涂料行业：
随着海洋资源的开发，海上平台的数量也迅速增加。由于海上平台钢结构要求防腐周期长，且海上钢结构直接暴露在海洋盐雾、雨水、露水、阳光等环境中，腐蚀环境极其恶劣。因此钢结构表面腐蚀控制要求涂装体系除应具有良好的附着力和长期防腐性能外，还应具有良好的耐候性和长期防腐性能。涂装体系应具有良好的耐紫外老化性能、低氯离子渗透性、高耐盐雾性能、高耐湿热性能等，当涂层局部受损时，还能通过阴极保护等方式保护下面的金属基体免受腐蚀。因此，钢结构表面的防腐涂装主要采用高耐腐蚀底漆、中涂和耐候面漆组成的涂装体系。
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通过涂装高耐腐蚀底漆，可以在钢结构表面形成一层致密的保护膜，隔离大气中的水蒸气、氯离子等腐蚀介质，从而减缓或防止钢结构被腐蚀。目前，海洋大气环境中钢结构的高耐腐蚀底漆主要有喷涂金属涂层（锌、铝、锌铝合金）和富锌底漆涂层（环氧富锌、无机富锌）。两种防腐技术在防腐性能、施工成本、环境影响、后期维护等方面各有优缺点。
中涂主要起着面漆与底漆之间的连接作用，增加涂膜厚度，是防腐涂层体系的重要组成部分。中涂覆盖底漆，阻止腐蚀介质进入底层，加强面漆的附着力，增加整个涂层体系的厚度，延缓底层发生电化学腐蚀的时间，使涂层的耐腐蚀寿命提高。采用环氧云铁中涂作为中涂，利用涂层中环氧树脂和云铁氧化物的片状结构，增强屏蔽作用，延缓腐蚀介质的渗透时间。环氧云铁中涂粘度大，一次施工即可获得较厚的涂层厚度，施工性能、涂层相容性好，环氧云铁中涂与环氧富锌底漆配合使用，可大大提高涂层的防腐效果。
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面漆对涂层底层和中层起保护作用，延缓底层腐蚀的发生。面漆涂层应具有优良的耐候性、抗老化性能、保光保色性、耐盐雾性、耐潮湿性钢结构表面粗糙度，漆膜坚硬光滑。作为长效、高耐久性的海洋防腐面漆，常用的有聚氨酯面漆、氟碳面漆和聚硅氧烷面漆。聚氨酯面漆是一种高性能、长效、重防腐涂料，广泛应用于大多数恶劣的腐蚀环境。与溶剂型双组分氟碳面漆和改性聚硅氧烷面漆相比，其防腐性能不如氟碳面漆和改性聚硅氧烷面漆。 改性聚硅氧烷面漆具有优异的保光性，防腐性能优异，VOC含量低，在环保方面具有优势，但改性聚硅氧烷面漆实际使用案例较少，其性能还有待在实际应用中进一步验证。氟碳涂料由于氟的电负性大钢结构表面粗糙度，碳氟键能强，在紫外光照射下不易断裂，因而具有优异的耐老化性能。氟碳涂料表面能低，漆膜坚韧，因而具有良好的抗冲击、耐磨、抗屈曲等力学性能。另外，氟碳涂料与环氧云铁中间漆相容性好，也能保证防腐底漆的防腐效果。
目前，国内外对海洋大气环境下钢结构防腐涂层的要求主要依据ISO 12944《色漆和清漆-防护涂层体系对钢结构的防腐保护》和NORSOK标准M-501:2012《表面处理与防护涂层》的标准要求进行防腐性能验证。本文选取金属防腐涂层、有机防腐涂层和水性重防腐涂层体系三类涂层体系，通过循环老化试验验证涂层体系的防腐性能，从而对各涂层体系进行分析研究。
测试
样品制备
选取尺寸为150 mm×75 mm×3 mm的喷砂钢板作为基材，喷砂钢板表面处理等级符合ISO 8501.1-2007，表面粗糙度符合ISO8503-1:2012。
选取金属涂层体系、有机防腐涂层体系、水性重防腐体系进行循环老化试验，验证三类涂层体系是否满足试验海洋环境中长期防腐性能的要求，制样涂层配套信息如表1所示。
表1 典型海洋大气区钢结构防腐涂层配套信息
测试程序
样品前处理
样品制备完成后，需要进行样品识别、针孔检测、厚度测试、划痕制备等前处理。样品的划痕制备按照标准ISO12944-9-2018的规定进行，划痕长50mm，宽2mm，划痕距离两条长边的距离为12.5mm，距离一条短边的距离为25mm。
实验步骤
按照标准ISO12944规定的试验条件进行4200h循环老化试验，循环老化试验步骤如下：
（1）按照ISO16474-3中方法A，将样品放入紫外老化试验箱中，在温度为（60±3）℃，光源为UVA-340的条件下，用0.83W/m2的紫外光照射4h，照射时间4h，冷凝环境为（50±3）℃，持续72h。
（2）紫外老化试验结束后，取出样品，放入盐雾试验箱内。按照ISO9227规定的条件进行72小时中性盐雾试验。
（3）将样品放入高低温试验箱内，设定温度为-20℃，进行24小时的低温试验。
（4）将步骤（1）至（3）作为一个测试循环，共进行25个循环。
结果与讨论
经过4200h循环老化试验后取出样品，观察涂层是否有起泡、生锈、裂纹、剥落等缺陷，并检测老化后涂层的粉化、腐蚀扩展和附着力。三类防腐体系的样品状态如图1所示。
测试前涂层附着力
试验后涂层状态
剥离涂层
图1 三种防腐体系试件状态
从样品试验情况看，金属防腐涂层、有机防腐涂层、水性重防腐层均未出现起泡、脱落、开裂等漆膜缺陷，涂层表面状况良好。性能试验结果表明，三种典型防腐涂层的匹配性能均能满足ISO 12944-9:2018中CX极端环境下高耐久性防腐试验实验室试验要求。
从图1可以看出，喷涂金属复合涂层的附着失效是由金属涂层的粘结失效引起的。这主要是由于电弧喷涂铝涂层本身存在无数的微孔，且孔隙相互连通，导致结合力较弱。复合涂层一旦受到外力损伤，就会通过裸露的铝涂层透过孔隙渗透到钢基体上，导致阴极保护电化学反应的进行速度加快，损伤部位的铝涂层会很快被消耗掉。重防腐涂层体系的附着失效是由底漆和面漆的粘结失效引起的。
相对于富锌底漆重防腐涂层体系，喷涂金属复合涂层对表面处理的要求更高，对表面粗糙度和施工工艺的要求更严格，施工成本是三者中最高的。喷涂金属涂层在施工过程中会产生有毒物质，长期吸入可引起肺部病变，使工人患上“铝肺”等职业病，不符合节能减排的大趋势。同时，电弧喷涂锌、铝能耗高、效率低，防腐性能受后续封闭涂层和配套涂层影响较大，也制约了喷涂金属涂层的应用。
有机防腐涂层体系是目前最常用的防腐方式，适用于各种腐蚀环境，其防腐性能已经得到实际应用的验证。据统计，目前用于海洋大气环境下钢结构防护的有机防腐涂层体系在循环老化试验中的通过率仅为30%。因此，通过循环老化试验验证有机防腐涂层体系的防腐性能并作为产品筛选的依据是一种科学而严格的方法。
水性重防腐涂料体系同样可以满足钢结构的长期防腐要求。与溶剂型涂料相比，水性涂料以水为溶剂，对材料表面适应性好，且仅含有少量有机溶剂，大大改善了作业环境条件。但水性涂料的缺点也很明显，对施工环境条件（温度、湿度）要求严格，危废处理成本远高于溶剂型涂料。目前，水性防腐涂料体系在集装箱、工业建筑等钢结构的防护中已经得到广泛的应用，但在海洋环境中钢结构的应用中，特别是在长期防腐方面，水性重防腐涂料尚缺乏工程应用实例，其长期耐水性仍受到质疑。
结论
海洋大气环境下钢结构长效防腐技术发展已形成两大主流发展趋势，一是热喷涂锌、铝涂层与防腐涂层形成的复合涂层体系；二是以富锌涂料为底漆的重防腐涂层体系。随着环保法规的要求和高性能涂料的发展应用，我国喷涂金属涂层复合体系的应用因能耗高、职业危害等因素受到越来越多的环保限制；另外，随着水性重防腐涂料技术的突破，产品性能也有了很大的提升，大力推广水性重防腐涂料在强腐蚀环境中的应用仍需实际应用案例的支持。
参考文献（略）
原标题：海洋大气环境下钢结构防腐涂层性能研究
详情请参阅正在进行的2019年防腐涂料年会论文集
作者：蒋水旺，曾登峰，陶乃旺，蒋学智（中国船舶重工集团公司第七二五研究所厦门材料研究所，福建厦门 361101）
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