1 井下腐蚀的环境与原因

1 煤矿井下腐蚀的环境与原因

1.1 腐蚀环境

我国煤矿井下水的成分比较复杂，大部分呈中性或弱碱性，pH 值为7～9，其余属偏酸性，pH值为4～7。有些煤矿井下水含硫量及含盐量比较高。地下水位高的矿井，工作面淋水现象相当严重。采煤机在采煤过程中产生大量粉尘，为降低井下空气中的粉尘含量，采用喷雾、淋水法降尘，增加了井下空气的相对湿度，一般在80%左右，最高达90%以上。井下空气中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、甲烷等有害气体，这些有害气体和有害物质溶解在潮湿的空气和井下水中，生成各种腐蚀性电解质水溶液，与粉尘溶合在一起，附着在支柱金属表面。

1.2 腐蚀原因

立柱和单体液压支柱处于电解液、潮湿空气和粉尘中，由于种种原因金属表面存在许多极微小的电极，形成腐蚀电池，也称腐蚀微电池，微电池工作的过程就是腐蚀过程。立柱和单体液压支柱的缸筒大都由27SiMn无缝钢管经机械加工而成。液压缸筒除钢铁基材外还含有渗碳体等少量杂质。这些杂质的电极电位代数值较钢铁大，于是产生了电位差，即这些杂质与钢铁基材构成腐蚀微电池。

立柱工作时，液压缸内充满乳化液，乳化液由95%的水与5%的乳化油混合配制而成，乳化液本身也是一种电解质溶液。由于钢铁

基材与杂质之间产生电位差，电化学腐蚀得以不断进行。如果乳化液的配比不符合要求(即浓度低)，或配制乳化液的水质偏酸或偏碱，液压缸的腐蚀将更加严重。

井下空气湿度大，液压支柱活柱表面对井下空气中的水分有吸附作用，在活柱表面形成水膜。如果活柱镀层表面存有孔隙，孔隙内便充满水。水的电离度虽小，但仍能电离成H+和OHˉ离子，这些离子溶液会穿入镀层孔隙，渗透到钢铁基体上，产生电化学腐蚀反应。加之水膜中溶解了井下有害气体，腐蚀情况随之加剧，使镀层失去保护金属的作用。

单体液压支柱采用外供液方式，虽然缸筒内壁做镀铜处理，但当单体液压支柱降柱后，上腔则与空气接触，其腐蚀机理与活柱表面的腐蚀相同。由于缸筒铜镀层仅有25～40μm，腐蚀很快穿透铜镀层到达27SiMn钢基材，使腐蚀速度进一步加快。由于立柱采用封闭循环供液系统，液压缸内壁的腐蚀情况比单体液压支柱要轻得多，故其使用寿命要长得多。

单体液压支柱腐蚀严重的原因除井下环境恶劣、条件复杂、镀层特性等因素外，电镀质量差也是腐蚀严重的一个重要因素。

1.3 腐蚀的形态与特征

液压缸内壁腐蚀的主要形态是孔蚀和片状脱落，锈蚀出现在金属表面的某一处或某几处。这是由于电化学腐蚀发生在腐蚀微电池的阳极，其分布状态为随机分布，锈蚀表面粗糙不平，并伴有脱落，脱落面呈不规则形状，大小不等，使液压缸内壁产生斑斑点点的疤痕。液

压缸内壁一旦发生腐蚀点，腐蚀将会沿腐蚀点加速向四周扩展。有时腐蚀坑深达0.5mm左右。活柱腐蚀的主要形态是镀层“鼓泡”、镀层脱落。

要针对煤矿井下腐蚀的环境，相应选择合适的镀、涂层，以增强立柱和单体液压支柱的防腐蚀性能。

2 液压支柱的防腐

单体液压支柱活柱表面镀层因腐蚀脱落而导致报废的数量很大。全国有许多研究单位和厂矿针对支柱的防腐问题进行了大量的研究，取得了较好的成绩，一些新的镀种在单体液压支柱上得到应用。由于立柱活柱镀层与单体液压支柱基本相同，下面着重将单体液压支柱活柱表面防腐方法与分类作一简单介绍。

2.1 镀铬层

国内采用最多的镀层是乳白铬打底层，再镀硬铬，或者先用青铜打底，再镀硬铬的复合镀层。对活柱的钢铁基材来说，复合镀铬层属于阴极性镀层。镀铬层具有硬度高、摩擦系数小和耐磨性高等特点，可起到机械保护作用。但镀铬层对微裂纹或孔隙极为敏感，在使用过程中，活柱一旦发生穿透镀层的孔隙，就会出现电化学腐蚀，孔隙底部的活柱基体便成为阳极，铬镀层成为阴极。显然阴极的面积要远远大于阳极，大阴极、小阳极的组成使孔隙处的铁原子急剧被腐蚀。随着腐蚀的发展，蚀坑加大，腐蚀产物逐渐积累，从而造成铬镀层鼓泡、起皮和脱落，以致划伤密封圈，使密封圈失效。因此在使用过程中，应充分注意保护活柱镀层的完整，防止镀层碰伤。只有保证镀层的完

整，才能起到保护层的作用。

2.2 镀锌磷化处理

镀锌磷化处理在单体液压支柱活柱上用得比较多。镀锌磷化处理的镀层，对活柱的钢铁基材来说属于阳极性保护镀层，对活柱的钢铁基材起电化学保护作用。镀层对孔隙和微裂纹不敏感，即使遭到电化学腐蚀，首先是锌被腐蚀，而不会腐蚀孔隙底部的活柱钢铁基体。镀锌磷化处理是一种值得提倡的防腐蚀镀层。但是磷化后膜上涂覆的有机涂层，却存在结合力较差与不耐磨损的缺点。

2.3 喷涂防腐涂料

在液压缸内壁与活柱表面喷涂有机防腐涂层，是液压支柱防腐蚀的有效途径。采用喷涂防腐涂层技术，能够改善液压缸与活柱在井下环境中的防腐蚀性能，延长其使用寿命。涂覆涂层既可用于新的液压缸、柱，也可用于修复废旧液压缸、柱，使报废的液压缸、柱重新使用，具有很好的经济效益。其方法是对液压缸与活柱表面涂覆耐磨、抗腐蚀保护层，以隔绝与腐蚀性介质的接触，从而达到金属表面防腐蚀的目的。这一新工艺已用于修复单体液压支柱油缸和活柱上。

这种防腐涂料是以多种有机树脂为主，并添加防腐耐磨增强材料而制成的。涂层与金属基材具有很高的粘结强度，不起皮、不脱落，抗压强度达到80MPa以上。涂层具有良好的防腐性能，盐、碱和弱酸溶液对涂层基本不腐蚀。此外涂层还可进行车、镗、磨等机械加工，加工精度和光洁度完全能够满足液压支柱的使用要求。

喷涂防腐涂料工艺，因其设备简单，操作方便，成本低，是未来

取代电镀工艺的一种理想方法。它既可避免电镀工艺造成的环境污染问题，又能提高液压支柱的寿命。

单体液压支柱缸筒修复，除喷涂防腐涂层外，还可将不锈钢套镶入缸筒内，使腐蚀介质与缸筒内壁钢铁基材相隔离。该工艺已用于修复废旧单体支柱液压缸上。

立柱活柱表面处理工艺，除上述单体液压支柱活柱表面复合镀铬层外，还有电镀半光亮镍加镀硬铬等，其表面防腐处理的发展方向与单体液压支柱活柱表面处理基本一致。