{首页主词},&

腐蝕百科|耐腐蝕涂層防護(hù)機(jī)理與涂層鋼腐蝕破壞原因及防護(hù)

2021-04-28 11:45:29 作者：余存燁來源：銹所201 分享至：

涂料是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐材料，由于其施工簡便，使用方法靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于化工、石化、建筑、交通、能源等領(lǐng)域中，涂料不僅用于涂刷設(shè)備、管道和建筑物外壁起保護(hù)、標(biāo)志與裝飾作用，也用作設(shè)備和構(gòu)筑物內(nèi)壁的防腐蝕涂層。但由于涂料選用、表面處理、施涂工藝、使用維護(hù)等不當(dāng)，有可能發(fā)生腐蝕破壞。

耐腐蝕涂層防護(hù)機(jī)理和附著性

耐腐蝕涂層主要有下列兩種防護(hù)機(jī)理：

（1）通過物理屏障以切斷與環(huán)境聯(lián)系，形成一層高電阻薄膜，使氧、水及介質(zhì)的離子不易滲透進(jìn)去，

（2）通過添加顏料與填料起緩蝕鈍化和犧牲陽極保護(hù)作用，或起延遲涂層老化效果。

涂層對金屬基體的附著性是決定涂層腐蝕破壞的關(guān)鍵因素之一。

涂層附著機(jī)理有機(jī)械附著、極性附著和化學(xué)附著。其中相對重要的是機(jī)械附著。

機(jī)械附著取決于被涂表面粗糙度，粗糙的表面具有較好的機(jī)械粘附性。可通過噴砂或酸洗磷化工藝控制，以對涂裝表面的機(jī)械附著提供優(yōu)化的粗糙度。涂層如完全取決于機(jī)械粘結(jié)，要求其有較深的錨紋結(jié)構(gòu)，對基體的黏結(jié)比化學(xué)或極性黏結(jié)更為有效。

大多數(shù)涂裝是在維修現(xiàn)場進(jìn)行，錨紋深度超過0.25～0.50mm將有利于黏結(jié)。要求涂層厚度滿足對基體的黏結(jié)和防護(hù)還取決于涂料的性質(zhì)與環(huán)境的嚴(yán)酷程度。

極性附著取決于涂料中樹脂對基體的吸引力。樹脂的吸引行為好似軟磁鐵的極性吸引。樹脂粘合劑與金屬表面之間的吸引程度可確定極性附著的數(shù)值。如環(huán)氧類樹脂具有優(yōu)異的附著性，這是由于其羥基的極性對金屬表面顯示很大的吸引力，但不同樹脂對金屬表面的極性吸引和黏附能力有較大差異。

雖然已知涂裝基底的潤濕對附著是重要的，這是根據(jù)涂層對鋼最終黏結(jié)必須要有緊密的分子接觸。

化學(xué)附著實(shí)際上是涂料與金屬基體之間的化學(xué)反應(yīng)。如磷酸乙烯基底漆在金屬、樹脂、防腐顏料之間發(fā)生反應(yīng)，以便產(chǎn)生牢固的附著的耐腐蝕涂層。環(huán)氧基有很大的化學(xué)親和力，加上羥基的極性吸引，使環(huán)氧涂料具有獨(dú)特的黏結(jié)能力。

涂層腐蝕破壞類型

起白、粉化

起白是由于涂層表面暴露于大氣環(huán)境所呈現(xiàn)的白色粉化現(xiàn)象。由于紫外線、水分、氧和化學(xué)藥劑同涂層的反應(yīng)，使其變質(zhì)或降解造成了起白。起白的速率決定于成膜物質(zhì)的類型、顏料的類型以及顏料同成膜物質(zhì)的比率。高含量顏料的涂層常常起白較快。

金紅石型的二氧化鈦可能是阻礙起白的較好的顏料之一。環(huán)氧涂料主要用于抗化學(xué)藥品和溶劑，而對耐候風(fēng)化性能較差，容易起白。

變色

變色或褪色是由成膜物質(zhì)或由顏料選擇不當(dāng)造成的。例如，對于成膜物質(zhì)，白色酚醛涂料可以變黃，而丙烯涂料將較長時(shí)間保持白色。

變色或褪色可能由表面起白或由帶色顏料的破損引起。其中顏料由紫外線或化學(xué)環(huán)境的反應(yīng)而分解或降解。如鉻酸鉛黃通過光照逐漸降解變色，從亮黃變到褐黃色。鐵藍(lán)由于和堿反應(yīng)而降解。變色或褪色可以通過改進(jìn)涂料的配方而消除或減小。

通過選擇成膜物質(zhì)和顏料可以控制因粉化引起的變色。合適的顏料可達(dá)到抗光照和耐化學(xué)侵蝕。此外，改良創(chuàng)新的配方應(yīng)該能提供涂料合理組成的性能平衡。選擇著色的顏料對涂料配方至關(guān)重要。

一個(gè)好的涂料配方由于不適當(dāng)選擇染色顏料，可能造成變色問題。但在化學(xué)環(huán)境中，涂層防腐比防變色更為重要。

開裂

開裂是一種涂層破壞的形式，它與涂膜老化過程中的收縮有關(guān)。當(dāng)膜的收縮應(yīng)力大于內(nèi)聚力時(shí)，因膨脹的差異，促進(jìn)涂膜破裂。

一般硬而脆的膜比韌性的膜更容易開裂。過厚的膜將加劇開裂。涂膜開裂也可能由膜中不合適的溶劑釋出。

涂層的開裂可以選用有韌性的涂料或添加增韌劑來預(yù)防，這種涂層應(yīng)足以抵拒在特殊使用條件下給定表面的收縮應(yīng)力。如有裂痕也可通過選擇底漆、面漆或中間漆其膨脹和收縮同樣速率的涂料配方。

開裂破壞不是由黏結(jié)缺陷造成，則可采用合適的涂料重涂，橋接裂縫處，直接覆蓋老涂層。如果開裂破壞是與低劣的黏結(jié)性有關(guān)，則應(yīng)全面鏟除老涂層再重涂。

脫皮、脫層

脫皮或剝落是涂層大截面脫落露出裸金屬的破壞，脫層是脫皮發(fā)生在涂層之間的破壞。其共同原因與它們低劣的附著性有關(guān)。

脫皮與脫層的主要原因有：

（1）低劣的表面處理：欲涂裝表面若處理不徹底，殘存有水分、油脂、污物、銹跡、鱗皮、舊涂層等將嚴(yán)重影響底漆乃至涂層系統(tǒng)的附著性。但涂層的附著性涉及環(huán)境的嚴(yán)酷和涂層的厚薄等因素。

為了確保金屬基層與底漆最初的結(jié)合，表面必須得到徹底的清理。其中最嚴(yán)重的表面污染為緊密附著的軋屑，如果水分和氧滲透到軋屑下，則將容易引起腐蝕和涂層開裂失效。

（2）選用不合適的底漆：底漆是涂層系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此必須選用有最大機(jī)械或物理附著的底漆，否則選用不合適的底漆將使涂層脫皮。

底漆應(yīng)具有良好的濕潤性和良好的滲透性能。在某些情況下，如涂裝表面難于干燥，應(yīng)選用能適應(yīng)于濕表面有粘結(jié)性的底漆。

（3）不良的氣候環(huán)境處理：高濕度、低溫（低于露點(diǎn)溫度）或高溫（大于35℃）、大風(fēng)等情況下進(jìn)行涂敷，可能由于不合適的固化或表面污染造成涂層失效。又如采用不合適的溶劑稀釋，當(dāng)表面干燥時(shí)會造成局部樹脂沉淀而引起黏結(jié)不良。

（4）不適當(dāng)?shù)耐糠蠊に嚕簽榱嘶w防護(hù)，底漆必須達(dá)到相對無針孔的均勻涂層。如噴涂時(shí)當(dāng)霧化壓力太大時(shí)，在其噴嘴可能產(chǎn)生干噴涂，因而會造成多孔的涂層。

如果噴槍離工件太遠(yuǎn)也會產(chǎn)生干噴涂，甚至?xí)疬^噴或噴濺，以及會減小膜的厚度。應(yīng)按產(chǎn)品說明進(jìn)行噴涂。

（5）涂層厚度過厚或過薄：由于涂膜固化時(shí)伴有蒸發(fā)、冷卻、聚合等過程，故會引起收縮，而收縮又會使涂層間產(chǎn)生應(yīng)力。

如果這種應(yīng)力增大到超過涂膜的粘結(jié)力時(shí)，則將在涂層的薄弱處出現(xiàn)涂層間脫皮或造成涂層與金屬基體脫層而引起破壞，但如黏結(jié)力很大，能阻止界面收縮，但產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力又會引起龜裂。

尤其當(dāng)涂膜變得較厚時(shí)，由于逐次涂膜的內(nèi)在應(yīng)力累積，最終超過黏結(jié)力，而引起脫皮或脫層。一般認(rèn)為過大的涂層厚度常會發(fā)生脫皮或脫層問題，然而，并不意味著較薄涂層是可靠的，較薄涂層有時(shí)也會造成涂層破壞。

（6）涂層之間不相容：選用涂料時(shí)如上下層涂料不相容，或底面漆不配套，會產(chǎn)生脫層。這是由于成膜樹脂與上道涂層之間極性附著不匹配引起的，或上層的溶劑咬住下層的涂膜。

為了防止這種涂層破壞，涂裝系統(tǒng)應(yīng)避免從多個(gè)供應(yīng)商提供涂料，以防混雜應(yīng)用，最好采用同類型涂料，或除非根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)硯追N涂料有相溶性可以采用，建議按涂料供應(yīng)商的說明進(jìn)行涂裝。

（7）涂層之間有污染：涂層之間有污染將引起脫層。因?yàn)橥繉颖砻鏆埓嬗形廴荆缁覊m、水分、鹽類結(jié)晶等，再在其上涂敷則將影響上下涂層間的黏結(jié)。

（8）化學(xué)侵蝕：如果由兩個(gè)或多個(gè)涂層組成的涂裝系統(tǒng)，由于暴露于化學(xué)或高濕環(huán)境中，面涂層會發(fā)生變質(zhì)或軟化，可能在涂層薄弱處發(fā)生脫層破壞。這種破壞可以通過選用耐蝕的涂料予以防止。

上述脫層脫皮的失效分析僅是從工藝上找原因，理論上應(yīng)從有缺陷或擦傷的涂層鋼在有電解液環(huán)境中發(fā)生陽極和陰極腐蝕反應(yīng)考慮，應(yīng)盡可能避免膜下陰極反應(yīng)發(fā)生，阻礙水、氧、電子到達(dá)反應(yīng)區(qū)，以及減少陰極反應(yīng)表面的催化作用。

為防止涂層脫皮脫層，應(yīng)盡可能保證表面處理質(zhì)量，徹底去除底面或?qū)娱g的各種污染，不應(yīng)在不良?xì)夂颦h(huán)境下涂敷，選用粘結(jié)力強(qiáng)的底漆，底面漆應(yīng)配套等。

鼓泡

鼓泡或起泡是涂層破壞的形式之一，更被視為涂層腐蝕破壞的先兆。鼓泡是涂層與基面間存在某種氣體，氣體膨脹力超過了涂膜與基體的黏結(jié)力，就會鼓起。

引起鼓泡的具體原因如下：

（1）當(dāng)涂層系統(tǒng)暴露或浸入高濕或水的環(huán)境中，由于水或水氣滲透進(jìn)入涂膜，在金屬基體處積聚，產(chǎn)生相應(yīng)的滲透壓，如發(fā)生腐蝕反應(yīng)，引起容積膨脹，使涂層鼓泡。

當(dāng)鼓泡內(nèi)壓力在垂直方向上大大超過涂層界面上的黏結(jié)力時(shí)，將發(fā)生龜裂或剝離。在一般用于防腐的有機(jī)涂層暴露于水溶電解液中，水吸收率約為0.1%~3%范圍，水吸收將造成涂層腫脹起泡。

（2）由于在涂敷和涂膜干燥過程中，如有溶劑不合適釋出將會發(fā)生鼓泡。如涂料組成含有兩種或多種溶劑，最慢揮發(fā)的是親水的一種溶劑；當(dāng)親水溶劑少量集聚，在涂膜形成最后階段，會發(fā)生析出，因而形成起泡。如乙二醇醚或酯為低揮發(fā)性溶劑，易引起涂層起泡。

（3）由于涂料中含有空氣泡或揮發(fā)物，在膜形成時(shí)留下孔洞，如有水和可溶鹽滲入，易發(fā)生起泡。

（4）由于低劣的表面處理形成低凹?xì)廒澹虮砻鏆埩艨扇苄喳}，如濕法噴砂殘留的緩蝕劑結(jié)晶，遇潮氣極易吸水，涂敷后涂膜容易鼓泡。

（5）施涂工藝不當(dāng)，如被涂表面未干透含有濕氣就涂敷。又如每道涂層施涂間隔時(shí)間太短，前道涂層未經(jīng)干透，就涂第二道，致使揮發(fā)氣體封裹在涂層下。或在低于露點(diǎn)溫度下施工涂敷，以及涂料攪拌不充分，未經(jīng)完全熟化等，均會造成涂膜起泡。

（6）選用的涂料對基體或涂層之間的黏結(jié)力很低，在這種情況下，某些部位由于水滲透積聚或成膜過程中釋出氣體而發(fā)生鼓泡。如聚氨酯漆中含異氰酸酯會與底面濕氣反應(yīng)生成二氧化碳，導(dǎo)致起泡。

（7）由于涂料中顏料不耐環(huán)境侵蝕，從而使涂膜變質(zhì)多孔，水氣易滲入涂膜下積聚液體和氣體，會發(fā)生鼓泡。

（8）當(dāng)涂敷在相對粗糙表面上相對快速干燥時(shí)也會發(fā)生涂層鼓泡。

（9）電滲透引起鼓泡，例如存在電偶會產(chǎn)生電位梯度，在電位梯度影響下，水可以透過膜，將會發(fā)生鼓泡。

另外，容器內(nèi)壁、地下管線等涂層鋼常常擦傷，需采用陰極保護(hù)。不僅直接的還是雜散的陰極保護(hù)電流通過涂層，均可能引起涂層鼓泡。

（10）在涂層與基體交界面局部處，積聚的氫氣會產(chǎn)生鼓泡。不管是由酸性介質(zhì)腐蝕陰極析出的氫（如富鋅底漆與水反應(yīng)生產(chǎn)氫氣），還是儲存石腦油、汽油、煤油等儲罐以及烴生產(chǎn)中設(shè)備含硫化氫如滲入涂層多會放出氫，均可能造成涂層鼓泡。

鼓泡情況多是由于水透過涂膜在與基體交界處局部積聚。并且氧穿透涂層，在交界面上發(fā)生電化學(xué)腐蝕，反應(yīng)速率由氧對涂層滲透率控制。為防止涂層鼓泡應(yīng)選用黏結(jié)性優(yōu)異的底漆與配套的抗水分滲透強(qiáng)的面涂料，此外，應(yīng)保證表面處理的質(zhì)量，不得有殘存的銹跡及任何雜物，并確保涂底漆前徹底干燥。

還應(yīng)確保涂敷工藝，如涂敷前涂料要充分?jǐn)嚢瑁讓硬灰颂瘢┩棵繉油苛祥g隔不小于12小時(shí)，應(yīng)保證上道涂層已固化，方可涂敷下一道。如施涂后發(fā)現(xiàn)局部起泡，應(yīng)對起泡處徹底清理，重涂，如大面積起泡，則應(yīng)全面返工。

起皺

起皺是涂層破壞的形式之一。起皺從涂層外貌看，不是平直的干透的表面，而寧可說是表面不平有微微聳起的現(xiàn)象。

起皺是由于涂層表面快速干燥，而涂層其余部分還未干透，造成涂層內(nèi)外膨脹率不一而引起。另外，如對水冷器涂層上道漆未干透，即涂下道，或當(dāng)下道涂敷的溶劑快速溶脹軟化上道涂膜時(shí)，也可能產(chǎn)生起皺。

涂敷過厚，有時(shí)也可能產(chǎn)生起皺。這時(shí)如涂層下受到嚴(yán)重銹蝕，則將導(dǎo)致對基體失去黏結(jié)力。為防止起皺，應(yīng)規(guī)范涂敷工藝，注意涂敷間隔，控制每道涂層厚度，熱固化應(yīng)控制好烘干溫度。

銹蝕

涂膜的銹蝕是由于涂層有損傷或有微孔而造成基體金屬腐蝕顯露銹跡。

銹蝕表現(xiàn)形式主要有：

（1）斑點(diǎn)狀銹蝕在涂層破損和擦傷部位總會發(fā)生這類銹蝕。大多數(shù)涂層幾乎不能避免這種銹蝕，即使富鋅涂層對該銹蝕也難以防止。

（2）針孔狀銹蝕在涂層表面上，不管是分散的還是集中的均顯示很微小的銹點(diǎn)。當(dāng)涂料中含有如砂子那樣的微粒時(shí)會發(fā)生針孔狀銹蝕。也可能因不當(dāng)?shù)耐糠笫┕ぃ谕磕ぶ辛舸嫖⒖谆蚩障叮约坝捎谕繉舆^薄等造成。

（3）瘤狀銹蝕這是針孔狀銹蝕進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果，由于處于微孔的涂膜下腐蝕產(chǎn)物擴(kuò)張，造成了突破針孔的瘤狀銹蝕。這是由于表面處理不當(dāng)或選用的底漆不足以阻止銹蝕。

（4）膜下銹蝕由于涂膜局部脫皮、脫層與剝落引起了銹蝕在涂膜下的擴(kuò)展傳播，于是造成了較大面積涂膜的破損。由于膜下腐蝕產(chǎn)物膨脹，涂層受張應(yīng)力迫使其進(jìn)一步脫層或剝落。

造成膜下銹蝕原因?yàn)榈土拥谋砻嫣幚怼⒉涣嫉牡灼帷⒈〉耐磕ぃ约斑@些因素的綜合。膜下銹蝕可從縫隙腐蝕機(jī)理進(jìn)行解釋，也可認(rèn)為是陽極性底層破壞。

為防止上述銹蝕，除應(yīng)保證表面處理和涂層質(zhì)量外，涂敷前涂料必須過濾，并要避免涂層破損和擦傷。此外，應(yīng)選用富鋅底漆，也可在涂料配方中添加0.1%～3%的緩蝕劑，緩蝕劑應(yīng)在基面形成保護(hù)膜，有效阻止陰極反應(yīng)進(jìn)行。

絲狀腐蝕

絲狀腐蝕是膜下腐蝕的特例，如在涂有清漆的鋼上，在高濕度（65%~90%）下最容易發(fā)生。絲狀腐蝕發(fā)生首先在涂層上要有局部缺陷或擦傷破損，其次要有穿透涂膜的電解液。

絲線狀腐蝕產(chǎn)物在漆膜下面可無序地蔓延，其腐蝕線跡通常沿直線或橢圓形發(fā)展。

為防止絲狀腐蝕，應(yīng)避免涂鍍層破損或擦傷，以及控制濕度，如對儀器保管應(yīng)處于＜55%濕度狀態(tài)。

化學(xué)侵蝕

當(dāng)面涂層不耐環(huán)境中化學(xué)品或溶劑的侵蝕，就會發(fā)生面膜的分解或溶解。如果底漆或中間漆對環(huán)境敏感，則完工的涂層因失去對基體的黏結(jié)力而脫皮。

此外，導(dǎo)致化學(xué)侵蝕對涂層下金屬的破壞，一般由膜上的針孔和較薄的涂層引起。對涂層的化學(xué)侵蝕可以造成邊緣破損或斑點(diǎn)銹蝕。

如果涂層發(fā)生化學(xué)分解或溶脹，則應(yīng)將全部涂層進(jìn)行噴砂處理，再用新的和更耐腐蝕的涂料涂敷。

如果破損由針孔和較薄的涂層引起，則應(yīng)根據(jù)侵蝕的嚴(yán)重程度進(jìn)行處理，如大于25%表面受到侵蝕，則應(yīng)將全部涂層用噴砂處理至合適程度，再用新的和更耐腐蝕的涂料涂敷至所需的涂層厚度。

如果涂層破損僅為總表面的百分之幾，并確定其余的涂層完好健全，則僅對破損的表面施以局部清理和局部涂敷。最好對全部表面至少追加一道涂層。

超溫破壞

有機(jī)涂層一般多使用于常溫，最高也只能用于100℃以下，如使用環(huán)境高于100℃，應(yīng)選用有機(jī)硅的耐溫漆，或無機(jī)富鋅漆，或鋁粉漆。

如對含蠟的重質(zhì)油罐和原油罐底部裝有加熱盤管，管內(nèi)通180℃蒸汽，應(yīng)選用耐高溫耐油防腐涂料，否則會造成失效。另外，超溫破壞只是在操作不當(dāng)?shù)那闆r下才能發(fā)生。

如采用氨基環(huán)氧涂層的水冷器，一般運(yùn)行3~4年不會出現(xiàn)問題。但有時(shí)停車操作時(shí)，先關(guān)水閥門，后關(guān)物料閥門，這就會使涂層短時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它所能承受的溫度，即會使涂層變色，甚至起皮脫層。

沖蝕和磨耗

一般涂層抗沖蝕和磨耗性能較差，如涂層水冷器的管口由于受到湍流沖擊，磨耗較快，經(jīng)常需要修補(bǔ)。但聚氨酯與橡膠類涂料系彈性較好材料，抗沖蝕和磨耗較好。

焊接對涂層的破壞

緊鄰焊縫的涂層存在著破損問題。焊接熔融會干預(yù)擾亂涂層的黏結(jié)力，甚至加速膜下腐蝕。

焊接噴濺會造成凹凸不平缺陷，必須進(jìn)行清理才能涂敷，否則會引起膜下腐蝕、瘤狀銹蝕與脫皮等。對焊接產(chǎn)生的熔融物應(yīng)先刮除或鑿去，最好磨削到較平的表面，再進(jìn)行噴砂清理。

邊緣破壞

涂層破壞通常從邊緣開始，因?yàn)橥繉右话阍谶吘壧幾畋∪酢Ｍ繉舆吘壠茐耐ǔ匿P蝕起始，最后銹蝕在涂膜下蔓延。

如果涂層邊緣已喪失抗拒破壞的能力，應(yīng)對全部邊緣追加涂敷。補(bǔ)救措施為，經(jīng)局部清理后，再用足夠的涂料重涂達(dá)到合適的厚度。

電偶引起的破壞

涂鍍層中如存在兩種電位差的材料，由于電偶腐蝕會造成涂鍍層破壞。如儲油罐為防靜電采用噴鋁后再用添加碳黑或石墨粉的涂料封孔，這就會造成鋁作為陽極而加速腐蝕，使涂鍍層剝離破壞。

又如馬口鐵上涂有機(jī)清漆的食品罐頭或容器，當(dāng)鍍錫層有缺陷而暴露鐵，在酸性食品電解液中，錫為陰極，鐵作陽極而產(chǎn)生電偶腐蝕，使涂鍍層剝離。

涂層鋼腐蝕破壞過程

大多數(shù)設(shè)備、管道與鋼結(jié)構(gòu)涂層多用于大氣、冷卻水、油品、土壤等環(huán)境，水分、氧、化學(xué)氣體等會透過涂層并侵蝕鋼。這種侵蝕一般在50~100℃溫度下進(jìn)行。水分和氣體透過涂層不僅是通過針孔與其它顯微缺陷，而且也可以通過涂膜本身。

主要促發(fā)穿透涂膜的動(dòng)力是滲透壓和電滲透壓，以及恒熱產(chǎn)生的涂膜分子的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。涂層鋼破壞可以采用階段性的腐蝕步驟進(jìn)行分析：

（1）起泡實(shí)際上是涂層鋼腐蝕破壞的第一階段。起泡通常被忽視，一般表面沒有鐵銹的痕跡。

水和化學(xué)氣體透過涂膜，這些溶質(zhì)離子在涂膜與基體間產(chǎn)生滲透壓，并形成濃度梯度，直至涂膜產(chǎn)生鼓泡。起泡也取決電化學(xué)反應(yīng)，也由于電滲梯度水?dāng)U散通過涂膜。腐蝕開始后，由于腐蝕區(qū)域與被保護(hù)區(qū)域之間的電位差，使被吸引的水分進(jìn)一步通過涂膜。因此，電滲透也是造成起泡的原因。有關(guān)起泡評定可參看ASTM D714-56標(biāo)準(zhǔn)。

（2）銹蝕是涂層鋼腐蝕破壞的第二階段。起泡后，有時(shí)可以發(fā)現(xiàn)鐵銹斑點(diǎn)或是針孔狀銹蝕，有關(guān)涂層銹蝕評定可參看ASTM D610-68或美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會（SSPC）標(biāo)準(zhǔn)Vis-2。

（3）涂層脫離是涂層鋼腐蝕破壞的第三階段。由于銹蝕使涂層氣泡破裂，甚至發(fā)生片狀剝離或脫皮，其結(jié)果使鋼表面直接暴露于環(huán)境中，腐蝕即以不可抑制的速率發(fā)生，由于對底面的化學(xué)侵蝕，強(qiáng)制鄰接的涂層發(fā)生分離。

對這個(gè)過程可認(rèn)為是由于很大的氣泡造成的。一旦涂層系統(tǒng)失去屏障，鋼將直接受到侵蝕。這種侵蝕不是均勻的，而是局部的。

（4）點(diǎn)蝕是涂層鋼腐蝕破壞的第四階段。涂層脫離后主要發(fā)生點(diǎn)腐蝕，也只有當(dāng)陽極部位相對于陰極部位較小時(shí)才可能發(fā)生。

點(diǎn)腐蝕造成了鋼結(jié)構(gòu)局部弱化。由于腐蝕電池變得更為活性，促使點(diǎn)腐蝕進(jìn)一步發(fā)展成深孔直至穿孔，使電解質(zhì)即能侵入鋼結(jié)構(gòu)背面的新鮮金屬。

（5）結(jié)構(gòu)喪失是涂層鋼腐蝕破壞的最后階段。由于未保護(hù)底面受到化學(xué)侵蝕，腐蝕以最劇烈的速度發(fā)展。點(diǎn)蝕孔變?yōu)楦g坑，并快速擴(kuò)展到正面和反面，最終造成鋼結(jié)構(gòu)喪失功能。

涂層失效原因及防護(hù)措施

涂層破壞失效原因大致可分為環(huán)境介質(zhì)因素、涂料選用因素、表面處理與涂敷施工因素等。根據(jù)其破壞發(fā)生原因，可以針對性提出防護(hù)措施。

水分和氧的滲透

因?yàn)橥繉涌傆幸欢ǖ耐笟庑裕錃饪灼骄睆綖?0-5~10-7cm，而水和氧的分子平均直徑只有幾個(gè)埃，比涂膜樹脂分子間的平均空隙小，所以水、氧等容易透過涂層。

涂層不僅存在分子滲透性，還存在離子滲透性，水分子可離解成H+與OH-，這些離子能和構(gòu)成涂層的聚合物電離基進(jìn)行離子交換，并從聚合物密度較小部位或空隙處擴(kuò)散進(jìn)入，或經(jīng)涂膜微氣孔在毛細(xì)管作用下進(jìn)入，或經(jīng)填料或顏料與基料間界面滲入。

由于水對涂膜的不斷滲入，會在涂層與鋼基體界面形成積水層，再加氧的進(jìn)入，造成了膜下腐蝕的條件。因此，水分透過涂膜到基體是控制膜下腐蝕過程的要素。

水分透過涂膜的推動(dòng)力是滲透壓和電滲透壓，通過由熱造成聚合物內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)下幫助輸送。水化的極性基團(tuán)，例如羥基和其它基團(tuán)，經(jīng)與氫結(jié)合可增加水汽透過涂膜的速率，而涂膜內(nèi)交聯(lián)鍵合的密集可減少水汽的滲透率。

除了特殊的化學(xué)基團(tuán)與鍵合外，還有涂膜的某些有機(jī)組成對化學(xué)溶劑或水分侵蝕敏感。例如對水性乳劑涂膜，配方時(shí)應(yīng)小心采用表面活性劑和其它添加劑，不幸的是，固化后這些添加物留在涂膜內(nèi)，如長期暴露于水分中，會使涂膜腫脹、衰變與軟化。

另外，填料的種類和含量對水分的滲透有較大影響。如惰性的無機(jī)粉末等填料，云母、石墨、碳黑等，加入到聚合物中，能減少水和介質(zhì)的滲透率。纖維狀填料，如石棉、玻璃纖維、碳纖維等也有同樣的作用。尤其是鱗片狀填料，如玻璃鱗片、不銹鋼鱗片等，加入到涂層中能大大減少水和介質(zhì)的滲透率。這是由于鱗片相互平行分散排列，增加了水與介質(zhì)滲透過程的途徑，延長了介質(zhì)到達(dá)金屬基體的時(shí)間。因此采用鱗片涂料常是防止水分和氧的滲透的有效方法。

化學(xué)介質(zhì)侵蝕

化學(xué)介質(zhì)對涂膜的侵蝕是不可逆的，會導(dǎo)致聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)間鍵合或鏈段的化學(xué)溶脹與擴(kuò)大，當(dāng)空間達(dá)到酸堿分子能夠滲透進(jìn)去時(shí)，會破壞涂層與基體之間分子吸附力與機(jī)械咬合力，使涂層失效。

一般說來，酚醛涂料耐酸，環(huán)氧涂料耐堿，環(huán)氧酚醛涂料耐酸耐堿，氯化橡膠涂料耐酸又耐堿，漆酚涂料耐酸不耐堿。

化學(xué)介質(zhì)不僅對有機(jī)涂膜，而且對無機(jī)填料與顏料均會干涉到化學(xué)侵蝕。顏料對環(huán)境情況敏感，尤其是活性的金屬性顏料應(yīng)予考慮，雖然惰性的顏料（如二氧化鈦、硫酸鋅、碳酸鈣等）大量作為加強(qiáng)物，能減緩水分透過涂膜的速率。

活性顏料一般用于耐腐蝕涂料，包括鉛丹、鉛白、堿性鉻酸鋅、鋅粉、氧化鋅、磷酸鋅、鉬酸鋅、鉻酸鍶、鉛酸鈣等。這些顏料通過多種方式起到單一或綜合的抗腐蝕作用。歸納如下：

（1）起物理屏障作用；

（2）部分溶解滲透與水中，成堿性使鋼鈍化（除鋅粉和氧化鋅外）；

（3）在涂膜分解前和酸反應(yīng)，形成難溶鹽，并轉(zhuǎn)化為惰性產(chǎn)物（所有含鉛成分顏料）；

（4）吸收或反射紫外線光，使有害能量減至較少（鋁粉、鋅粉和氧化鋅）；

（5）有助于氧化反應(yīng)，形成鈍性氧化物，緊密接觸與金屬基體上（鉻酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、鉛丹）；

（6）提供犧牲陽極保護(hù)（高濃鋅粉、鋁粉）。

顏料或填料還必須具有耐成膜物質(zhì)和不與侵蝕性化學(xué)劑反應(yīng)的性能。對堿性敏感顏料，如鉻酸鉛、鋅黃、鉬酸鹽、鉻橙、鉻綠和含鋁的顏料，應(yīng)當(dāng)不適用于堿性環(huán)境。

對酸性敏感顏料，如鋅及某些同酸急劇反應(yīng)的堿性顏料如碳酸鈣，應(yīng)當(dāng)不適用于強(qiáng)酸性環(huán)境。

然而，因?yàn)椴贿m當(dāng)選用涂料和顏料而造成涂層失效破壞通常不太會發(fā)生。這是由于大多數(shù)涂料在制造廠已對涂料組成做了試驗(yàn)，直到涂料完全可靠才投入商用。但關(guān)鍵是雖采用了合格的涂料和正確的涂敷工藝，如干涉到不妥當(dāng)或低劣的表面處理，以及涂層厚度不足，則將是造成涂層失效，其破壞原因可能超過75%。

有機(jī)溶劑溶脹

水可以侵蝕和溶脹對水有親和力的活性劑團(tuán)的材料，這包括羥基和其它顯現(xiàn)氫鍵的基團(tuán)。這些基團(tuán)在涂膜中對水羥基的親和力比其相互有更強(qiáng)的親和力。因此，當(dāng)聚合物羥基和水優(yōu)先形成氫鍵，氫鍵中間鏈發(fā)生斷裂，這樣聚合物鏈分離，容許另外的水分子從分離的鏈中間滲透進(jìn)入，爾后更進(jìn)一步滲透，直至更多的水透入。最終將發(fā)生聚合物的溶脹或溶解。類似的理論也可說明聚合物在有機(jī)溶劑中溶解的原因。

一般來說，樹脂的極性分子不被非極性溶劑侵蝕，反過來也一樣。極性聚合物如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等，不溶或難溶于烷烴、苯、甲苯等非極性溶劑中，但可以溶解或溶脹于水、醇、酚等極性溶劑。

溶劑型的涂料（乙烯基、氯化橡膠）容易溶解于該溶劑中，而化學(xué)轉(zhuǎn)化的涂料（環(huán)氧、尿烷、醇酸）很少受溶劑的影響，因?yàn)樗鼈兊慕宦?lián)鍵和鄰接的骨干聚合物鏈中間有較大的附加吸引力。

對涂層不希望有溶劑侵蝕，僅當(dāng)溶劑與水分、化學(xué)藥劑或其它侵蝕物質(zhì)結(jié)合，它將較容易滲透涂層，雖然它處于變稀的軟化狀態(tài)。如石化廠的裝苯、二甲苯、乙二醇等溶劑儲罐內(nèi)壁一般不采用有機(jī)涂料涂敷，因有溶脹作用，但可采用無機(jī)富鋅涂料防護(hù)。又如石腦油含有高含量的芳香烴（溶解性好的溶劑），其儲罐應(yīng)采用較強(qiáng)耐溶劑性的涂料，如環(huán)氧酚醛漆或富鋅漆。

表面處理

涂裝前的表面處理至關(guān)重要，它關(guān)系到涂層的質(zhì)量與使用壽命。

鋼表面的軋屑或鱗皮應(yīng)在涂敷前去除，因?yàn)樵趹敉怙L(fēng)化或潮濕環(huán)境，水分將透過涂層以及軋屑間裂紋直至鋼基體。由于軋屑與鋼鐵之間電位差為0.2~0.3V，軋屑是陰極，會造成鋼基體加速侵蝕，腐蝕產(chǎn)物在軋屑底擴(kuò)展膨脹，促使涂層剝離。

鋼表面如有油、脂、蠟等污染，將嚴(yán)重影響或完全抑止涂膜與基體接觸，妨礙黏結(jié)。因?yàn)檫@些污染本身不可能與金屬粘結(jié)，而是把涂層與基體隔開。

灰塵、化學(xué)沉積物、噴砂后殘留的粉塵、砂粒和其它污染，實(shí)際上減少涂層的黏結(jié)力，并加速膜下腐蝕，這是由于這些污染提供燈芯作用，加速水分透過涂膜。在浸液情況下，截留的水溶污染會產(chǎn)生滲透電池，導(dǎo)致涂層起泡和脫層等破壞。

噴砂清理是為去除鋼表面污染、施涂耐化學(xué)侵蝕涂層的最好的預(yù)處理方法。它還可以增加表面粗糙度，粗糙的表面提供與涂膜齒狀或錨紋黏結(jié)。但更重要的是它提高了表面積2~10倍或更多，較大的表面積有機(jī)會提供涂層和清理后金屬之間較好的吸引與較大的黏結(jié)力。

事實(shí)上，在所有情況下發(fā)生黏結(jié)力，不管涂料的類型，分子間吸引的原子間距離必須很小（比10埃更小），以便使涂層與基體表面達(dá)到緊密的接觸。

噴砂應(yīng)選用石英砂、金剛砂，不得含有油污，含水量小于1%，按GB 8923-88標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)噴砂清理后應(yīng)達(dá)到Sa2.5級，錨紋深度應(yīng)達(dá)40~70μm。如室外噴砂不符合一級防爆廠區(qū)安全與環(huán)保原則，可采用濕法噴砂。有時(shí)也可以采用磷化處理。某些場合噴砂清理不經(jīng)濟(jì)也不適宜，可考慮采用銹面底漆直接涂敷在帶銹鋼鐵上做底漆使用。

涂層厚度

涂層太薄明顯比較厚的更早被破壞，因?yàn)槿菀壮霈F(xiàn)漏點(diǎn)和針孔，而且水、氧容易更快的穿透薄膜。

事實(shí)上，上世紀(jì)由美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會（SSPC）推斷認(rèn)為，涂層每增加臨界最小涂層厚度25μm，將增加保護(hù)壽命20個(gè)月。研究表明，如果最初最小涂層厚度達(dá)到上述要求，則能得到一定的保護(hù)。

但對所有涂料類型或環(huán)境，這種涂層厚度并不是一成不變，對于更耐腐蝕或最少滲透性的涂層，以及較溫和的環(huán)境可以較薄些。但對臨界最小涂層厚度只有通過好的表面處理才可做到。

早年認(rèn)為，在溫和的使用環(huán)境，最初最小的涂層厚度，對油基涂層為250μm、對醇酸涂層為130μm、對酚醛涂層為160μm、對乙烯基涂層為85μm、對氯化橡膠涂層為110μm、對環(huán)氧涂層為115μm。

但對嚴(yán)酷的使用環(huán)境，有必要適當(dāng)增加涂層厚度，但近年隨著新穎耐蝕性優(yōu)異的涂料問世，不一定要采用較厚的涂層，而對嚴(yán)酷環(huán)境下設(shè)備與管道防護(hù)需要采用涂層較厚的重防腐涂料。如根據(jù)GB 50046《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定（單位為μm）：

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

根據(jù)SH 3022-1999《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕規(guī)范》規(guī)定（單位為μm）：

涂料選用

所采用的涂料應(yīng)符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)選擇合適的涂層配套體系，底漆、中漆、面漆應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定和產(chǎn)品說明書。

底漆要求附著力強(qiáng)，中漆要求滲水性和透氣性小，面漆要求耐腐蝕性好。不同廠家，不同品種的涂料，不宜混合使用。涂料選用應(yīng)按設(shè)備和管道的使用環(huán)境而定。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有傳統(tǒng)的涂料，如油基涂料、醇酸涂料等逐步淘汰，技術(shù)新穎，性能優(yōu)越的防腐涂料不斷問世。對石化行業(yè)設(shè)備、管道、鋼結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物等選用的涂料舉例如下：

（1）換熱器涂料國內(nèi)多采用環(huán)氧氨基、環(huán)氧酚醛、環(huán)氧呋喃等涂料，如TH847系列，以及漆酚鈦涂料，底漆2道、面漆4道。德國索卡酚和日本米通均為環(huán)氧、酚醛和有機(jī)硅的三元共混體系。

（2）油罐內(nèi)壁涂料對水線下內(nèi)壁多采用環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧富鋅、環(huán)氧酚醛或玻璃鱗片環(huán)氧涂料，目前多采用涂層與犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)。

對水線上內(nèi)壁多采用導(dǎo)靜電涂料，可采用環(huán)氧富鋅漆為底漆，以本征型或添加型填料的環(huán)氧防靜電漆為面漆。

對石腦油、航煤油罐應(yīng)采用噴鋁加環(huán)氧或聚氨酯抗靜電封閉涂料。含油污水罐應(yīng)采用環(huán)氧玻璃鋼內(nèi)襯或環(huán)氧玻璃鱗片涂料。

（3）油罐外壁涂料要求涂料具有耐水、耐候、耐化學(xué)腐蝕和防濕熱、防鹽霧、防霉性能，可采用富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中漆、丙烯酸、聚氨酯或氟碳面漆等。為隔熱降溫，可選用涼涼隔熱膠等，其組成為特種酮類改性環(huán)氧富鋅底膠、特種酮類改性云鐵中膠、改性丙烯酸酯類+稀土氧化物+多孔玻璃粉+TiO2顏料組成的面膠。

（4）戶外鋼結(jié)構(gòu)涂料一般工業(yè)大氣的鋼結(jié)構(gòu)可采用醇酸類涂料（底1、面2），對腐蝕嚴(yán)重需耐磨的平臺、樓梯，可采用聚氨酯或丙烯酸聚氨酯涂料（底1、面3）；對環(huán)境特別惡劣又重要的戶外鋼結(jié)構(gòu)可選用氟碳型涂料，一般常采用環(huán)氧富鋅底漆1道、環(huán)氧云鐵中漆1道、氟碳面漆2道，這三種涂料相互兼容結(jié)合良好，防腐性能佳，耐用壽命長。

（5）地下管道涂料常采用涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合方法，其中涂層為環(huán)氧煤瀝青、聚氨酯瀝青、熔融環(huán)氧粉末涂料等。

（6）鋼筋混凝土涂料常采用氯化橡膠涂料、聚氨酯涂料。對水下環(huán)境宜采用環(huán)氧煤瀝青涂料。

（7）綠色防腐涂料由于傳統(tǒng)防腐涂料在施工過程中有溶劑揮發(fā)，會造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，為此開發(fā)了一些具有環(huán)境友好、使用安全的綠色防腐涂料。主要包括高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料等。

高固體分涂料具有固含量高達(dá)85%，一次涂敷有較高膜厚，揮發(fā)成分少，涂層針孔少，抗?jié)B透性好。

水性涂料以水做溶劑，具有干燥快、效率高、性能佳，且有大幅降低VOC排放、無毒無味、不燃特點(diǎn)。

粉末涂料具有無溶劑、無污染、涂膜機(jī)械強(qiáng)度高特點(diǎn)。此外納米涂料因有超細(xì)粒徑，故有較高的結(jié)合強(qiáng)度和抗?jié)B耐蝕耐磨性能，以及涂膜表面耐洗刷與自潔性好。

施涂工藝

涂料的施工質(zhì)量關(guān)系到施涂設(shè)備和管道的使用壽命。根據(jù)有關(guān)規(guī)定和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，施涂環(huán)境溫度宜為5~35℃，最佳施工溫度為5~25℃。相對濕度不宜大于85%，最好在60%以下。

被涂物表面溫度應(yīng)比露點(diǎn)溫度高3℃。不應(yīng)在風(fēng)沙、雨雪天室外施工。對儲罐等容器內(nèi)涂敷應(yīng)使用除濕機(jī)進(jìn)行通風(fēng)和控制濕度。涂敷前涂料應(yīng)過濾，并攪拌均勻。

施涂可采用刷涂、滾涂、空氣噴涂或高壓無氣噴涂。刷涂時(shí)層間應(yīng)縱橫交錯(cuò)往復(fù)進(jìn)行，直到均勻?yàn)橹埂?/span>

噴涂時(shí)應(yīng)控制合適的壓力和噴嘴與被涂表面距離。刷涂、滾涂、噴涂均應(yīng)均勻，不得漏涂，如采用同一涂料進(jìn)行多層涂刷時(shí)，宜將同一涂料調(diào)成不同顏色，可防止漏涂。

表面如有凹凸不平、焊縫波紋，應(yīng)刮涂膩?zhàn)樱蚰テ秸偻康灼帷ＴO(shè)備和管件應(yīng)在氣密或強(qiáng)度試驗(yàn)合格后才進(jìn)行涂敷，對焊縫區(qū)應(yīng)預(yù)留，試驗(yàn)后再作補(bǔ)涂。

涂裝質(zhì)量的檢測和涂層鋼腐蝕的檢驗(yàn)

為確保涂層鋼安全使用，避免過早腐蝕損壞，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行表面處理控制和涂料施工控制，而必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

如美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會（SSPC）制定了幾十個(gè)涂裝體系標(biāo)準(zhǔn)和選擇導(dǎo)則，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推出了ISO 12944鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂料系統(tǒng)的涂裝規(guī)格與工藝標(biāo)準(zhǔn)。

我國涂裝標(biāo)準(zhǔn)也參照有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。表面處理控制噴砂清理至少達(dá)到SSPC-SP10或ISO 8501-1或GB 8923-88標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5級、清潔度要求高于ISO 8502-3規(guī)定的2級、表面可溶性鹽檢測參考ISO 8502-9。

涂料施工控制中，環(huán)境監(jiān)控用濕度計(jì)和露點(diǎn)儀、涂層膜厚檢測用磁性檢測儀、涂層漏點(diǎn)檢測用電火花檢測儀等。

為研究涂層的保護(hù)性能，必須檢驗(yàn)涂層鋼的腐蝕情況，通常采用電測方法。電測提供的數(shù)據(jù)對涂層壽命預(yù)測有一定參考意義。諸如DC檢測涂層的導(dǎo)電性和阻抗，在恒定頻率下測定等效AC電阻和耐蝕組分的電容比率、涂層的AC特性也用于估算透過涂層的吸水量。掃描技術(shù)有益于提供涂層的電性能。

放射性示蹤劑檢測水分子和鹽離子滲透或擴(kuò)散性能尤為可取。絕緣技術(shù)可用于測定涂層的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，以及測定涂層結(jié)構(gòu)和組織，以便控制涂層的質(zhì)量。

有人曾對涂層金屬進(jìn)行腐蝕電位測定及其應(yīng)用性研究，認(rèn)為腐蝕電位移向正方向，表示陰極/陽極表面積比率增大，也表示氧和水通過涂層并到達(dá)金屬/涂層交界面。而腐蝕電位移向負(fù)方向，表示陽極/陰極表面積比率增大，發(fā)展為全面腐蝕。當(dāng)正電位隨時(shí)間增大，由于氧還原反應(yīng)在金屬涂層交界面局部發(fā)展，處于堿性狀態(tài)是有意義的。但當(dāng)負(fù)電位不斷增大，表示在涂層下發(fā)生銹蝕，則表征涂層壽命受到限制。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。