金屬腐蝕與表面處理 |
1. 金屬腐蝕 |
金屬腐蝕通常針對鋼鐵而言。金屬腐蝕是指在鋼鐵在水分、空氣或其它化學(xué)物質(zhì)存在的環(huán)境下， 發(fā)生電化學(xué)腐蝕，此時鋼鐵被氧化從而返回到其在自然界穩(wěn)定的狀態(tài)。 產(chǎn)生金屬腐蝕通常需要以下四個條件： ・ 一或多個陽極 - 金屬腐蝕的區(qū)域 ・ 一或多個陰極 - 金屬受保護(hù)的區(qū)域 ・ 導(dǎo)電媒介(電解液) - 土壤、水、鹽等 • 連接陽極及陰極的路線 |
通常鋼鐵通過以下電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生腐蝕： ・ 陽極反應(yīng) Fe => Fe2+ +2e ・ 陰極反應(yīng) 2H2O + O2+ 4e => 4OH- ・ 溶液中 Fe2+ + 2OH- => Fe(OH)2 ・ 鐵銹形成 2Fe(OH)2 + H2O +1/2 O2 => Fe2O3 . x H2O 若有鹽分存在，則會加速鋼鐵腐蝕，相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)如下： ・ 陽極反應(yīng) Fe + 2Cl- => FeCl2+ 2e ・ 陰極反應(yīng) 2H2O + 4e + 4Na+ => 4NaOH ・ 鐵銹形成 4FeCl2 + 8NaOH + O2 => 2Fe2O3 . H2O + 8NaCl + 2H2O |
2. 金屬防腐控制 |
要控制金屬腐蝕，只要控制金屬腐蝕四個條件任何一個即可。通常由以下幾方面來控制。 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計防腐 結(jié)構(gòu)設(shè)計是防腐第1步，也是非常重要的一步。一個不合理的設(shè)計會加速腐蝕的發(fā)生。在這個方 面，我們主要要考慮以下幾個方面： |
・ 排水設(shè)計 不應(yīng)在戶外鋼結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)存水灣，應(yīng)當(dāng)設(shè)計成排水機(jī)構(gòu)，否則積水區(qū)域一定會加快腐蝕速度}如 下圖所示。 |
・ 邊角設(shè)計 |
邊角處不應(yīng)存在利角，應(yīng)將其打磨平滑，否則此處將先出現(xiàn)銹蝕。 |
・ 雙金屬設(shè)計 |
應(yīng)盡量避免兩種不同的金屬直接接觸，如鐵管與銅連接器，此時由于電位差的存在，鐵管會加速 腐蝕。同樣，應(yīng)減少鉚接，此時也會加速腐蝕。 |
・ 焊接設(shè)計 |
焊接時應(yīng)滿焊，不應(yīng)點焊，并且應(yīng)將其表面打磨平滑，除去所有飛濺的焊渣，否則將不可避免的 加速腐蝕。 |
2.2 隔絕媒介－水、氧氣、化學(xué)物質(zhì) 此時可以通過油漆保護(hù)，用涂層隔絕外界水分、氧氣或其它化學(xué)物質(zhì)；或電鍍不活潑金屬，如鉻 等，其不易在自然界中被氧化，從而起到隔絕的作用；或通過鈍化處理，在鋼鐵表面形成一層致 密氧化層隔絕外界物質(zhì)。 |
2.3 改變陰陽極 選用相對活潑金屬，使得原來做為陽極的鋼鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O，從而控制其腐蝕。此種情況下，做為 陽極的活潑金屬不可避免的會被腐蝕，因而此方法也叫做犧牲陽極防腐控制。富鋅涂層或鍍鋅鐵 均采用這種機(jī)理進(jìn)行防腐控制。 |
2.4 化學(xué)防腐 還有一些冷卻水管道可以通過添加一定的化學(xué)抑制劑的方式進(jìn)行防腐。 |
3. 金屬防腐涂裝表面處理 通常金屬表面會附有塵埃、油污、氧化皮、銹蝕層、污染物、鹽份或松脫的舊漆膜。其中氧化皮 是比較常見但比較容易被忽略的部分。氧化皮是在鋼鐵高溫鍛壓成型時所產(chǎn)生的一層致密氧化層， 通常附著比較牢固，但相比鋼鐵本身則較脆，并且其本身為陰極，會加速金屬腐蝕。 |
如果不清除這些物質(zhì)直接涂裝，勢必會影響整個涂層的附著力及防腐能力。據(jù)統(tǒng)計，大約有 70 ％以上的油漆問題是由于不適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硭鸬?。因此，對于一個金屬防腐涂裝油漆系統(tǒng)的 性能體現(xiàn)，合適的表面處理是至關(guān)重要的。通常我們按三個步驟進(jìn)行表面處理： |
a) 鏟除各種松脫物質(zhì)； |
b) 溶劑清洗除去油脂； |
c) 使用各種手工或電動工具或噴砂等方法處理表面至上漆標(biāo)準(zhǔn)。 |
在附錄 A 中，列出了 SSPC 表面處理標(biāo)準(zhǔn)。 在決定表面處理等級標(biāo)準(zhǔn)前，還需界定表面銹蝕等級。在附錄 B 中，我們列出了各銹蝕等級及噴 砂處理后的圖片。在附錄 C 中，還列出了各不同國際組織表面處理標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)聯(lián)系。 |
3.1 溶劑清洗 (SSPC SP1) 這是一種利用溶劑或乳液除去表面的油脂及其它類似的污染物的處理方法。由于各種手工或電動 工具甚至噴砂處理均無法除去金屬表面油脂，因此溶劑清洗一定要在其它處理方式進(jìn)行前先行處 理。 |
3.2 手工工具清潔 (SSPC SP2 或 SSI St2) 這是一種傳統(tǒng)的清潔方法。它通常使用鋼絲刷刷、砂紙打磨、刮、鑿或其組合等方法，除去鋼鐵 及其它表面之疏松氧化皮、舊漆膜及銹蝕物。這種處理方法一般速度較慢，只有在其它處理方法 無法使用時才會采用。通常這種方法處理過的金屬表面其清潔程度不會非常高，僅適合輕防腐場 合。 |
3.3 機(jī)動工具清潔 (SSPC SP3 或 SSI ST3) 這種方法是使用手持機(jī)動工具如旋轉(zhuǎn)鋼絲刷、砂輪或砂磨機(jī)、氣錘或針槍等。使用這種方法可以 除去表面之疏松氧化皮、損傷舊漆膜及銹蝕物等。這種方法比較起手工工具處理有更高的效率， 但不適合重防腐或沉浸場合。 |
SSPC SP11 還規(guī)定了使用機(jī)動工具清潔除去所有可見污染物至裸金屬的標(biāo)準(zhǔn)。 |
3.4 噴砂處理 選用相對活潑金屬，使得原來做為陽極的鋼鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O，從而控制其腐蝕。此種情況下，做為 陽極的活潑金屬不可避免的會被腐蝕，因而此方法也叫做犧牲陽極防腐控制。富鋅涂層或鍍鋅鐵 均采用這種機(jī)理進(jìn)行防腐控制。 |
2.4 化學(xué)防腐 實踐證明，無論是在施工現(xiàn)場還是在裝配車間，噴砂處理都是除去氧化皮的很有效方法。這是成 功使用各種高性能油漆系統(tǒng)的必要處理手段。噴砂處理的清潔程度必須規(guī)定一個通用標(biāo)準(zhǔn)， 有標(biāo)準(zhǔn)圖片參考，并且在操作過程中規(guī)定并控制表面粗糙度。表面粗糙度取決于幾方面的因素， 但主要受到所使用的磨料種類及其粒徑和施力方法(如高壓氣流或離心力)的影響。對于高壓氣流， 噴嘴的高壓程及其對工件的角度是表面粗糙度的決定因素；而對于離心力或機(jī)械噴射方法來說， 噴射操作中的速率是非常重要的。噴砂處理完成后必須立即上底漆。 噴砂處理也有一些局限性。它不能清除各種油脂及熱塑性舊涂層如瀝青涂料；它不能清除金屬表 面可能附有的鹽分；它還會帶來粉塵的問題且處理廢棄物的成本較高；磨料本身的成本也比較高。 |
以下分別是幾種不同噴砂處理清潔程度。 |
A. 輕度噴砂 （Brush off Blast）（SSPC SP7 或 SSI Sa1） |
完全去除塵埃、銹蝕、松散氧化皮及松散的舊漆膜等；不能去除緊密附著的氧化皮和舊漆膜，但 其必須是平整、均勻地覆蓋在底材表面。 |
B. 商用噴砂 （Commercial Blast）（SSPC SP6 或 SSI Sa2） |
能去除所有塵埃、銹蝕、松散氧化皮及舊漆膜等，僅剩微少斑痕；如果表面有麻點，會有微少銹 蝕和舊漆膜緊密殘留在里面；處理后至少 2/3 的面積應(yīng)全無肉眼可視的殘余物，其余的 1/3 亦只 能有些微小的殘余雜質(zhì)。 |
C. 近白噴砂 （Near White Blast）（SSPC SP10 或 SSI Sa2.5） |
能去除所有塵埃、銹蝕、松散氧化皮，腐化物及舊漆膜等，但會有非常微少的斑痕殘留；至少 95% 的表面無肉眼可視殘余物，剩余的 5%表面亦應(yīng)只有些微殘余雜質(zhì)；從實際操作角度來看，這是 可達(dá)到的很好的表面處理效果。 |
D. 白金屬噴砂 （White Metal Blast）（SSPC SP5 或 SSI Sa3） 能徹底去除所有塵埃、銹蝕、氧化皮、腐蝕物質(zhì)及舊漆膜，使底材表面呈白色或灰白色的金屬原 |
有光澤；這是好的表面處理方法；達(dá)到這種處理標(biāo)準(zhǔn)有助于令高性能涂料達(dá)到好的效果，適用 于長期沉浸在水或液體化學(xué)物質(zhì)中的場合。 |
粗糙度： 通常噴砂處理均會使金屬表面產(chǎn)生一定程度的粗糙度，這對漆層附著力的增強(qiáng)有很大的幫助。通 常鋼鐵表面的粗糙度應(yīng)該在 13－65 微米之間，且一定不可以超過涂料干膜總厚度的 1/3。通常不 同種類及大小的磨料會形成不同的粗糙度，下表列出了他們之間的關(guān)系。 |
3.5 濕噴砂 （NACE No. 5） 這種方法是使用砂漿及高壓水來除去舊漆、氧化皮及銹蝕物。使用這種方法，極大程度上克服了 普通噴砂處理中粉塵對健康的危害。同樣，表面粗糙度及清潔效率取決于水壓及砂漿中磨料的濃 度。 這種處理方法的一個主要缺點是清潔好的鋼鐵表面將立即開始生銹，因此與普通噴砂處理比較表 現(xiàn)出一種較次的表面?？稍谒屑尤胱桎P劑但必須十分小心，因為有些阻銹劑會影響隨后漆膜的 性能。 |
3.6 酸洗清潔 （SSPC SP8） 酸洗清潔是一種古老的車間處理方法，用于除去鋼鐵上的氧化皮。目前仍有幾個步驟在被使用， 通常為一個雙重體系包括酸腐蝕及酸鈍化。酸洗清潔的一個缺點是它將鋼鐵表面清潔了但沒有一 個粗糙度，而粗糙度則有助于提高重防腐油漆的附著力。 使用此方法時可去除氧化皮和銹蝕。處理后的表面應(yīng)全無銹蝕、氧化皮和其它雜質(zhì)，亦不應(yīng)有任 何未完全反應(yīng)的有害酸液或其它化學(xué)殘余物。 |
3.7 燃燒清潔 （SSPC SP4） 此方法是利用高溫、高速的乙炔火焰處理表面，可去除所有的松散的氧化皮、鐵銹及其它雜質(zhì)， 然后以鋼絲刷打磨。處理后表面必須全無油污、油脂、塵埃、鹽分和其它雜質(zhì)。 |
3.8 車間預(yù)上底漆鋼結(jié)構(gòu) 在車間經(jīng)過自動噴砂處理并在裝配前預(yù)上底漆的鋼結(jié)構(gòu)，在施以最后的保護(hù)性油漆系統(tǒng)前，通常 需要進(jìn)行特殊處理。所有損傷區(qū)域，包括機(jī)械損傷及熱損傷或底漆未涂及區(qū)域，會繼續(xù)生銹，這 些區(qū)域必須被重新噴砂處理，或用手工方法徹底清潔至可接受的標(biāo)準(zhǔn)。這種處理方法也通常用于 焊接及焊接前無法上底漆的鋼結(jié)構(gòu)連接部分。 |
3.9 有色金屬及鍍鋅鐵 |
a) 鋁材 |
溶劑清洗，蒸氣清洗及認(rèn)可的化學(xué)預(yù)處理均為可接受的表面處理方法。上漆前打磨表面并選用合 適的底漆。 |
b) 鍍鋅鐵 |
對于新鍍鋅鋼鐵表面，在上漆前必需用溶劑清洗以除去表面污染物。同時也推薦使用腐蝕性底漆 或富鋅底漆進(jìn)行預(yù)處理。 鍍鋅后立即進(jìn)行鈍化處理的鍍鋅鐵必需先老化數(shù)月，然后才可用腐蝕性底漆或富鋅底漆進(jìn)行預(yù)處 理。另一種方法先是打磨除去其表面鈍化處理。 |
c) 銅和鉛 |
溶劑清洗及手工打磨，或非常小心的噴砂處理(使用低壓力及非金屬磨料)，均可獲得滿意的表面 處理結(jié)果。 |
d) 其它有色金屬 |
在上漆前建議使用溶劑清洗并施以一層腐蝕性底漆。 |
3.10 已上漆舊金屬表面 刮除松脫舊漆并將邊緣打圓滑，在上漆前除去所有油脂、銹蝕及其它污染物。對于裸露表面先用 合適的體系上底漆。在舊漆面上做小面積相容性測試后再大面積涂刷。 |
4. 環(huán)境條件及上漆間隔 |
a) 在對鋼鐵進(jìn)行表面處理時，應(yīng)注意當(dāng)環(huán)境濕度高于 85％時或鋼鐵表面溫度在露點 3oC 以內(nèi)時， 停止工作。否則水汽容易凝結(jié)在鋼鐵表面，引起銹蝕，使得表面處理達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。 b) 在常規(guī)氣候條件下，噴砂處理完的鋼鐵應(yīng)在 4 小時內(nèi)立即用相應(yīng)防銹底漆涂飾。在暴露在空氣 中的潔凈鋼鐵表面，很快會在表面形成一薄層銹蝕。 c) 若噴砂完成后的鋼鐵已經(jīng)存放過夜，在第二天上底漆前必須再次進(jìn)行輕度噴砂。 d) 噴砂完成后的鋼鐵在上底漆前，嚴(yán)禁接觸任何形式的水，包括雨水、結(jié)露等。否則在上底漆前 必須再次輕度噴砂 |
5. 噴涂簡介 |
噴涂是工效不錯的一種施工方法。對鋼結(jié)構(gòu)來講，這是很好施工方式，可獲得美觀、平整、光滑、 均勻的高質(zhì)量涂膜，尤其是大面積涂飾時應(yīng)更顯出其優(yōu)越性。 |
5.1 噴涂種類 通常有兩種噴涂方式： 空氣噴涂(常規(guī)噴涂)：即利用壓縮空氣沖擊低壓流體，產(chǎn)生細(xì)致的霧化狀態(tài)。其投資成本低，涂 裝質(zhì)量高，但一次成膜厚度低，漆霧污染大，傳遞效率低，通常用于低中粘度涂料并要求良好外 觀的場合，如樣板制作、汽車及中小型設(shè)備噴涂等。噴涂過程中需保持良好的抽風(fēng)。 無氣噴涂: 高壓無氣噴涂的原理是利用高壓柱塞泵不斷往密閉的涂料管內(nèi)輸送涂料，從而在密閉 空間內(nèi)形成高壓，使高壓涂料強(qiáng)制通過極為細(xì)小的噴嘴而形成霧化，從而附著于被涂物表面。其 能噴涂較高粘度涂料，無需過度加水；一次噴涂成膜厚度較厚，無需多度噴涂；故而具有高效率、 高產(chǎn)能的特點。同時，由于高壓的作用，其反彈較少，節(jié)省漆料；而滲透力較強(qiáng)，增加涂層與墻 體的機(jī)械咬合力。相比空氣噴涂，其漆膜質(zhì)量略差，且操作工需有較高的噴涂技巧。通常用于大 面積結(jié)構(gòu)如船體、鋼結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備等。 |
5.2 噴涂技巧 噴涂有“交替法”與“壓槍法”兩種方式。交替法指縱向、橫向交替噴涂等方法。壓槍法指后一 槍噴涂等涂層壓住前一槍涂層的 1/2，以使涂層厚薄一致。 噴嘴口徑與噴涂壓力依據(jù)涂料產(chǎn)品說明書等要求而定。 噴嘴與噴涂面一般應(yīng)相距 30cm 左右。噴頭與基層要保持垂直狀態(tài)。噴槍移動方向就與基層平行， 不能呈弧形移動，否則噴出的涂層中間厚，兩邊薄。操作時應(yīng)先移動噴槍再扣板機(jī)，松開板機(jī)后 噴槍才停止移動，以免每一排涂層等首尾過厚。 噴漆前應(yīng)先將門窗等部位進(jìn)行遮擋。為減少噴逸，噴陽角時可先在端部自上而下地垂直噴涂，然 后再水平噴涂。噴陰角時，不要對著角落直噴，這樣會使角落深處兩邊等涂層過薄，而角落外部 等涂層過厚。應(yīng)當(dāng)分別從角等兩邊，由上而下垂直噴一下，然后再沿水平方向噴涂。垂直噴涂時， 噴嘴離角等頂部要遠(yuǎn)一些，以便產(chǎn)生等噴霧剛好在角等頂部交融，不會產(chǎn)生流墜，噴涂頂棚時， 為了防止涂料飄落在身上，應(yīng)盡量向后站立；噴槍傾斜度不宜過大，以免影響出料。 噴嘴在使用中若有堵塞，要用竹簽疏通，嚴(yán)禁使用硬鋼絲或鐵釘，以免壞噴嘴等形狀，降低其精 密度，影響噴涂效果。噴槍用畢立即用水或稀釋劑清洗。 |
6. 高性能油漆(HPC)施工及維護(hù)注意事項 |
a) 高性能油漆通常為雙組分產(chǎn)品，使用前應(yīng)先徹底攪拌每一種組份，然后將基漆 A 組分和固化 劑 B 組分按說明書所示的體積比混合并均勻地攪拌，混合時應(yīng)將 B 組分倒入 A 組分中。應(yīng)確保 所有設(shè)備及容器不含水分。 b) 混合后應(yīng)按說明書要求靜置一定時間后方可使用，使用前繼續(xù)攪拌。注意，不同溫度要求不同 靜置時間。 c) 僅在施工需要時方可稀釋，使用說明書所示配套稀釋劑及比例，切務(wù)過度稀釋。按季節(jié)及施工 方式可能會要求使用不同代號配套稀釋劑。 d) 一次混合的涂料量應(yīng)控制在混合后作用時間內(nèi)用完。此時間已經(jīng)在說明書上作出說明，并隨溫 度的不同而不同。 e) 若漆料在使用過程中變稠，不要加多稀釋劑，應(yīng)倒掉并混合新的漆料。 f) 在進(jìn)行傳統(tǒng)噴涂時，應(yīng)確保有充足的空氣壓力和流量，以達(dá)到理想的霧化效果。 g) 采用均勻、同向、平行的濕涂覆，每次涂覆都應(yīng)覆蓋前一次的 50%。若有必要，可以用正確 的角度進(jìn)行交叉噴涂，以避免空隙、漏涂和針眼。 |
h) 同一面應(yīng)一次噴涂完成。 i) 所有用具在使用之后，應(yīng)立即用稀釋劑清洗干凈。 j) 待干透后方可進(jìn)行下一涂層。 k) 施工時，同樣應(yīng)注意環(huán)境濕度，并且在施工及待干過程中表面溫度不能低于油漆的固化溫 度的限值，也不能過高而導(dǎo)致氣泡、針孔、流平差等缺陷。 l) 油漆干膜厚度要均一并達(dá)到設(shè)計要求，以最薄處為準(zhǔn)。 m) 在焊接、彎折、棱角處應(yīng)增加涂布厚度。 n) 工程完工且驗收合格后仍應(yīng)定期對其進(jìn)行檢查，若局部區(qū)域出現(xiàn)點銹時應(yīng)及時補(bǔ)涂處理，以免 因小失大。 o) 切勿在比表面處理及防腐油漆體系設(shè)計要求更為惡劣的環(huán)境使用。 |
7. 施工檢查（Inspection） |
對鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝施工，為了確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，必須對包括表面處理在內(nèi)的各個施工 工序進(jìn)行檢查，主要包括表面處理前、表面處理后、油漆施工前、油漆施工過程及施工完成后幾 個步驟。 表面處理前：此時主要檢查結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建造或修改是否完成，防腐涂裝工程準(zhǔn)備工作是否完成，并 根據(jù)設(shè)計要求確定表面處理方式、設(shè)備及等級。噴砂處理還需根據(jù)粗糙度要求確定磨料種類及大 小。對起始表面銹蝕等級也應(yīng)根 SSPC 相關(guān)圖示做出判斷。 表面處理后：根據(jù)設(shè)計要求檢查表面處理等級及粗糙度是否達(dá)到要求。表面處理等級可以用 SSPC Vis 系列標(biāo)準(zhǔn)圖片對比。粗糙度可以用粗糙度測試儀進(jìn)行檢測，或比較器比較。 油漆施工前：檢查油漆的存儲、攪拌、混合、稀釋等步驟是否符合要求，油漆粘度是否符合施工 要求，通讀并熟悉油漆使用說明及安全指引。檢查環(huán)境狀況是否符合施工要求。用濕度計檢查環(huán) 境相對濕度；表面溫度計檢查表面溫度；露點對照表查出露點；戶外作業(yè)時還應(yīng)檢查是否有大風(fēng) 及下雨跡象，避免不必要的油漆損耗。 油漆施工中：在密切關(guān)注天氣狀況變化的同時，檢查油漆靜置期、有效使用期及重涂時間是否正 確，有無漏刷，并用濕膜測厚儀檢查濕膜厚度是否達(dá)到設(shè)計要求。 油漆干透及固化完全后：檢查是否有針孔、起泡等油漆缺陷；用干膜測厚儀檢查干膜厚度是否達(dá) 到設(shè)計要求。油漆固化完全后還可以用拉拔法檢查漆層附著力，注意此檢測為破壞性測試，測試 完成后應(yīng) 及時補(bǔ)涂。 |
附錄 A: SSPC 表面處理標(biāo)準(zhǔn) |
SP-1 溶劑清洗 SP-2 手工工具處理 SP-3 機(jī)動工具處理 SP-4 燃燒處理 SP-5 徹底噴砂（白金屬） SP-6 中度噴砂 (商用) SP-7 輕度噴砂 (普通) SP-8 浸酸 (化學(xué)處理) SP-9 風(fēng)化后再以鋼絲刷打磨 SP-10 徹底噴砂（接白） SP-11 機(jī)動工具處理至金屬表層完全光澤暴露 |
・ SP-12 高壓水噴射 ・ SP-13 混凝土表面處理 ・ SP-14 工業(yè)噴砂 |
附錄 B: 表面處理等級 |
起始銹蝕程度：（圖示從左至右分別為 B、C、D） ・ 等級 A 氧化層緊密附著于表面 ・ 等級 B 氧化層開始銹蝕 ・ 等級 C 氧化層已經(jīng)銹蝕 ・ 等級 D 氧化層嚴(yán)重銹蝕，出現(xiàn)麻點 |
附錄 C: 國際通用表面處理標(biāo)準(zhǔn)對比 |
鋼結(jié)構(gòu)油漆委員會 Steel Structure Painting Council (SSPC) 國家防腐工程師協(xié)會 National Association of Corrosion Engineers (NACE) 英國標(biāo)準(zhǔn) ISO 8501-1 / BSI BS 7079 瑞典標(biāo)準(zhǔn) Swedish Standard 國標(biāo) GB-3092 / GB-8923-88 |
