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。