涂層鋼腐蝕破壞的原因與防護(hù)
涂料是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐材料,由于其施工簡(jiǎn)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。為此根據(jù)在石化企業(yè)對(duì)儲(chǔ)罐、水冷器、鋼結(jié)構(gòu)與管道等涂層施工與監(jiān)檢的經(jīng)驗(yàn),對(duì)涂層各種腐蝕破壞的原因進(jìn)行分析并提出防護(hù)措施,為了說明涂層破壞原因應(yīng)先對(duì)涂層防護(hù)機(jī)理和附著性作一簡(jiǎn)析。
一、涂層防護(hù)機(jī)理和附著性
耐腐蝕涂層主要有下列兩個(gè)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(yáng)極保護(hù)作用,或起延遲涂層老化效果。涂層對(duì)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(duì)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??赏ㄟ^噴砂或酸洗磷化工藝控制,以對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)金屬表面顯示很大的吸引力,但不同樹脂對(duì)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(rùn)濕對(duì)附著是重要的,這是根據(jù)涂層對(duì)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。
二、涂層鋼腐蝕破壞過程分析
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,允許水分、氧、化學(xué)氣體等透過涂層并侵蝕鋼。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通過針孔與其它顯微缺陷,而且也可通過涂膜本身。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)際上這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。起泡的機(jī)理是在水分作用下,在涂層與鋼的交界面上滲透侵蝕以及涂層的膨脹。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(píng)定可參看ASTMD714-56標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 銹蝕這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(píng)定可參看ASTM D 610-68或美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會(huì)(SSPC)標(biāo)準(zhǔn)Vis-2。
(3) 涂層脫離這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與環(huán)境中,腐蝕即以不可抑制的速率發(fā)生。由于對(duì)底面的化學(xué)侵蝕,強(qiáng)制鄰接的涂層發(fā)生分離。對(duì)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)蝕這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(yáng)極部位相對(duì)與陰極部位較小時(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)喪失這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。
三、涂層失效原因及防護(hù)措施分析
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(duì)性提出防護(hù)措施。
四、夢(mèng)能服務(wù)與支持
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