文/張立新，史杰智，蘇會和，陸衛(wèi)中·中國科學(xué)院金屬研究所

　　楊菲·沈陽明科控制腐蝕技術(shù)有限公司

張立新

　　本文在提出IS0 12944存在的問題的基礎(chǔ)上，總結(jié)了熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層（屬無溶劑涂層）失效的主要因素，并為高性能防腐涂層技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)、耐久性設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供新的理論依據(jù)。

　　防止材料腐蝕的方法很多，但從性價(jià)比和耐久性分析比較來看重防腐涂層方法最好，據(jù)統(tǒng)計(jì)至今約有65%采用這種方法進(jìn)行金屬和非金屬的防腐。有關(guān)文獻(xiàn)對涂層的防腐蝕己做了系統(tǒng)的論述。

　　現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)分析

　　涂層防腐技術(shù)歷史悠久，至今約有百年以上歷史。經(jīng)過長期的研發(fā)和實(shí)踐，這方面國內(nèi)外已出版相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)工程和產(chǎn)品應(yīng)用的金屬材料腐蝕防護(hù)的技術(shù)規(guī)范，其中國際標(biāo)準(zhǔn)IS0 12944“Paints and Varnishes-Corrosion protection of steel structures by protective paint systems”是溶劑型涂料涂層最具代表性的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的確有許多優(yōu)點(diǎn)如下所示。

　?。?）對腐蝕環(huán)境的分類比較清晰，已成為大多數(shù)不同單位（設(shè)計(jì)、施工和業(yè)主）應(yīng)用的共識。

　?。?）從涂層防腐的設(shè)計(jì)要求，對各類防腐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、形式和厚度等提出了相關(guān)采用原則。

　?。?）對被防腐金屬預(yù)處理的表面狀態(tài)（如表面清潔度和粗糙度）提出了明確的要求。

　　但是該標(biāo)準(zhǔn)只單純從控制涂層厚度和涂裝施工工藝過程來保障涂層的防腐效果，沒有提出防腐涂層基本性能指標(biāo)要求。主要原因是這類標(biāo)準(zhǔn)用的是溶劑型涂料，溶劑型涂料在涂裝施工過程中涂層必然會產(chǎn)生固有的缺陷，如微針孔和層間附著。因此這類涂層在服役過程中，尤其在水環(huán)境中，水、氧和離子等通過這些缺陷進(jìn)入到金屬界面處，很容易形成發(fā)生腐蝕的條件，產(chǎn)生這類防腐涂層的失效現(xiàn)象，如起泡、開裂、銹蝕、片狀剝落、粉化和缺陷處剝離等現(xiàn)象。

　　標(biāo)準(zhǔn)己規(guī)定用ISO 4628評價(jià)上述涂層失效現(xiàn)象的級別，起泡、開裂、銹蝕和片層剝落四種失效現(xiàn)象的3級標(biāo)識如圖1所示。

圖1 溶劑型涂層的防腐失效現(xiàn)象的3級標(biāo)識圖示

　　IS0 12944標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定這類失效現(xiàn)象達(dá)到不同級別與涂層防護(hù)耐久性的關(guān)系，把目前所用的溶劑型涂料的耐久性分為短期、中期和長期，分別為5年、10年和15年的設(shè)計(jì)壽命。表明應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)的涂層，其防腐效果最長也就在20年左右。這類涂層顯然是達(dá)不到我國工業(yè)快速發(fā)展要求的。目前國家重點(diǎn)大型基礎(chǔ)工程耐久性要求己提升到100年以上。如何解決這個(gè)問題是涂層防護(hù)工作者的共同和迫切的任務(wù)。

　　涂層使用申的主要問題

　　近20年來，我們注意到在研究無溶劑環(huán)氧涂料和涂層時(shí)，發(fā)現(xiàn)這類涂料與溶劑型涂料的涂層防護(hù)性能和評價(jià)方式有很大區(qū)別，耐久性可以明顯提高，如已普遍應(yīng)用的熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層（屬無溶劑海洋用涂料）用IS0 12944的評估方法，涂層不會出現(xiàn)涂層失效的起泡、開裂、銹蝕和片狀剝落等現(xiàn)象。依此標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)這類涂層的耐久性起碼要高于20年。

　　雖然沒有上述現(xiàn)象，并不表示涂層防護(hù)不會失效。因此在研究開發(fā)無溶劑涂料時(shí)，必須研究清楚這類無溶劑防腐涂層的防護(hù)失效現(xiàn)象和其防腐失效的規(guī)律。

　　熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料是無溶劑環(huán)氧涂料中最具代表性的一種，以下主要以熔結(jié)環(huán)氧涂料的例子進(jìn)行論述。

　　熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層技術(shù)研究至今已有近50年的歷史，從應(yīng)用的工程實(shí)例來分析，注意到這類涂層在應(yīng)用過程中，達(dá)到一定年限后會發(fā)生一種在金屬與涂層界面處涂層脫層的缺陷，如圖2所示。圖2（a）是描述美國1965年安裝的DN400mm的輸油管，20年后開挖管道上土層，用尖刀劃開涂層，發(fā)現(xiàn)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層己剝離。圖2（b）是美國福羅里達(dá)州20世紀(jì)80年代，在300座混凝土結(jié)構(gòu)大橋應(yīng)用環(huán)氧涂層鋼筋的場地的情況，在服役3年后鋼筋涂層就產(chǎn)生和管道相同的涂層脫層現(xiàn)象，到達(dá)13年后，幾乎所有涂層都產(chǎn)生了剝離。圖2（c）是文獻(xiàn)“Recent experience with pipeline coating failures”中列出的三層聚烯烴防腐管道發(fā)生在底層熔結(jié)環(huán)氧涂層與鋼管脫開的圖片，這種脫層現(xiàn)象在工程中占相當(dāng)大的比例。

圖2 防腐涂層的脫層現(xiàn)象

　　這些實(shí)例表明這類涂層脫層現(xiàn)象是熔結(jié)環(huán)氧涂層發(fā)生涂層失效的一種普遍現(xiàn)象，涂層脫層是否是無溶劑涂層防腐功能失效的主要因素，已引起各方關(guān)注。

　　下面將從以下四個(gè)方面論述，涂層脫層是屏蔽性無溶劑環(huán)氧涂層防腐失效的主要控制因素與其耐久性的關(guān)系。

　　水環(huán)境下涂層防腐失效主因

　　上節(jié)已明確指出涂層脫層是熔結(jié)環(huán)氧防腐層在使役過程中發(fā)生的主要現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是否會引起防腐涂層的失效還沒有定論。

　　有人認(rèn)為在涂層脫層前水和氧已擴(kuò)散到界面處，并達(dá)到所需要產(chǎn)生腐蝕量，一般來說界面應(yīng)~該發(fā)生腐蝕。但事實(shí)上并未發(fā)現(xiàn)有金屬腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，這主要是在脫層前，在界面處還不存在要產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕過程的五個(gè)基本條件：水、氧氣、電子、產(chǎn)生陰陽極電荷平衡離子和氧化反應(yīng)產(chǎn)生金屬離子。

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