鋼鐵腐蝕與防護(hù)

1、鋼鐵的腐蝕與防護(hù)土木1304班 趙 星 1306010404主要內(nèi)容金屬腐蝕的危害和現(xiàn)狀鋼鐵腐蝕的類型鋼鐵腐蝕的防護(hù)措施幾種金屬覆蓋層腐蝕防護(hù)工藝腐蝕給人類帶來(lái)的損失是很大的。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，世界上每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬材料和設(shè)備約相當(dāng)于生產(chǎn)量的20%以上，一些發(fā)達(dá)國(guó)家由于金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2-4%。鋼鐵腐蝕后的影響，除了直接損耗以外，從鋼結(jié)構(gòu)受力分析，日本統(tǒng)計(jì)過(guò)這樣的資料，在受力情況下鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕后，若腐蝕1，其強(qiáng)度下降1015。若雙面腐蝕各達(dá)5，其結(jié)構(gòu)將報(bào)廢。隨著全球工業(yè)的發(fā)展，腐蝕的問(wèn)題日趨嚴(yán)重。就世界范圍來(lái)說(shuō)，雖然在控制污染和研究的工作在同時(shí)進(jìn)行，防腐技術(shù)措

2、施在不斷發(fā)展，使腐蝕問(wèn)題得到了一些緩解，但總的來(lái)說(shuō)，金屬的腐蝕仍十分嚴(yán)重。在金屬腐蝕中，鋼鐵腐蝕是主要的，而在鋼鐵腐蝕中，海洋條件、潮濕氣氛和工業(yè)密集地區(qū)的大氣腐蝕占重要位置。和很多強(qiáng)介質(zhì)腐蝕相比，雖然這類弱介質(zhì)腐蝕的腐蝕強(qiáng)度相對(duì)較低，但因其量大面廣，致使造成的損失和影響更為突出。金屬腐蝕的危害和現(xiàn)狀鋼鐵腐蝕的類型鋼鐵腐蝕類型化學(xué)腐蝕：（次要）與化學(xué)物質(zhì)（如SO2、Cl2、O2等）發(fā)生氧化還原反應(yīng)電化學(xué)腐蝕：（主要）跟電解質(zhì)溶液，失電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)吸氧腐蝕析氫腐蝕極弱酸性或中性或堿性 Fe2O3 xH2O(鐵銹） Fe(OH)2O2 2H2OFe(OH)3電解質(zhì)溶液能加強(qiáng)導(dǎo)電，加快腐蝕電

3、化學(xué)腐蝕酸性Fe2+空氣氧化OH-溶液pHFe3+Fe(OH)3 Fe2O3 xH2O(鐵銹） 吸氧腐蝕吸氧腐蝕析氫腐蝕析氫腐蝕發(fā)生發(fā)生條件條件反應(yīng)反應(yīng)方程方程式式水膜弱酸性或中性或堿性吸附的水膜呈強(qiáng)酸性鐵 Fe-2e- =Fe2+碳 O2+4e- +2H2O=4OH- 鐵 Fe-2e- =Fe2+碳 2H+2e- =H2鋼鐵腐蝕的防護(hù)措施1.有機(jī)涂層腐蝕防護(hù)有機(jī)涂層腐蝕防護(hù)：目前國(guó)內(nèi)外使用最多的鋼鐵結(jié)構(gòu)件防腐方法是有機(jī)涂料涂裝。涂裝防腐主要基于隔離機(jī)理。其品種主要有過(guò)氯乙烯類、環(huán)氧樹(shù)脂類、氯磺化聚乙烯類、聚氨酯類、氯化橡膠類、不飽和聚酯類、聚氟橡膠類、有機(jī)硅類,以及可用于地下的瀝青焦油類等。

4、有的還可交替搭配(如環(huán)氧煤焦油、含氟聚氯乙烯等) 。2.無(wú)機(jī)非金屬涂層腐蝕防護(hù)無(wú)機(jī)非金屬涂層腐蝕防護(hù)：以非金屬元素氧化物或金屬與非金屬元素生成的氧化物為主體構(gòu)成的覆蓋層統(tǒng)稱為無(wú)機(jī)非金屬覆蓋層。無(wú)機(jī)非金屬覆蓋層具有耐熱、耐蝕和高絕緣性的優(yōu)點(diǎn)，但由于其脆性大沖擊韌性差在建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中應(yīng)用受限。3.3.金屬覆蓋層腐蝕金屬覆蓋層腐蝕防護(hù)防護(hù): :凡把一種(或多種)金屬通過(guò)一定的工藝方法牢固地附著在其他基體上，而形成幾十微米乃至幾個(gè)毫米以上的功能覆蓋層稱為金屬覆蓋層。鋼結(jié)構(gòu)用金屬覆蓋層大多為鋅及其合金，常采用的工藝有電鍍、熱浸、噴涂、擴(kuò)散和機(jī)械鍍等。幾種幾種金屬覆蓋層腐蝕防護(hù)金屬覆蓋層腐蝕防護(hù)工藝

5、工藝機(jī)械鍍鋅：機(jī)械鍍鋅：我國(guó)的機(jī)械鍍工藝發(fā)展稍晚,只有幾十年的歷史,機(jī)械鍍?cè)诠I(yè)上的成功應(yīng)用是近幾年的事情,目前國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)上成功應(yīng)用的是機(jī)械鍍鋅工藝。機(jī)械鍍鋅的應(yīng)用比較廣泛,涉及到車(chē)輛制造業(yè)、電力電網(wǎng)、交通設(shè)施、建筑金具、小五金及農(nóng)用設(shè)施等很多領(lǐng)域,一般工件長(zhǎng)度應(yīng)小于300 mm ,重量少于1kg。最適合機(jī)械鍍的工件有環(huán)鏈、螺栓、螺母、各種墊片、彈簧、自攻螺釘、射釘、水泥釘、膨脹釘、線路金具、管路聯(lián)接件和高強(qiáng)度緊固件等電鍍電鍍：電鍍是將材料或部件放入含有鍍層金屬離子的溶液中，以鍍件作為陰極，通以電流，使溶液中的金屬離子在鍍件表面放電、結(jié)晶，并沉積成鍍層。電鍍層與基材是機(jī)械結(jié)合，其優(yōu)點(diǎn)是容易控制

6、鍍層厚度，能比較容易地實(shí)現(xiàn)單面鍍或差厚鍍，可廣泛用于獲得Cu、Zn、Cr、Ni及其合金鍍層。對(duì)于鋼鐵工業(yè)來(lái)說(shuō)，電鍍鋅和電鍍錫是兩類最重要的產(chǎn)品。我國(guó)的電鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)和富鋅涂料都是在近幾年開(kāi)始大量使用的。電鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在塔機(jī)防腐工程中,塔機(jī)用鋼結(jié)構(gòu)表面采用無(wú)氨、無(wú)氰溶液鍍鋅以及鍍鋅層經(jīng)鈍化處理后,不僅具有良好的電化學(xué)保護(hù)作用,而且還能使其鍍鋅層的耐中性鹽霧的腐蝕性能得到很大的提高,從而極大地延長(zhǎng)塔機(jī)用鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。此外，電鍍鋅還被廣泛用作有機(jī)涂料的底層，如汽車(chē)的車(chē)底、電冰箱的外殼，在電鍍鋅層的上面，噴一層有機(jī)涂料，即耐蝕又美觀。熱噴涂工藝：熱噴涂工藝：利用不同的熱源，將材料溶化、霧化后，

7、高速堆積到基體表面，形成一定厚度的金屬附著層。按照使用熱源的不同將熱噴涂分為：火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和爆炸噴涂。根據(jù)使用材料的形狀不同又可分為：線材噴涂和粉末噴涂。用于防腐目的的熱噴涂方法主要是線材電弧噴涂和線材火焰噴滁。比較二者，各有長(zhǎng)處前者噴涂生產(chǎn)率和能源利用率較高、涂層結(jié)合強(qiáng)度大、操作簡(jiǎn)便，適用于大的平面結(jié)構(gòu)施工。后者操作靈活，便于對(duì)邊角或幾何形狀復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行噴涂。此外，激光噴涂、高頻感應(yīng)噴涂等工藝方法也在發(fā)展使用中。 用于防腐目的的熱噴涂涂層主要是鋅涂層、鋁涂層、鋅合金及鋁合金涂層。它們對(duì)鋼鐵材料的保護(hù)機(jī)理主要有二個(gè)：一是與涂料涂裝防腐工藝類似，目的在于阻擋腐蝕介質(zhì)與鋼鐵基體

8、接觸的隔離作用；二是通過(guò)涂層材料自我犧牲來(lái)實(shí)現(xiàn)的陰極保護(hù)作用根據(jù)電化學(xué)理論， 鋅、鋁及其合金涂層的電極電位較鋼鐵材料低，在有電解液存在的條件下，這些涂層為陽(yáng)極性材料，鋼鐵為陰性材料，它們間形成腐蝕甄電池。在腐蝕過(guò)程中陰極材料(涂層)通過(guò)自身的犧牲實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極材料(鋼鐵)的保護(hù)。由于鋅或鋁涂層的腐蝕產(chǎn)物能有效地減緩腐蝕速度，所以涂層的消耗也很緩慢，可以給予鋼鐵基體較長(zhǎng)時(shí)間的保護(hù)鋅、鋁及其臺(tái)金涂層在許多環(huán)境下對(duì)鋼鐵材料都有很好的保護(hù)作用。冷噴鋅工藝：冷噴鋅工藝：通過(guò)涂裝工藝在金屬構(gòu)件表面形成鋅金屬保護(hù)膜，具有陰極保護(hù)(陽(yáng)極犧牲)功能。冷噴鋅干膜內(nèi)含純鋅達(dá)96以上，其腐蝕機(jī)理均屬于陰極保護(hù)電化學(xué)理論。

9、冷噴鋅涂層，同時(shí)自身具有良好屏障保護(hù)，形成雙重保護(hù)作用，使它具備優(yōu)異的防腐性能。其特點(diǎn)是環(huán)境友好，涂層和基層結(jié)合力好，便于施工，易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好。近5 年來(lái),各種冷涂鋅產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的許多重點(diǎn)工程上得到了應(yīng)用,如上海的磁懸浮列車(chē)軌道功能件、廣州新白云機(jī)場(chǎng)、蘇通大橋、廣東大唐電廠、北京高碑店污水處理廠、南京揚(yáng)子- 巴斯夫石化公司、宜昌長(zhǎng)江電力公司閘門(mén)維修工程等在世界范圍內(nèi),鍍鋅仍然是鋼鐵防腐的主體技術(shù)。采用鋅及鋅- 鋁合金鍍層進(jìn)行表面防護(hù)的鋼鐵，產(chǎn)品, 在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到年鋼產(chǎn)量的30 %40 % ,我國(guó)目前僅為10 % ,卻以6 %的年增長(zhǎng)量遞增，,金屬鋅作為一種相對(duì)廉價(jià)的防腐蝕材料,必將在未來(lái)

10、的鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中發(fā)揮更大的作用。熱浸工藝熱浸工藝：把金屬構(gòu)件表面經(jīng)過(guò)預(yù)處理后全浸入某一種熔融金屬溶液里，熔融金屬與構(gòu)件表面通過(guò)一定的冶金介面擴(kuò)散而形成金屬覆蓋層。熱浸鍍金屬工藝一般分為溶劑法和氧化還原法(“森吉米爾法”)，溶劑法又分為“濕法”和“干法”。國(guó)內(nèi)工廠化生產(chǎn)工藝，一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用的是溶劑干法，而板材和鋼帶多采用氧化還原法。溶劑干法的工藝流程：除油-熱水洗-酸洗-水洗-溶劑預(yù)處理-干燥-熱浸鍍-冷卻或后處理-檢驗(yàn)，其特點(diǎn)是金屬覆蓋層和基層結(jié)合好，防腐蝕性能較熱噴涂高，缺點(diǎn)是構(gòu)件經(jīng)熱浸金屬覆蓋層處理后有變形，表面不均勻，處理尺寸受熱浸槽影響，環(huán)保法規(guī)限制較多。熱噴涂和熱浸鍍工藝因都是需

11、要在特定的溫度條件下進(jìn)行，能耗高，對(duì)周邊環(huán)境有影響，工藝成本較高，現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)條件差。單一涂層體系單一涂層體系：?jiǎn)我煌繉芋w系指純鋅、純鋁或者其合金單獨(dú)構(gòu)成金屬涂層外加封閉劑。鋅的腐蝕速度受環(huán)境因素影響較大，在干燥和農(nóng)村大氣中很耐腐蝕，腐蝕速度僅為01um年；在工業(yè)和潮濕大氣中，其耐蝕性明顯降低腐蝕速度大于6um年。而鋁涂層表面極易生成一層A12O3鈍化膜，保證著鋼基本不受腐蝕。但由于鋁涂層孔隙率大，若不采用封閉處理，仍會(huì)產(chǎn)生“泛黃”現(xiàn)象。近些年隨著復(fù)合涂層體系(金屬涂層+封閉涂層)理論的提出。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)壽命一下子提高到60年，對(duì)傳統(tǒng)單一油漆涂層防護(hù)體系提出了挑戰(zhàn)。復(fù)合涂層體系復(fù)合涂層體系：復(fù)合涂層體系就是利用鋅涂層突出的陰極保護(hù)作用和鋁涂層良好的耐蝕性而制備的鋅一鋁復(fù)合涂層。復(fù)合涂層一般以鋅作底層、鋁作表層。除利用鋅對(duì)鋼基體良好浸潤(rùn)性外，同時(shí)也兼以鋁涂層的環(huán)境敏感性小鋅的腐蝕生成物可以更好的自封閉特點(diǎn)。據(jù)有關(guān)資料分析涂層經(jīng)鹽霧、浸泡等腐蝕試驗(yàn)。復(fù)合涂層耐蝕性明顯優(yōu)于