钢结构的复合长效防腐涂层

一、钢铁的腐蚀情况及对国民经济的影响

　　腐蚀给人类带来的损失是很大的。据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备约相当于生产量的20%以上，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经济损失大约占国民经济总产值的2-4%。钢铁腐蚀后的影响，除了直接损耗以外，从钢结构受力分析，日本统计过这样的资料，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1％，其强度下降10～15％。若双面腐蚀各达5％，其结构将报废。随着全球工业的发展，腐蚀的问题日趋严重。就世界范围来说，虽然在控制污染和研究的工作在同时进行，防腐技术措施在不断发展，使腐蚀问题得到了一些缓解，但总的来说，金属的腐蚀仍十分严重。 

　　在金属腐蚀中，钢铁腐蚀是主要的，而在钢铁腐蚀中，海洋条件、潮湿气氛和工业密集地区的大气腐蚀占重要位置。和很多强介质腐蚀相比，虽然这类弱介质腐蚀的腐蚀强度相对较低，但因其量大面广，致使造成的损失和影响更为突出。

　　我国是幅员辽阔的国家。气候类型和条件复杂，海岸线长。以A3钢为例，在我国的各主要地区的相对腐蚀率统计如下：
　　

地    区	地    点	相对腐蚀率
北方干燥风沙地区 　　中部农村大气 　　北方城郊大气 　　北方冶金工业大气 　　北方海洋大气 　　西南潮湿地区 　　南方海洋大气 　　化工气氛(氯、碱)	包头　　 湖北　　 北京　　 鞍钢　　 青岛、天津　　 成都　　 湛江　　 葛店	1．O　　 1．8　　     2．O　　     2．6　　     4．5　　     6．O　　 8．O　　     15—80

　　从表中不难看出，海洋条件和潮湿气候对钢铁的腐蚀比一般干燥地区高很多，因此控制和减缓这些地区的钢铁腐蚀的任务是繁重而迫切的。

　　二、钢结构的防腐方法和效果

　　通常用于钢结构防腐的办法主要有以下几种：（1）研究耐腐钢，改进材料自身的抗蚀能力。一般来说，该方法价格昂贵，特别是对于用材量很大的结构而言。(2)采用电化学防护，如外加电流阴极保护，用于港口结构和地下金属管道。（3）外包金属和金属材料及施加有机衬里。（4）采用涂层方法如有机或无机涂层、热镀金属和喷涂金属涂层保护。

　　在各种防腐方法中，涂层防护得到了非常广泛的应用。自20世纪50年代初至今，大量的研究和应用结果表明，采用热喷涂铝或锌，单独使用或与涂料结合制取的复合涂层，对于各种户外钢结构和机电产品有显著的防腐效果，能够为其提供长达25年以上的长效防腐能力。

　　根据所提防护寿命要求，喷涂铝、锌涂层防腐可大致划分为：中长效防腐(5—1 5年)；长效防腐(15—25年)：超长效防腐(25年以上)。对应这三个使用年限，一般分别采取单一喷铝或喷锌涂层，喷铝或喷锌涂层加封孔，喷铝或喷锌涂层与涂料复合。早在1983年国外已经公布了极限寿命达40～50年的喷涂金属层与涂料复合的涂层设计。 

　　喷涂铝、锌金属层对钢铁结构能够获得长效防腐的主要原理是，首先喷涂的金属层起到封闭隔离作用，更重要的是铝、锌金属层相对被喷涂的钢基体，从电化学角度来说，构成一对微电池；铝、锌为钢基体提供牺牲性阳极保护，而铝和锌在多种大气腐蚀条件下，其自身抗腐蚀能力远比钢铁要好。参看下表。

铝、锌、碳钢在几种大气中的腐蚀速率　　

		平均腐蚀速率(微米／年)
大气类型		碳钢	锌		铝
海  洋		26—104		O.5～8	O.4—0.6
工  业		28—175		2—16	1
乡    村	4—65			0.2～3	0—0.1

　　这种电化学保护作用，即使涂层在一定范围内局部被划伤而使基体暴露时也能起到相应的防护作用。另外，与涂料膜(包括有机或无机)比较，金属涂层与基体的结合强度高，高可达140-150kg/cm2。金属涂层没有象涂料膜那样，长期暴露在大气和日照下的老化现象，不会变脆，不会开裂，不至使介质侵入，破坏界面，导致保护层脱落，这是任何其它涂料膜所无法比拟的。在喷涂金属涂层与涂料构成的复合长效保护涂层中，因喷涂金属涂层中存在微孔，如涂的涂料可以渗入到微孔中形成铆接，因此增加了涂料膜与被保护结构表面的结合力，从而可提高同种涂料的防护效果。喷涂金属涂层的使用温度可达800-1000℃。

　　三、热喷涂铝、锌涂层的工作原理和一般工艺过程

　　热喷涂技术是现代多种熔射工艺的总称。它是利用一种热源把某种材料的粉末或丝材熔化，通过一股附加的气流或作为热源的热流本身，将被熔化的材料以粒子状态推动、加速、射出。当喷射出来的粒子流撞击到一个基体上时，瞬间就会在上面形成沉积层，这就是热喷涂的一般过程。现代热喷涂的方法很多，如电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂以及近年来发展起来的超音速火烙喷涂。目前在工业中应用最多的是粉末火焰喷涂和电弧等离子体喷涂。

　　热喷涂铝、锌防腐涂层，主要是采用氧乙炔火焰喷丝设备和电弧喷涂设备。

　　涂层的制备过程一般是，首先用喷砂工艺清洁和粗糙钢结构表面，使其达到所要求的标准，随后按要求喷涂一定厚度的铝、锌涂层。若防腐寿命要求在15年以内，工作即已完成。如果寿命要求大于15年，将视具体要求对涂层进行封孔或表面再加涂涂料层，每个过程将严格按工艺要求进行，否则将影响涂层的使用效果。可靠的设备、严格的工艺条件和优异的涂层设计是获得高性能涂层的关键。

　　四、应用：

　　我国早已开展了喷铝、喷锌进行钢结构防腐的研究工作，但只是在近二十几年才应用到较大的工程上。机械委武汉材料保护研究所组织完成了葛洲坝过船闸门和海南岛广播电台天线等大型工程的施工；冶金部钢铁研究总院自1985年以后，先后组织完成了我国援建毛里塔尼亚友谊港栈桥栏杆的防腐工程并在当地布置了大量腐蚀试验样品、北京焦化厂一万立方米煤气储柜的内外表面防腐工程、北京京石公路和其它市政工程的人行过街桥、快速公路防撞护板以及近百根30米照明高杆和近千根分散照明杆的表面防腐工程。亚运会期间又与北京路灯管理处协作，在亚运会公路、场馆以及使馆区照明结构上采用了这项技术，效果十分明显。北京路灯管理处是率先在京应用这项技术的单位。这些工程的完成将对普及和加速我国金属涂层防腐技术的推广应用起到很好的促进作用，同时也使我国的钢结构防腐技术向国际水平迈近了一步。

　　1991年，天安门广场国旗杆经过这种特殊的处理，不但色泽亮丽，而且防腐蚀的能力大大提高。总之，在大型钢结构表面，例如：多种港工结构，钢码头，各种铁塔，储罐，油轮油槽，桥梁以及照明系统喷涂铝锌制取长效防腐涂层是该项技术应用的一个重要方面。