淺談海洋大氣環(huán)境中鋼鐵的防腐蝕范文

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《海洋世界》2016年第12期

摘要：針對(duì)海洋大氣環(huán)境中鋼鐵表面腐蝕的形成機(jī)理以及當(dāng)前最有效的防腐方式進(jìn)行分析，旨在探討適合各類海洋環(huán)境中鋼鐵表面的防腐蝕方案。

關(guān)鍵詞：海洋大氣環(huán)境；鋼鐵表面；防腐蝕

引言

鋼鐵易受腐蝕的特性是人類無法逃避的現(xiàn)實(shí)，不同的腐蝕環(huán)境中受到的腐蝕類型與腐蝕程度均不相同[1]。其中，海洋大氣環(huán)境對(duì)于鋼鐵的腐蝕最為嚴(yán)重。地球表面71%被海洋覆蓋，而沿海往往是工業(yè)、碼頭、航運(yùn)的集中區(qū)域，鋼鐵在這些惡劣的環(huán)境內(nèi)服役，如何經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行保護(hù)，本文將進(jìn)行分析和闡述。

1海洋大氣環(huán)境中的各種腐蝕

1.1大氣腐蝕

鋼鐵處于潮濕的空氣環(huán)境中，表面會(huì)慢慢地形成一層裸眼可見或不可見的水薄膜。這層水膜會(huì)在鋼鐵表面形成原電池環(huán)境并導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。鋼鐵最初腐蝕的產(chǎn)物是二價(jià)鐵氧化物的溶液，這種溶液會(huì)加速鐵的氧化。所以鋼鐵處于潮濕的空氣中，其腐蝕狀況會(huì)持續(xù)不斷地的加重。一般情況下，鋼鐵表面形成水膜與環(huán)境空氣相對(duì)濕度之間有密切的關(guān)系。經(jīng)研究表明，當(dāng)鋼鐵處于空氣相對(duì)濕度在80%的環(huán)境中或鋼鐵的表面溫度低于露點(diǎn)溫度3℃以下時(shí)，表面會(huì)開始形成結(jié)露。當(dāng)鋼鐵表面存在容易鹽分或者污染物時(shí)，結(jié)露臨界值會(huì)大幅降低。據(jù)研究表明：在暴露于潔凈的空氣中，臨界濕度接近100%；在暴露于超過w（SO2）=0.01%的SO2空氣中，臨界濕度為70%；在處于超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的可溶性鹽覆蓋中，臨界濕度為55%。也就是說，污染物或鹽分越嚴(yán)重的地方，腐蝕形成的條件就越低，鋼鐵越容易被腐蝕。

1.2浸泡腐蝕

對(duì)于永久浸泡在海水中鋼鐵，由漂礫運(yùn)動(dòng)、沙石研磨運(yùn)動(dòng)、波浪運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力腐蝕以及水中微量氧、大量可溶性鹽帶來的電化學(xué)腐蝕，一般是局部的且腐蝕種類很難定義。但由于浸泡環(huán)境溫度相對(duì)恒定，無紫外線影響、氧含量低、電解質(zhì)溶液相對(duì)飽和等因素，對(duì)于永久浸漬在海水介質(zhì)中的鋼鐵而言，在涂層完整的情況下，其損耗甚至要低于其他環(huán)境。這就是在日常生活中我們經(jīng)常會(huì)見到的，長(zhǎng)期浸泡在水中鋼材比露在水面的部分腐蝕要輕的多。

1.3飛濺腐蝕

飛濺區(qū)屬于浸泡腐蝕中的一種。主要是指在海洋環(huán)境中受到波浪以及潮汐的作用而處于干濕交替的區(qū)域。鋼結(jié)構(gòu)物表面在此區(qū)域中，由于會(huì)受到風(fēng)浪沖擊以及海水的周期潤(rùn)濕，便會(huì)使鋼鐵經(jīng)常處于一個(gè)干濕交替的狀態(tài)。腐蝕介質(zhì)的間歇性接觸以及蒸發(fā)增加了供氧速度，從而促進(jìn)了腐蝕的反應(yīng)速度。除此之外，鋼鐵在腐蝕環(huán)境中形成的產(chǎn)物二價(jià)鐵在海水薄膜下的空氣中會(huì)進(jìn)行一個(gè)較為強(qiáng)烈的氧化過程變成三價(jià)鐵，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)腐蝕會(huì)受到更嚴(yán)重的腐蝕。也就是我們常說的不怕干、不怕濕，就怕半干不濕。

2防腐蝕涂料

2.1成膜腐蝕

1）環(huán)氧樹脂。一種性能優(yōu)良的樹脂，目前在防腐施工中得到了最為廣泛地應(yīng)用。環(huán)氧樹脂的分子中含有極性的羥基以及醚鍵官能團(tuán)，而樹脂中所含有的雙酚A鍵段具有一定的疏水性，而環(huán)的剛性正好屏蔽了羥基和醚鍵，因而能保持整體漆膜的耐水性，并且使得這種物質(zhì)即便在潮濕的環(huán)境中也具有較強(qiáng)的附著力。并且環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的耐堿性能，而普通樹脂類或者醇酸類在實(shí)際應(yīng)用中容易被皂化破壞，因此環(huán)氧樹脂是一種非常優(yōu)良的耐海洋腐蝕涂料的基料。

2）聚氨酯樹脂。此涂料的性質(zhì)與環(huán)氧涂料具有一定的相似性，但與環(huán)氧樹脂比，聚氨酯涂料具有較低的固化溫度與附著力。環(huán)氧樹脂涂層性質(zhì)為剛性，而聚氨酯在實(shí)際應(yīng)用中可以對(duì)配方進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅能夠制作成剛性涂料，也能夠制成彈性涂料。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用的過程中不僅能夠作底漆也能夠作面漆，并且還具有較好的裝飾性能。

2.2底涂

富鋅底漆。“富”即指鋅含量高，一般w（Zn）>65％。大量的活性金屬覆蓋在鋼鐵表面與金屬面相互接觸形成原電池回路，能夠起到犧牲陽極的保護(hù)作用。同時(shí)鋅與氧氣反應(yīng)生成各種難溶堿式碳酸鋅鹽并沉積在其表面形成保護(hù)層。一旦碳酸鹽接觸腐蝕介質(zhì)被反應(yīng)，產(chǎn)生電位差后，新的鋅層會(huì)持續(xù)生成保護(hù)層并釋放電子，從而形成持久保護(hù)。因此，被富鋅底漆保護(hù)的金屬即便發(fā)生銹蝕也不會(huì)擴(kuò)散。富鋅類底漆可分為無機(jī)富鋅底漆和有機(jī)富鋅底漆兩大類，其中無機(jī)富鋅漆在實(shí)際應(yīng)用的過程中以良好的防腐蝕性能及非常出色的耐鹽霧性著稱。缺點(diǎn)在于無機(jī)富鋅涂層柔韌性差，容易分層或斷裂，對(duì)施工及環(huán)境要求較高，而且施工周期相對(duì)較長(zhǎng)。無機(jī)富鋅深層在施工的過程中極其容易出現(xiàn)起泡和脫落等不良現(xiàn)象。有機(jī)富鋅涂料主要代表為環(huán)氧聚酰胺類，相比無機(jī)富鋅，這類底漆的耐蝕性稍遜一籌，但漆膜柔韌性較好，同時(shí)也具有較好的機(jī)械性能，表面處理要求低于無機(jī)富鋅，施工方便快捷。因此環(huán)氧富鋅在海洋大氣環(huán)境中鋼鐵表面的防腐蝕中應(yīng)用更為廣泛。

2.3面涂

聚氨酯面涂，是由含羥基樹脂、顏料、多種助劑、固化劑配制而成，是一種具有優(yōu)異耐候性、耐水性、裝飾性和保光保色性的涂料。其漆膜耐磨性好，耐化學(xué)溶劑和化工大氣，在鋼結(jié)構(gòu)及車輛、船舶等表面作防腐裝飾面漆有大量的運(yùn)用。其良好的配套性和封閉性能，使其成為環(huán)氧類底涂絕佳的配套面涂之一。隨著社會(huì)發(fā)展需求的不斷變化，衍生出一些列的面涂：丙烯酸類、芳香族類和脂肪族類等。各類改性的聚氨酯系列具有各自的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同部位選用不同的產(chǎn)品。如抗化學(xué)溶劑和機(jī)械性能方面芳香族類優(yōu)于其他；在保光保色方面脂肪族更勝一籌。近年來市面上也推出了一些納米技術(shù)改性面涂，在一定程度上綜合了常規(guī)面涂的優(yōu)點(diǎn)，但其不菲的價(jià)格以及較高的施工要求也制約了它的廣泛應(yīng)用。常規(guī)的面涂縱然有一些缺點(diǎn)，但其易于維護(hù)、造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)，在沒有質(zhì)的飛躍前提下還是目前的主流設(shè)計(jì)。

3結(jié)語

不同的腐蝕環(huán)境下，腐蝕形成的原因不同，需要采取的防腐蝕措施也不能一概而論。擁有陰極保護(hù)的富鋅底漆可為嚴(yán)苛環(huán)境下的鋼鐵提供最持久的保護(hù)。在處于長(zhǎng)期暴露大氣的環(huán)境中應(yīng)考慮耐磨耐候性能強(qiáng)的面涂；處于潮濕環(huán)境中應(yīng)優(yōu)先考慮抗?jié)B性。涂料選用應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，以此來保證防腐效果，避免腐蝕的形成。

參考文獻(xiàn)

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作者：杜甫 單位：山東電力建設(shè)第三工程公司