侯宝荣院士PTC包覆技术论文

!!!!!!!!""""应用技术钢铁设施在海洋浪花飞溅区的腐蚀行为及其新型包覆防护技术侯保荣!中国科学院海洋研究所"青岛’..%#!#摘#要!指出海洋腐蚀的严重性及发展各种防腐蚀技术的重要性$海洋环境下浪花飞溅区腐蚀是钢铁设施腐蚀最为严重的区域"强调了海洋浪花飞溅区保护的重要意义$介绍了一种浪花飞溅区保护的长效保护技术"复层包覆防蚀技术!Z ,7#$Z ,7保护技术是当前海洋钢铁设施浪花飞溅区防腐蚀应用较为理想的方法$关键词!海洋腐蚀%浪花飞溅区%钢铁%包覆%防蚀中图分类号!,-!#/###文献标识码!1###文章编号!!%%&2#/34!’%%##%/2%!#/2%’?#引#言目前"我国在海洋油气田开发&港口建设&跨海大桥&海底隧道&船舶工程和深海勘探等领域已建和在建大量的各种钢结构及钢筋混凝土结构设施"一旦发生灾害性腐蚀"将会导致严重破坏和巨大经济损失$如果我们的研究和防护工作做得好"其中’&Y "/%Y 的腐蚀损失是完全可以避免的$发展海洋腐蚀防护技术"特别是钢铁设施关键部位的防腐蚀技术"对于降低重大灾害性事故发生"延长海上构筑物的使用寿命具有重大意义$!#海洋浪花飞溅区腐蚀严重性海洋环境可以分为海洋大气区&浪花飞溅区&海水潮差区&海水全浸区和海底泥土区五个腐蚀区带’’($我国从上世纪#%年代起开展了钢铁设施在海洋环境不同腐蚀区带的腐蚀规律研究’$a &("并发明了电连接模拟海洋腐蚀试验装置与方法"建立了海洋环境腐蚀模拟装置’.a 3($国内外长期的海洋腐蚀研究结果表明’’a $"^a !!("钢结构设施在海洋环境不同腐蚀区带其腐蚀速度有明显差别"其中"浪花飞溅区是钢结构设施腐蚀最为严重的区域$图!是海洋钢结构设施在海洋环境不同腐蚀区带的腐蚀倾向示意图$图’是海洋用钢在我国海域的实际腐蚀规律图$可以看出"浪花飞溅区部位的腐蚀最为严重$主要的原因是"在浪花飞溅区"钢表面受到海水的周期性润湿"处于干湿交替状态"氧供收稿日期!’%%.2!%2’&%修订日期!’%%#2%!2’.应充分%加之阳光&风吹和海水环境等协同作用导致发生最严重的腐蚀$一般情况下"钢在海洋大气中的平均腐蚀速率约为%"%$"%"%3T T )C%而浪花飞溅区为%"$"%"&T T )C $同一种钢"在浪花飞溅区的腐蚀速度可比海水全浸区中高出$"!%倍$有关实验和调查结果表明’^a !’("长期在外海暴露的长尺试件"浪花飞溅区的腐蚀速率最高可达!T T )C 以上"而在低潮位以下a %"$T 全浸区的腐蚀速度仅为%"+"%"$T T )C $图!#海洋环境腐蚀倾向示意图由此可见"钢结构设施在浪花飞溅区部位的腐蚀十分严重$一旦在这个区域发生严重的局部腐蚀破坏"会使整座钢结构设施大大降低承载力"缩短使用寿命"影响安全生产"甚至导致设施提前报废$当前"国内对于海洋钢铁设施大气区通常采用涂料保护"海水全浸区主要采用电化学保护"并且取得了较好的保护效果$而在浪花飞溅区"通常使用的涂料"在海水冲击下容易发生鼓泡和剥落"局部腐蚀十分严重$普通的阴极保护由于不能形成电流回第’3卷第/期’%%#年/月腐蚀与防护78998:;8<[Z 98,57,;8<>H +"’3#<H "/*VI Q +’%%#图’#三种海洋用钢在青岛海区的腐蚀规律!!%"路#在这个部位也不能发挥作用!!$a!/"$因此#发展长期有效的浪花飞溅区防腐蚀技术对保护海洋钢结构设施的安全运行具有极其重要的经济价值和社会意义$"#海洋浪花飞溅区保护新技术浪花飞溅区处于最苛刻的腐蚀条件下#所以其防腐蚀问题需要引起人们的特别重视$当前#国内对解决海洋钢结构物的大气和水下部位的腐蚀问题已获得较大进展#但对浪花飞溅区这个关键部位的腐蚀问题#尚未有成熟%经济长效的防护方法$针对目前浪花飞溅区腐蚀严重这一现状#中科院海洋研究所与有关科研单位合作#联合研究开发了适合海港码头%海洋桥梁%海洋石油平台等钢铁设施浪花飞溅区的新型包覆防蚀&Z,7’技术$"J!#R S C技术保护原理和保护体系构成Z,7技术采用了优良的缓蚀剂成分并采用了能隔绝氧气的密封技术$Z,7新型包覆防蚀系统由四层紧密相连的保护层组成#即防蚀膏%防蚀带%聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩$图$是Z,7技术的结构构成示意图$图$#Z,7技术构成示意图防蚀膏和防蚀带作为防腐蚀保护材料涂抹%缠绕在钢铁设施表面上(聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩作为外防护层包覆在钢铁设施外表面$Z,7技术中防蚀膏和防蚀带添加有抗腐蚀材料#具有优良的保护性%粘附性%与水和空气隔绝性#并且长期不会变质#可强力地粘附在钢铁设施表面达到长效的防腐蚀效果$另外#用一个坚硬的固体玻璃钢保护罩保护防蚀带#可达到更好的保护效果$"J"#R S C技术施工工艺介绍Z,7施工工艺比较简单#可以分为四个步骤$依序分别是表面处理%涂防蚀膏%缠绕防蚀带和固定防护罩$表面处理是除掉钢材表面贝类%海藻%浮游生物%浮锈等#满足;:8:B’标准要求即可$然后在钢结构表面均匀涂抹Z,7专用防蚀膏$接着是缠绕Z,7专用防蚀带#起始处缠两层#然后依次叠加!)’#保证各处均有’层以上防蚀带覆盖$最后固定防护罩#将防护罩安装固定在钢结构设施上#用螺栓紧固#两端涂封水中固化树脂#施工完成$"J E#R S C防腐技术主要特点多年的实践证明#Z,7是浪花飞溅区最具发展前景的钢铁设施保护技术$具有如下特点*防腐蚀效果优异#有效防护效果达$%年以上(施工方便#表面处理简单#可带水作业(可适用于任何形状结构物(具有良好密闭性和抗冲击性能#质量轻#对结构物几乎无附加载荷(绿色环保#无毒无污染$"J K#R S C技术应用范围Z,7技术具有长效经济的防腐蚀效果#对暴露于海洋浪花飞溅区部位的钢铁设施具有广泛的适用性$这些钢铁设施包括各种钢结构和钢筋混凝土设施#如跨海大桥%钻采平台和港口码头等(Z,7技术也可应用于各种腐蚀环境下的地下管线保护$Z,7技术不仅可以用于新建钢铁设施的腐蚀防护#对于已建钢铁设施的腐蚀修复#更具有良好的保护效果$目前#该技术在日本%英国等沿海国家有较为广泛的成功应用#使用寿命已达$%年以上$E#结#语海洋环境下钢铁设施在浪花飞溅区的腐蚀最为严重#也是当前海洋防腐蚀中最薄弱的环节$浪花飞溅区的腐蚀对整体钢结构的寿命起着决定性作用#必须大力开展浪花飞溅区的腐蚀防护工作$综&下转第!3#页’侯保荣*钢铁设施在海洋浪花飞溅区的腐蚀行为及其新型包覆防护技术的现象!认为电机端盖在氧化过程中发生了烧蚀!引起烧蚀的原因有多种"常见的原因和采取的措施见表!!表!#烧蚀原因及消除方法产生原因消除方法7M#:Q含量的影响更换铝合金材料零件在槽中散热不好"溶液搅拌不良冷却电解液并加强搅拌零件与挂具接触不好改善接触"使夹具与工件保持导电良好阳极氧化时给电太急降低电流密度而本试验已采用了制冷压缩机来控制溶液的温度"且在氧化过程中已采用压缩空气搅拌"因此产生烧蚀的原因是高阳极电流密度所致!原设想高阳极电流密度能促使氧化膜的生成速度加快"缩短氧化时间和减少膜层溶解量"从而提高氧化膜的耐磨性!但是上述现象表明采用/"&*$N T’的电流密度和给电方式导致了烧蚀"所以降低电流密度为’"&*$ N T’"给电方式改为在初始!%T Q K内"分&次完成使电流密度从%"&*$N T’逐渐升到’"&*$N T’"后& T Q K调一次"以’"&*$N T’恒定至氧化结束"总时间/%T Q K!用改进的硬质阳极氧化工艺加工出的电机端盖符合技术要求"质量稳定!E#氧化膜的厚度和硬度用时代,,’.%覆层测厚仪"采用涡流法原理"测量非磁性基体上非导电覆盖层的厚度%<型测头&’用,=!.%里氏硬度计"选择(7"*@?(铸铝合金)档!在测试氧化膜的厚度#硬度时"每个试样都取&个点的算术平均值"共取&组试样!测量结果表明"膜层的平均厚度为&&"$/T"平均硬度为$/.=@!K#结#论%!&\@$%’铸铝电动自行车端盖的硬质阳极氧化工艺为*硫酸%密度为!"3/)$P T$&!3%)$@’温度为%"’W’电流密度为’"&*$N T’’用压缩空气搅拌’给电方式为在初始!%T Q K内"分&次完成使电流密度从%"&*$N T’逐渐升到’"&*$N T’"随后& T Q K调一次"以’"&*$N T’恒定至氧化结束"总时间/%T Q K!%’&采用上述工艺获得的膜层外观符合技术要求"平均膜厚为&&"$/T"平均膜层硬度为$/.=@(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((!%上接第!#&页&合各种防护技术来看"复层包覆防蚀技术%Z,7&是国内外较为理想的海洋钢铁设施浪花飞溅区腐蚀防护技术!参考文献!+!,#6D N D I C+=Q)S U C F C N T Q K Q L B I C B Q H K"7H I I H L Q H K P H L B C K N V I D O D K B Q O D L B I C B D)Q D L Q KB S DM K Q B D N:B C B D L+9,"6=f*a9Xa%!a!&."’%%’"+’,#侯保荣"海洋腐蚀环境理论及其应用+(,"北京*科学出版社"!^^^"+$,#侯保荣"海洋钢铁设施的腐蚀与防护+b,"金属腐蚀与防护"!^#3%!&*/&a/3"+/,#侯保荣"张经磊"海洋钢结构浪溅区#潮差区防腐蚀方法的研究+b,"海洋科学"!^3$%/&*$!a$$"+&,#侯保荣"张经磊"钢材在潮差区#全浸区的腐蚀行为+b,"海洋科学"!^3%%/&*!.a!^"+.,#侯保荣"海洋钢结构腐蚀实验方法的研究+7,$$海洋科学集刊"!^3!"!3*3#a^&"+#,#侯保荣"陈俊明"海洋钢结构耐蚀试验电连接模拟法与外海长尺法对应性再研究+7,$$海洋科学集刊"!^3&"’&*.&a#$"+3,#侯保荣"张经磊"郭公玉"等"电连接模拟法十年腐蚀试验研究+b,"海洋科学"!^^&%/&*#$a##"+^,#舒马赫("海水腐蚀手册+(,"李大超"杨荫"译"北京*国防工业出版社"!^3&*3"+!%,#侯保荣"海洋腐蚀与防护+(,"北京*科学出版社"!^^#"+!!,#侯保荣"海洋腐食環境と防食の科学+(,"东京*海文堂出版株式会社"!^^^*#a!^"+!’,#1C H I H K)=H M"b Q R S H M X M C K"b Q K)+D Q\S C K)"D B C+",D L B L J H I=C K)Q K):B D D+:V D P Q T D K L Q K:D C U C B D I+b,"(Z"’%%’"/!%!%&*/&a/^"+!$,#1C H I H K)=H M"b Q D\S C K)"b Q R S H MX M C K"D B C+"7H I I H2 L Q H KH J B S D I T C++F L V I C F D N R Q K P C K NC+M T Q K M TP H C B Q K)LQ K L V+C L SC K NB Q N C+R H K DP H K N Q B Q H K L+b,"75:,"’%%$"$3%’&*!&#a!.%"+!/,#(C I B Q K:T Q B S"7H+Q K1H U+D F"@M P Q C K f Q++Q C T L";K L Q2B M V I H B D P B Q H KH J:V+C L S\H KD L2$%F D C I LH K+b,"(Z"’%%’"/!%!%&*$%a$$"马骏等*\@$%’铸铝电机端盖硬质阳极氧化工艺。