材料的腐蚀与涂装防腐技术摘要对腐蚀的概念及腐蚀的机理作了介绍和探讨，指出材料的腐蚀是自发的，人们追求的目标不是消除腐蚀，而是减缓腐蚀。此外，文章重点介绍了村料的表面处理和涂装防腐。 关键词：腐蚀；防护；涂装；表面处理 1 引言材料腐蚀是全世界面临的一个严重问题。腐蚀不仅消消耗了人们创造的宝贵财富，而且破坏了生产、生活等许多活动的正常运行。腐蚀和环境污染的关系也越来越引起人们的关注。据报道，全世界每年因腐蚀造成的直接经济损失大约在7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害总和的6倍，占各国国民生产总值（GNP）的2%4%。我国腐蚀损失占国民生产总值（GNP）4%，钢铁因腐蚀而报废的数量约占当年产量的25%30%。生产设备的腐蚀经常导致工厂停产停车，劳动生产率低、成本上升，甚至发生火灾、爆炸等安全事故。美国挑战者航天飞机在升空几分钟后爆炸，原因就在于燃烧管腐蚀，这是一个很惨痛的教训。为了防止腐蚀，人们创造了各种各样的防腐蚀办法、其中涂层防腐更为活跃。防腐蚀是有代价的抗争过程，且重在防护。电化学防护技术中的外加电流和牺牲阳极就非常贴切地表明了防腐就是附加条件或牺牲某种替代材料。防腐涂料和涂层技术，实际就是寻找可以身先士卒地与介质环境抗争的涂层材料，来替代金属表面，使之退?quot;二线，进而保全金属构件或设备的整体及其正常运作。总之，人们致力于防腐技术研究，所追求的目标绝不是消除腐蚀，而在于选择付出较小的代价保护高出金属本身价值许多倍的设备、构筑屋或工程设施。本文从腐蚀原理和防腐工序出发，对材料的腐蚀与防护进行讨论。 2 腐蚀的机理 所有的材料尤其是金属，都存在着腐蚀与防护的问题。钢铁的腐蚀原理与其它金属有许多共性，所以在讨论金属腐蚀原理及其防护时，往往以钢铁为主要研究对象。根据腐蚀因素、腐蚀环境和腐蚀表面状态、金属腐蚀的机理可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀和多因素腐蚀。 2.l 化学腐蚀 金属的化学腐蚀是金属在干燥气体（如氧、氯、硫化氢等）和非电解质溶液中进行化学反应的结果。化学反应作用引起腐蚀，在腐蚀过程中不产生电流。金属的化学腐蚀只在特定的情况下发生，不具普遍性。例如：金属的氧化M+OMO。 2.2 电化学腐蚀 金属和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有阳极和阴极区，电流可以通过金属在一定的距离中流动，如金属在各种电介质溶液（如海水、酸、碱、盐溶液、潮湿大气等）中的腐蚀。在一般情况下，电化学腐蚀主要为微电池腐蚀和浓差电池腐蚀。 2.3 化学或电化学加机械因素的腐蚀 这是多因素引起的腐蚀。由于各种因素的相互作用，往往产生非常激烈的腐蚀，一般包括应力腐蚀、腐蚀疲劳、空蚀腐蚀等。3 材料的保护 防止金属腐蚀的主要方法必须从金属和介质两个方面来考虑。 3.1 正确选用材料并且注重加工工艺 材料的保扩是一项综合工程，是生产的一个重要组成部分，需要多方面的配合和各个环节的衔接。在设备和工程材料选择方面，在满足生产主要技术、工艺和经济指标的前提下，应尽可能使用在给定的腐蚀条什下稳定性好的材料。如：在H2S04溶液贮槽中采用衬金属铅和陶瓷材料：在建户外结构时，在强度允许的情况下，使用金属铝及其合金，因为铝在一般空气中不易腐蚀，表面有一层氧化膜保护层；在设计方面，设备和工程的结构和组合应该符合防腐蚀规律。要尽量避免不同金属的搭接和铆接。焊缝不宜太多，各部分受力要均匀。在技术规范和生产工艺上，如果有选择余地的话，应把反应温度低、压力小、生产腐蚀性副产物少、防腐蚀要求不苛刻和设备维修容易等条件作为首要考虑内容。 3.2 覆盖层保护 以各种方法将耐腐蚀的材料覆盖在被保护的底材上，使其不与腐蚀介质直接接触免遭腐蚀的方法，都属于这一类。最常用、最简便的是在金属表面覆盖上防腐涂料、塑料、橡胶、搪瓷、陶瓷、玻璃、石材等非金属材料。此外，在金属表面可以化学镀、电镀、热喷镀、热溶浸镀一层耐腐性良好的金属、金属合金，如：Ni、Cr、Zn、Al、Sn、Cu等金属。金属覆盖保护可分为阴极覆盖保护和阳极覆盖保护，作为阳板覆盖层的金属，应比主体金属有更负的电极电位，例如：在铁上覆盖Zn、Al等；阴极覆盖层金属的电极电位比被保护的主体金属更正，如在铁上覆盖Ni、Cu、Sn、Pb等，主体金属是阳极，霞盖层是阴极，所以覆盖层必须是完整的才能达到保护底材的目的。 3.3 电化学保护 电化学腐蚀的必要条件是：阳极、阴极、电介质、电流回路。除去或改变其中任何一个条件即可阻止或减缓腐蚀的进行。涂层能将金属周围的电介质隔离开，实际上也有电化学防腐的作用。电化学防腐主要通过阴极保护和阳极保护来实现。 3.4 腐蚀介质处理 根据腐蚀介质的成分和作用特点，对腐蚀介质予以处理，一般是从腐蚀介质中除去具有腐蚀性或促进腐蚀的物质，此外，在腐蚀介质中加入缓蚀剂。4材料的涂装防护 涂装保护是金属防护最直接、最方便、最有效的一种手段，涂装防护已有很久的历史，它将防护与美观有效的结合起来，颜色多样。因此，涂装防护在防腐方面是其它手段不可取代的。 4.1 涂装防护的作用 在涂料中加入大量的作为阳极的金属粉，以涂料的施工方法覆盖在金属的表面上形成保护层。在腐蚀过程中，它作为阳极被腐蚀，机体金属被保护。富锌底漆就是此类代表。 4.2 材料表面处理 被涂材料表面在涂装前是否经过必要的表面处理，使其达到表面平整光洁，无焊渣、锈蚀、酸碱、水分、油污等污物，是保证涂装的关键。例如，如果被涂物表面有油或有水，涂装后有可能难以形成连续涂膜，即使形成了连续涂膜，也会严重的影响涂膜的附着力，使涂膜过早的剥落，失去其保护和装饰作用。被涂物表面的绣蚀、酸碱等污物不除，也会带来同样的后果。因此，在涂装前进行完善的表面处理，对增强涂膜的附着力，更大地发挥涂料的保护和装饰作用，延长产品的使用寿命，起着极为重要的作用。防腐效果的好坏，60%70%在于表面处理和施工，即四分涂料，六分施工，由此可见表面处理和施工的重要性。除油一般有几种办法：有机溶剂除油、化学除油、电化学除油和乳化清洗除油。最常用的是化学除油和有机溶剂除油。化学除油利用油脂在碱性介质中发生皂化作用，分别将皂化油污除去，因此，也叫热碱除油法，这种除油效果最好。有机溶剂除油是利用溶剂对油脂的溶解作用而清除油污的办法，只适用于轻度油污的工件。常用汽油、丙酮、苯类等溶剂。溶剂毒性大，易于着火，除油不太干净。 （2）除锈（主要指黑色金属） 除锈有几种方法：手工除锈、机械除锈、喷射除锈、化学除锈等。前三种除锈效果一般不佳，如果物件面积较大，很难清除干净。化学除锈利用锈的氧化物与酸溶液发生化学反应，将表面锈层溶解、剥离以达到除锈的目的，所以又称酸洗除锈。表面除锈的好坏，对涂层的耐久性影响很大。瑞典科学家曾做过大规模曝晒实际试验，试验结果表明，除锈好坏可使涂膜耐用年数相差4倍以上。 （3）磷化处理（黑色金属）、阳极氧化处理（铝及其合金） 工件表面在除油、除锈后，一般不能立即涂漆，为防止重新生锈和提高涂膜的附着力，常通过一定的化学处理，使基材表面形成一层保护性的薄膜，常用的有氧化、磷化等方法。对于黑色金属，这一工序很重要，一般不能轻易省略，因为氧化膜和磷化膜也有防腐的作用。一般磷化有高温磷化、中温磷化和低温磷化，前两种磷化效果较好，磷化后所形成的磷酸锌盐磷化膜是针状结晶，可增强涂膜和金属的附着力，而切还有很好的耐腐和耐热性，磷化以后若防腐要求很严格，还需进行钝化处理，一般用铬酸盐溶液处理，也称铬化，主要是封闭磷化层的孔隙，使磷化层中裸露的部分钝化，以抑制残余的磷化加速剂的腐蚀作用，进一步增强防护能力。磷化完成以后，应按照国标GB6807-86对磷化膜质量进行检测。一般防腐的失效大多是由于磷化膜不合格所造成。对于铝及其合金材料，除油、除锈后，应立即进行阳极氧化处理。 4.3 涂料的选用 如前所述，防护涂料的品种很多，性能各异，被保护的对象多种多样，使用条件各不相同。总之没有万能涂料可以适应各种用途。因此，选择涂料是十分重要的。但是，一种优异的防腐蚀涂料必须具备以下特征： （1）耐腐蚀性能好 所谓涂料的耐腐蚀性是指其固化涂层对它所接触的腐蚀介质（如水、酸碱、盐、各种化学药品、废液、化工气体等），在物理性质和化学性质方面都是稳定的，即不被腐蚀介质溶胀、溶解，也不被腐蚀介质所破坏、分解，不和腐蚀介质发生有害的化学反应。 （2）透气性和渗水性要小 涂层一般都有一定的透气性和渗水性，为此必须选用透气性小的成膜物质和屏蔽作用大的涂料。 （3）要有良好的附着力和一定的机械强度 涂膜能否牢固地附着在金属基体上，是其能否发挥防腐作用的关键因素之一；除此之外，固化涂膜还应具有一定的物理机械强度，以承受在工作条件下的应力。 （4）涂料成本和涂装费用低 在一般情况下，涂装的保护费用要低于其它的保护方法。施工费用高于涂料本身的费用。 总之，实际中往往会出现这样的情况，某一涂料品种耐腐蚀性能很好，但对基材附着力和机械性能不佳而无法使用。为了解决耐腐蚀性能和机械性能之间的矛盾，常常采用几种涂料复配的方法。 4.4 涂膜的结构与性能 众所周知，涂料的基本特征是由成膜树脂所决定的，成膜树脂主要是有机高分了化合物，有机高分了化合物的固有特性则是由它的分子结构链节所决定的。因此，影响防腐涂料性能的主要因素可归结到成膜树脂的结构。例如：含亚甲基键节的烃系树脂如酚醛树脂、聚乙烯树脂等具有较好的耐化学药品性、耐水性、耐腐蚀性。含酯键链节的树脂如醉酸树脂、聚酯树脂等，易被碱水解，故其耐化学腐蚀性较差；含醚键的环氧树脂、酚醛树脂等则具有很好的耐腐蚀性；含氨基甲酸酶链节的聚氨酯树脂也具有极好的耐腐蚀性能。但值得注意的是，每种树脂都含有多种化学结构和基团，而且多种化学结构和基团之间相互影响，再加之遇到的腐蚀介质和所处的腐蚀环境不同，因此在分析成膜树脂结构对防腐涂料的影响时，一定要具体分析，这样才能取得预期的效果。总之，从结构上看，碳链聚合物形成的涂膜其耐腐蚀性能比杂链聚合物的要好，若以氟、氯等元素取代碳链上的氢原子，因氟、氯等原子的半径较小，对碳-碳键的间隙有充填屏蔽作用，加之氟-碳键和氯-碳键的键能高于碳-碳键的键能，因此，可提高其耐腐蚀性能。另外，固化涂膜中应尽可能不含低分子化合物，同时避免羟基、羧基、醛基、氨基等活性基团的存在。固化涂膜中双链数也应减少到最低数，以避免产生过多的腐蚀介质作用中心而加速腐蚀的进行。在成膜树脂确定的情况下，成膜树脂聚合度的增加，漆膜的强度、耐磨性、软化点、化学稳定性和耐候性均有所提高。 4.5 涂装设计 在防护涂装的设计中，往往是根据成膜物质的性能特长派以不同的用场。例如：采用具有化学活性的成膜物质作为底漆，如环氧树脂类。面漆则采用化学惰性的高聚物，如丙烯酸酯类、脂肪族聚氨酯类以及含氯含氟乙烯类树脂。通过反应性树脂的配合或使用催化剂，使具有化学活性的成膜物质，在涂装后的干燥过程中，官能团之间进行化学反应，生成网状立体结构，也能达到兼顾附着力和耐候性的目的。总之，在大多数情况下涂装设计时，涂层体系由底漆、中涂漆和面漆构成。底漆对底材和面漆有较高的附着力和粘接力，并有缓蚀防锈作用；中层漆是过渡层，起抗渗作用；面漆则起抵抗腐蚀介质和外部应力的作用，三者构成的涂层发挥总体效果。 4.6 涂装作业 在前面各工序完成并检验合格后，就可以进行涂装作业。随着涂装技术的进步和涂料新品种的涂装要求，目前已有十余种涂装方法。例如：刷涂、浸涂、淋涂、辊涂、空气喷涂、高压无气喷涂、静电喷涂、电泳涂装、自泳涂装、粉末硫化床涂装等等。每种方法各有特点和一定的适用范围，应根据涂装对象、技术要求、涂装设备条件和工艺环境等情况，正确地选用合适的涂装方法，才能收到涂装质量灯、效率高、成本低的效果。涂料被涂覆在物体表面上，由湿膜或干粉堆积膜转化为连续的固体沈膜的过程需要干燥或固化。一般干燥的方式有三