚀严重的环境下甚至每年都要涂装一遍．涂装方法的另一个缺点是污染环境。

目前．许多国家对使用有机涂料的限制越来越严格2.无机非金属涂层腐蚀防护以非金属元素氧化物或金属与非金属元素生成的氧化物为主体构成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。

无机非金属覆盖层具有耐热、耐蚀和高绝缘性的优点，但由于其脆性大冲击韧性差在建筑结构的腐蚀防护中应用受限3.金属覆盖层腐蚀防护凡把一种(或多种)金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基体上，而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖层。

钢结构用金属覆盖层大多为锌及其合金，常采用的工艺有电镀、热浸、喷涂、扩散和机械镀等。

铝及其合金的应用也在钢结构有应用，其工艺为喷涂、热浸、扩散、包敷和气象沉积等，铝的耐蚀性远高于锌，但其工艺性能不如锌覆盖层，特别是在喷厚之后，其韧性以及其与基体的结合能力较差，在建筑结构中较少应用我国在19 世纪五六十年代就开始锌金属覆盖层的应用，主要为热喷和热浸工艺，近年来随着技术交流和进步，在国外广泛使用的冷喷锌技术开始在国内电力工程建设中应用镀锌机械镀锌：我国的机械镀工艺发展稍晚,只有几十年的历史,机械镀在工业上的成功应用是近几年的事情,目前国内在生产上成功应用的是机械镀锌工艺。

机械镀锌的应用比较广泛,涉及到车辆制造业、电力电网、交通设施、建筑金具、小五金及农用设施等很多领域,一般工件长度应小于300 mm ,重量少于1kg。

最适合机械镀的工件有环链、螺栓、螺母、各种垫片、弹簧、自攻螺钉、射钉、水泥钉、膨胀钉、线路金具、管路联接件和高强度紧固件等电镀：电镀是将材料或部件放入含有镀层金属离子的溶液中，以镀件作为阴极，通以电流，使溶液中的金属离子在镀件表面放电、结晶，并沉积成镀层。

电镀层与基材是机械结合，其优点是容易控制镀层厚度，能比较容易地实现单面镀或差厚镀，可广泛用于获得Cu、Zn、Cr、Ni及其合金镀层。

对于钢铁工业来说，电镀锌和电镀锡是两类最重要的产品。

我国的电镀锌钢结构和富锌涂料都是在近几年开始大量使用的。

电镀锌钢结构主要应用在塔机防腐工程中,塔机用钢结构表面采用无氨、无氰溶液镀锌以及镀锌层经钝化处理后,不仅具有良好的电化学保护作用,而且还能使其镀锌层的耐中性盐雾的腐蚀性能得到很大的提高,从而极大地延长塔机用钢结构的使用寿命。

此外，电镀锌还被广泛用作有机涂料的底层，如汽车的车底、电冰箱的外壳，在电镀锌层的上面，喷一层有机涂料，即耐蚀又美观。

热喷涂工艺：利用不同的热源，将材料溶化、雾化后，高速堆积到基体表面，形成一定厚度的金属附着层。

按照使用热源的不同．将热喷涂分为：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂。

根据使用材料的形状不同又可分为：线材喷涂和粉末喷涂。

用于防腐目的的热喷涂方法主要是线材电弧喷涂和线材火焰喷滁。

比较二者，各有长处．前者喷涂生产率和能源利用率较高、涂层结合强度大、操作简便，适用于大的平面结构施工。

后者操作灵活，便于对边角或几何形状复杂的构件进行喷涂。

此外，激光喷涂、高频感应喷涂等工艺方法也在发展使用中。

用于防腐目的的热喷涂涂层主要是锌涂层、铝涂层、锌合金及铝合金涂层。

它们对钢铁材料的保护机理主要有二个：一是与涂料涂装防腐工艺类似，目的在于阻挡腐蚀介质与钢铁基体接触的隔离作用；二是通过涂层材料自我牺牲来实现的阴极保护作用．根据电化学理论，锌、铝及其合金涂层的电极电位较钢铁材料低，在有电解液存在的条件下，这些涂层为阳极性材料，钢铁为阴性材料，它们间形成腐蚀甄电池。

在腐蚀过程中．阴极材料(涂层)通过自身的牺牲实现对阴极材料(钢铁)的保护。

由于锌或铝涂层的腐蚀产物能有效地减缓腐蚀速度，所以涂层的消耗也很缓慢，可以给予钢铁基体较长时间的保护．锌、铝及其台金涂层在许多环境下对钢铁材料都有很好的保护作用。

相对来说．由于铝涂层内部微粒表面覆盖有坚韧的氧化膜，铝涂层的寿命更长。

与锌相比铝涂层的缺点是对钢铁材料的动态电化学保护效果不如前者。

热喷涂涂层选择的基本原则是：锌涂层在ph值4-9的环境介质中表现良好的耐腐蚀性能，锌涂层适用于矿井、淡水、大气及土壤中钢铁构件的保护。

在弱酸介质、升温条件(温度高于6612)或在海洋环境下工作的钢铁结构件应选用铝涂层。

电镀锌、铝及热浸铝也是很好的防腐方法．他们也是通过自身的牺牲来对钢铁基体施加阴极保护。

由于电镀槽、热浸锅的容积限钢，通常这些工艺只适用于较小体积工件的批量生产。

此外．对于自我消耗的阳极涂层来说，涂层的厚度直接关系到防腐体系的使用寿命。

由于电镀锌的沉积速度很慢．镀层较薄，其镀层厚度通常仅有几微米到几十微米。

在许多腐蚀环境下，镀层的维持时间相对较短。

热浸方法的镀层比电镀锌厚．但由于在加工过程中会有部分铁溶入锌液或铝液，使得镀层中铁含量增加．降低了镀层的防护效果。

与上述方法相比，热喷涂防腐涂层既可到现场施工，又可在工厂车间内生产，设备简单，移动方便。

熟喷涂生产效率高、操作容易、灵活，涂层的厚度容易控制．可根据需要设计涂屡厚度。

此外，热喷涂得到的锌或铝涂层中铁杂质含量低，耐蚀性好-防护周期长．在许多场合下，热喷涂涂层与涂料涂装的联合应用可得到更好的防护效果。

其原因是喷涂层的表面凸凹不平，且有很多孔隙，涂料涂装在喷涂层表面将渗入孔隙，增加了涂料的结合强度。

两工艺结合既可起到封闭热喷涂孔隙的作用．又提高了涂料的附着力。

热喷涂方法与传统的涂料涂装、电镀、热浸方法互相补充，并在某些领域逐渐地替代了它们，成为更有前途的防腐手段。

热喷涂的优点是适用范围广，既可大面积附着，又可局部修复，工艺灵活既可工厂施工又可以现场施工，厚度易于控制，便于和其他工艺形成复合功能覆盖层；我国热喷涂锌工艺主要应用于水工钢结构、滨海电厂钢结构、金属钢闸门、煤矿机械等方面。

缺点是和基层结合力受到限制，一般以机械结合为主，小面积喷涂不经济，且喷涂层的孔隙率较高易形成点蚀。

热喷涂防腐施工要复杂一些。

它要求一些专用的喷涂设备及辅助装置，而且对施工操作人员的技能要求更高些．热浸工艺：把金属构件表面经过预处理后全浸入某一种熔融金属溶液里，熔融金属与构件表面通过一定的冶金介面扩散而形成金属覆盖层。

热浸镀金属工艺一般分为溶剂法和氧化还原法(“森吉米尔法”)，溶剂法又分为“湿法”和“干法”。

国内工厂化生产工艺，一般结构构件采用的是溶剂干法，而板材和钢带多采用氧化还原法。

溶剂干法的工艺流程：除油-热水洗-酸洗-水洗-溶剂预处理-干燥-热浸镀-冷却或后处理-检验，其特点是金属覆盖层和基层结合好，防腐蚀性能较热喷涂高，缺点是构件经热浸金属覆盖层处理后有变形，表面不均匀，处理尺寸受热浸槽影响，环保法规限制较多。

热喷涂和热浸镀工艺因都是需要在特定的温度条件下进行，能耗高，对周边环境有影响，工艺成本较高，现场修复条件差。

冷喷锌工艺：通过涂装工艺在金属构件表面形成锌金属保护膜，具有阴极保护(阳极牺牲)功能。

冷喷锌干膜内含纯锌达96％以上，其腐蚀机理均属于阴极保护电化学理论。

冷喷锌涂层，同时自身具有良好屏障保护，形成双重保护作用，使它具备优异的防腐性能。

其特点是环境友好，涂层和基层结合力好，便于施工，易于维护，经济性好。

近5 年来,各种冷涂锌产品在国内的许多重点工程上得到了应用,如上海的磁悬浮列车轨道功能件、广州新白云机场、苏通大桥、广东大唐电厂、北京高碑店污水处理厂、南京扬子- 巴斯夫石化公司、宜昌长江电力公司闸门维修工程等在世界范围内,镀锌仍然是钢铁防腐的主体技术。

采用锌及锌- 铝合金镀层进行表面防护的钢铁，产品, 在发达国家已经达到年钢产量的30 %～40 % ,我国目前仅为10 % ,却以6 %的年增长量递增，,金属锌作为一种相对廉价的防腐蚀材料,必将在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。

单一涂层体系单一涂层体系指纯锌、纯铝或者其合金单独构成金属涂层．外加封闭剂。

锌的腐蚀速度受环境因素影响较大，在干燥和农村大气中很耐腐蚀，腐蚀速度仅为0．1um／年；在工业和潮湿大气中，其耐蚀性明显降低．腐蚀速度大于6um／年。

而铝涂层表面极易生成一层A12O3钝化膜，保证着钢基本不受腐蚀。

但由于铝涂层孔隙率大，若不采用封闭处理，仍会产生“泛黄”现象。

近些年随着复合涂层体系(金属涂层+封闭涂层)理论的提出。

钢结构的腐蚀防护寿命一下子提高到60年，对传统单一油漆涂层防护体系提出了挑战。

复合涂层体系复合涂层体系就是利用锌涂层突出的阴极保护作用和铝涂层良好的耐蚀性而制备的锌一铝复合涂层。

复合涂层一般以锌作底层、铝作表层。

除利用锌对钢基体良好浸润性外，同时也兼以铝涂层的环境敏感性小．锌的腐蚀生成物可以更好的自封闭特点。

据有关资料分析涂层经盐雾、浸泡等腐蚀试验。

复合涂层耐蚀性明显优于单一锌、铝涂层。

其腐蚀速度仅为锌涂层的1／10—1／25，为铝涂层的1／3—2／3．而且比同样厚度的纯铝涂层材料成本方面有所降低。

伪合金涂层体系45％Zn+55％A1伪合金涂层体系。

该涂层工艺保持了复合涂层的优点外，还具有没有锌涂层的嗅味尘雾。

与钢基体的浸润性也好。

比相同厚度的镀锌涂层防腐效果高出6—7倍，防腐性能非常优异，伪合金涂层是锌一铝最佳体积配。