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涂层钢腐蚀破坏的原因与防护

发布时间:2021年08月18日    点击:[2]人次

涂层钢腐蚀破坏的原因与防护

涂料是一种经济有效的防腐材料,由于其施工简便,使用方法灵活,适应性强,广泛应用于化工、石化、建筑、交通、能源等领域中,涂料不仅用于涂刷设备、管道和建筑物外壁起保护、标志与装饰作用,也用作设备和构筑物内壁的防腐蚀涂层。

但由于涂料选用、表面处理、施涂工艺、使用维护等不当,有可能发生腐蚀破坏。

为此根据在石化企业对储罐、水冷器、钢结构与管道等涂层施工与监检的经验,对涂层各种腐蚀破坏的原因进行分析并提出防护措施,为了说明涂层破坏原因应先对涂层防护机理和附着性作一简析中国机械网okmao.com。

1、层防护机理和附着性

耐腐蚀涂层主要有下列两个防护机理:

(1)通过物理屏障以切断与环境联系,形成一层高电阻薄膜,使氧、水及介质的离子不易渗透进去,

(2)通过添加颜料与填料起缓蚀钝化和牺牲阳极保护作用,或起延迟涂层老化效果。涂层对金属基体的附着性是决定涂层腐蚀破坏的关键因素之一。

涂层附着机理有机械附着、极性附着和化学附着。其中相对重要的是机械附着。机械附着取决于被涂表面粗糙度,粗糙的表面具有较好的机械粘附性。

可通过喷砂或酸洗磷化工艺控制,以对涂装表面的机械附着提供优化的粗糙度。涂层如完全取决于机械粘结,要求其有较深的锚纹结构,对基体的黏结比化学或极性黏结更为有效。

大多数涂装是在维修现场进行,锚纹深度超过0.25~0.50mm将有利于黏结。要求涂层厚度满足对基体的黏结和防护还取决于涂料的性质与环境的严酷程度。

极性附着取决于涂料中树脂对基体的吸引力。树脂的吸引行为好似软磁铁的极性吸引。树脂粘合剂与金属表面之间的吸引程度可确定极性附着的数值。

如环氧类树脂具有优异的附着性,这是由于其羟基的极性对金属表面显示很大的吸引力,但不同树脂对金属表面的极性吸引和黏附能力有较大差异。

虽然已知涂装基底的润湿对附着是重要的,这是根据涂层对钢最终黏结必须要有紧密的分子接触。

化学附着实际上是涂料与金属基体之间的化学反应。如磷酸乙烯基底漆在金属、树脂、防腐颜料之间发生反应,以便产生牢固的附着的耐腐蚀涂层。

环氧基有很大的化学亲和力,加上羟基的极性吸引,使环氧涂料具有独特的黏结能力。

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2、涂层钢腐蚀破坏过程分析

大多数设备、管道与钢结构涂层多用于大气、冷却水、油品、土壤等环境,允许水分、氧、化学气体等透过涂层并侵蚀钢。

这种侵蚀一般在50-100℃温度下进行。水分和气体透过涂层不仅通过针孔与其它显微缺陷,而且也可通过涂膜本身。

主要促发穿透涂膜的动力是渗透压和电渗透压,以及恒热产生的涂膜分子的运动和振动。涂层钢破坏可以采用阶段性的腐蚀步骤进行分析。

(1) 起泡实际上这是涂层钢腐蚀破坏的第一阶段。起泡通常被忽视,一般表面没有铁锈的痕迹。起泡的机理是在水分作用下,在涂层与钢的交界面上渗透侵蚀以及涂层的膨胀。

水和化学气体透过涂膜,这些溶质离子在涂膜与基体间产生渗透压,并形成浓度梯度,直至涂膜产生鼓泡。

起泡也取决电化学反应,也由于电渗梯度水扩散通过涂膜。腐蚀开始后,由于腐蚀区域与被保护区域之间的电位差,使被吸引的水分进一步通过涂膜。

因此,电渗透也是造成起泡的原因。有关起泡评定可参看ASTMD714-56标准。

(2) 锈蚀这是涂层钢腐蚀破坏的第二阶段。起泡后,有时可以发现铁锈斑点或是针孔状锈蚀,有关涂层锈蚀评定可参看ASTM D 610-68或美国钢结构涂装协会(SSPC)标准Vis-2。

(3) 涂层脱离这是涂层钢腐蚀破坏的第三阶段。由于锈蚀使涂层气泡破裂,甚至发生片状剥离或脱皮。

其结果使钢表面直接暴露与环境中,腐蚀即以不可抑制的速率发生。由于对底面的化学侵蚀,强制邻接的涂层发生分离。

对这个过程可认为是由于很大的气泡造成的。一旦涂层系统失去屏障,钢将直接受到侵蚀。这种侵蚀不是均匀的,而是局部的。

(4) 点蚀这是涂层钢腐蚀破坏的第四阶段。涂层脱离后主要发生点腐蚀,也只有当阳极部位相对与阴极部位较小时才可能发生。

点腐蚀造成了钢结构局部弱化。由于腐蚀电池变得更为活性,促使点腐蚀进一步发展成深孔直至穿孔,使电解质即能侵入钢结构背面的新鲜金属。

(5) 结构丧失这是涂层钢腐蚀破坏的最后阶段。由于未保护底面受到化学侵蚀,腐蚀以最剧烈的速度发展。点蚀孔变为腐蚀坑,并快速扩展到正面和反面,最终造成钢结构丧失功能。

3、涂层失效原因及防护措施分析

涂层破坏失效原因大致可分为环境介质因素、涂料选用因素、表面处理与涂敷施工因素等。根据其破坏发生原因,可以针对性提出防护措施。