腐蚀是一种自然现象,是材料从高能态回到低能态的过程,因此不可能完全阻止它。我们只能通过合理的材料选择和有效的防腐措施来控制腐蚀速率,使其保持在允许可控的范围内。
1、控制腐蚀的常用方法包括:
1.1合理的选材和结构设计;
1.2改变环境(腐蚀介质的控制和处理,又称工艺防腐措施);
1.3 电化学保护。
但并非在所有情况下我们都有三种方法可供选择。更多情况下,我们没有办法改变腐蚀环境,也不具备电化学保护的条件,结构选择也不能从根本上解决问题。这时,合理选材往往是最有效、最方便的方法。
防腐材料的选择有时受材料特性的影响。例如,制造设备时,往往要求采用强度高、耐温性好、机械加工性能好的金属材料。但金属材料的耐腐蚀性往往达不到要求,或者综合性能好的材料价格太高。这时,人们想到了一个更有效的方法,就是用更耐腐蚀的材料覆盖在需要保护的材料表面,形成防腐层,利用其耐腐蚀和阻隔功能来解决腐蚀问题无需花费较高成本选择综合性能较好的材料即可达到有效控制腐蚀的目的。
2、防腐层对基材的保护作用主要体现在以下三个方面:
2.1隔离功能:将基材与腐蚀介质隔离,达到防腐的目的;
2.2缓蚀作用:借助涂层内部成分与金属发生反应,形成一层钝化或保护膜,提高防腐层的保护作用;
2.3电化学保护:涂层中添加活性金属材料,起到牺牲阳极保护作用,减缓腐蚀。
3、采用防腐层技术的防腐方法包括以下几类:
3.1油漆防腐;
3.2玻璃钢内衬及胶带防腐;
3.3 内衬橡胶或塑料;
3.4 耐腐蚀金属衬里;
3.5 金属喷镀层和涂层;
3.6 搪瓷或玻璃衬里。
4、防腐层应具有以下性能:
4.1 稳定的耐化学介质性能(包括良好的耐水性);
4.2具有足够的抗冲击、抗弯曲、耐磨等机械性能;
4.3 用于一般腐蚀条件下的防腐时,要求有足够的电绝缘;
4.4与基材有良好的附着力和结合力;
4.5具有良好的耐阴极剥离性能和良好的耐老化、耐温性能;
4.6 涂层不应对其基材及其接触的介质产生不良影响,施工时不会对人体和环境造成危害;
4.7 具有良好的储存和施工稳定性;
4.8 易于修复。
由于防腐涂料具有防腐性能,因此施工方便,适应性广(适用于大气、水、一般液体、土壤等环境的防腐),现场施工方便,适合对于大面积、形状复杂的设备,综合防腐成本相对较低,具有涂装周期短、防腐效果好等优点,因此成为各种防腐技术中应用最广泛的防腐技术。防腐措施。
但防腐涂层也存在一些缺点:厚度薄、抗机械冲击能力弱、寿命有限、耐温能力有限、不适合高腐蚀环境。
因此,今天我们重点介绍一下这方面的相关知识。
五、常用防腐涂料的分类及特点
5.1 涂料的定义和解释
定义:一系列能涂敷到物体表面形成具有防护、装饰或特殊性能(如绝缘、防腐、标记)的固体涂膜的液体或固体材料。
其中液体涂料占绝大多数。固体涂料是近年来发展迅速的一种新型涂料。具有环保、工期短、性能优良等特点,使用范围不断扩大。在液体涂料中,有机涂料因其优异的性能和良好的使用性,在涂料领域占有绝对的优势。
由于最早的油漆大多以植物油和天然油漆为主要原料,故又称油漆。但随着科技的进步,越来越多的涂料是直接使用化工原料合成的,与“油”无关,而且很多涂料已经是水溶性涂料或固体涂料,所以“涂料”一词”已不能代表所有涂料。
5.2 涂层的基本成分
无论涂料的类型或性能如何,它都是由三种或四种基本成分组成。功能如下表所示:
基本成分
典型代表
主要功能
成膜物质
(也称为基材)
植物油(如桐油)、天然树脂、各种合成树脂(如环氧树脂、聚氨酯树脂)
使涂料形成完整、连续的固体涂膜并与基材牢固结合,是涂料的基础,决定了涂料的基本特性。
传播介质
挥发性有机溶剂(如芳香烃、酯、酮)、水
成膜物质分散形成粘稠液体,有利于提高涂料的施工性能和涂膜的某些性能。分散介质本身不能成膜
颜料和填料
(体色素)
太白、铬黄、铬绿、铁红、滑石粉、硫酸钙、锌粉、铝粉等。
着色和改善涂膜性能,增强涂料的防护、装饰和防腐效果,同时降低成本。
辅助的
催干剂、流平剂、防结皮剂、固化剂、增塑剂
改善涂料生产、施工、储存和使用特性
5.3 防腐涂层要求
5.3.1必须具有良好的附着力
涂层的附着力,特别是湿附着力,可以取代界面上的水和氧气,提高涂层的防护性能。因此,附着力好的涂层一般具有较好的防腐能力。用作底漆的防腐涂料往往需要更强的附着力。因此,环氧漆和醇酸漆常常单独用作底漆。
5.3.2 具有较强的抗渗透能力
抗渗透能力强,可有效防止腐蚀性介质的渗透。抗渗透能力不仅与涂料树脂本身的固有特性有关。为了提高抗渗透能力钢结构有机硅耐高温漆,常加入云母、氧化铁等填料来改善其性能。
5.3.3 对腐蚀性介质的稳定性
不仅要求涂料的成膜物质具有良好的稳定性,所添加的添加剂、填料等也应稳定,不与介质发生化学反应或物理变化。
5.4 涂料的分类方法
各类涂料产品有数千种,分类方法也很多。常见的分类包括:
5.4.1 按是否含有颜料分为清漆和色漆两大类。
5.4.2 按形式分类:水性涂料、溶剂型涂料、固体粉末涂料、高固含量涂料。
5.4.3 按用途分:建筑漆、木器漆、船舶漆、饮用水箱漆等。
5.4.4按施工工艺分:底漆、腻子、中漆、面漆、清漆。
5.4.5按使用效果分:绝缘漆、防锈漆、防污漆、防腐漆、阻燃漆。
5.4.6 按涂料主要成膜物质分:天然树脂漆、沥青漆、酚醛漆、环氧漆、聚氨酯漆。
5.5 常用防腐涂料的性能特点、用途及选用原则
5.5.1 防腐涂料因主要成膜物质不同,其防腐性能、适用条件、施工特点、使用寿命、价格水平也不同。因此,在选择涂料之前应该对各种涂料的特性有一定的了解。下表为常用合成树脂涂料的特点及主要用途:
主要成膜物质
涂膜性能
主要用途
醇酸树脂
光亮、耐候、附着力强,但质地较软,耐水、耐碱性较差
建筑、车辆、机械、船舶、轻工产品
氨基树脂
光亮,保光保色性好,坚硬,但需要加热固化
车辆、机械、机械产品
全氯乙烯树脂
耐候、耐腐蚀、耐水、耐油、阻燃,但附着力差、不耐温、固含量低、膜厚薄。
化工设备
乙烯基树脂
颜色浅、柔韧性好、耐腐蚀,但固含量低、膜厚薄
水泥及化工设备
丙烯酸树脂
光亮、色泽浅、保光保色性好、耐候性强
建筑外汽车、机械、轻工产品
聚酯纤维
柔韧性好,耐磨,施工麻烦
木器
环氧树脂
坚韧、耐磨、附着力优良、耐腐蚀、颜色深单一、耐候性差
化工设备
聚氨酯
脑膜、耐腐蚀、绝缘性好
飞机、船舶、化工设备、木器
硅树脂
耐候性、耐高温、绝缘性好,但附着力差、不耐汽油、且脆
电气材料、耐热设备的涂装
无机聚合物
耐高温、阻燃
船舶、桥梁
5.5.2 每种涂层具有不同的性能特点和不同的适用环境。下表提供了石化行业一些常见腐蚀环境中涂层选择的建议。
腐蚀性介质环境
推荐的油漆类型
推荐厚度(μm)
现场应用实例
总体气氛
酚醛树脂涂料、沥青涂料、醇酸树脂涂料
≥120
电厂锅炉房、炼油空分、化肥锅炉房等干燥室内环境设备
化学气氛
沥青涂料、全氯乙烯涂料、乙烯基树脂涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、聚酯涂料、无机富锌涂料、氯磺化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料、高氯化聚乙烯
≥150
炼油、化肥、化纤、化工厂生产设备
酸性气体、酸雾
全氯乙烯涂料、乙烯基树脂涂料、环氧树脂涂料(仅用于底漆和中漆)、氯磺化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料、聚氨酯、特种氰凝胶
≥200
化纤氧化、化工厂三聚氰胺、电厂化学水
碱性环境
全氯乙烯涂层、乙烯基树脂涂层、环氧树脂涂层、有机硅涂层、氯磺化聚乙烯涂层、氯化橡胶涂层、
≥150
肥料合成、肥料尿素
含酸、碱、盐的污水环境
酚醛树脂涂料、全氯乙烯涂料、乙烯基树脂涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、无机富锌涂料、氯磺化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料、特种氰凝胶
≥250
炼油厂废水
耐油涂层
环氧树脂涂层、聚氨酯涂层(用于成品油储罐内壁时必须采用导静电型)
≥250
炼油储罐内壁
防水防潮涂层
酚醛树脂涂料、沥青涂料、全氯乙烯涂料、乙烯基树脂涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料(含特种氰化物)、氯磺化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料、SBS防水卷材(屋面用)、氯化聚乙烯防水卷材(屋面用) )
氯磺化聚乙烯、环氧、聚氨酯、酚醛涂料≥200;沥青漆≥300; SBS防水卷材宜选用厚度大于4mm的聚酯胎基面层覆沙。
循环水场、冷却塔、水池、工厂车间
耐温涂层
≤100℃时:酚醛树脂涂料、醇酸树脂涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、无机富锌涂料
≥120
各种设备及管道
100℃~200℃:环氧树脂涂层、无机富锌涂层
≥120
加热炉、设备、烟道、烟囱
200℃以上:硅胶涂层
≥60
气化炉、高温反应器、再生器
水冷器专用涂层
TH847、DH22、JST-2L热交换器专用涂层
110~160
各厂碳钢水冷器管束
埋地管道
沥青玻璃布、煤焦油沥青玻璃布、环氧煤焦油玻璃布、聚乙烯胶带、环氧粉末涂料
2~7毫米
各类埋地管道
5.5.3 防腐涂料的选择必须考虑使用环境和施工条件。例如:埋地管道防腐时,应优先考虑耐水性能优良的沥青涂料;在重腐蚀环境下,应采用粘度高、一次性成膜厚度大的防腐涂料;全氯乙烯、硝基漆等挥发快的干漆不宜喷涂施工;氯磺化聚乙烯不适合回滚涂层施工。
5.5.4 防腐涂层的选择还应考虑涂层的匹配性能。底漆与基材之间必须有良好的相容性,底漆与面漆之间不得有相互混溶或咬底现象。例如:氯磺化聚乙烯既可用作混凝土表面的底漆又可用作面漆,但不宜用作钢材表面的底漆;环氧涂料在大多数情况下可以用作底漆,但不适合在钢表面使用。不适合露天环境下的面漆,因为环氧涂料的抗紫外线性能较差;耐腐蚀性好但附着力差的涂料(如全氯乙烯)一般只能用作面漆,必须根据其附着力选择底漆。优秀的涂料(环氧树脂、醇酸树脂)。
5.5.5 涂层品种的选择还应考虑综合经济因素。有时涂料价格低廉但寿命短并不经济,因为在某些情况下重新保存的成本可能远高于涂料成本的差异。一般来说,桥梁、铁塔、大型结构等在设计防腐层时,需保证10至20年以上,一般化工设备5年以上。一般防腐涂料在重腐蚀环境下很难实现长期的使用寿命,主要原因是技术可靠性不足和经济不值得。
5.6 涂装施工控制要点
涂层品种确定后,涂层的质量是决定涂层防腐效果和寿命的关键因素。在影响涂层质量的各种因素中,基材的表面处理和涂装施工过程中的条件控制(包括配比、厚度、针孔、温度、湿度)对涂层质量的影响占80%。
因此,控制涂料的防腐质量和寿命,必须重点抓好以下关键环节:
5.6.1涂装施工前的表面处理
表面处理的目的是保证基材表面达到必要的清洁度、孔隙率和粗糙度。
达到必要的清洁度是指清除基材表面的铁锈、水垢、油污、灰尘、水等,保证油漆与基材的基本附着力,避免杂质混入形成气孔、针孔。具有一定的孔隙率和粗糙度可以提高涂层的附着力。但粗糙度过大会造成局部厚度不足,容易出现针孔,增加涂料消耗。
表面处理方法有机械清洗(包括喷砂、高压水射流、电动工具、手动工具等)、化学清洗(酸洗、碱洗)、溶剂清洗、电化学处理、火焰清洗等。根据不同情况进行选择。
机械清理是日常施工中应用最广泛的方法,其中喷砂效果最好。目前国内表面处理标准对机械清洗进行了分类,其中工具除锈为St0、St1、St2、St3四个等级,喷雾除锈为Sa0、Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3五个等级。
一般钢结构的防腐至少应达到St3级,有时也达到Sa2.5级。储罐内部防腐及衬里橡胶、玻纤、金属喷涂、镀铝等应达到Sa2.5、Sa3级。
处理后的基材表面必须经施工单位和使用单位双方验收合格后方可进行下一步施工。一般情况下,检验合格后8小时内必须涂底漆。
合格处理的表面必须具有一定的粗糙度,不得有水、油污和附着不牢的旧涂层。
5.6.2 选择合理的涂装方法
常用的防腐涂料涂装方法有:刷涂、辊涂、浸涂、淋涂、空气喷涂、无气喷涂等。每种方法都有各自的特点和适用范围,应根据现场环境确定(包括温度、湿度、风速)和油漆类型。一般来说,刷涂和辊涂适用于大多数情况下的防腐施工。刷涂相对灵活,适合各种复杂零件,辊涂速度较快。浸涂和淋涂主要适用于车间工件和小型设备的防腐。喷涂适用于大面积施工,但损耗大,立面施工时厚度不均匀,易流淌。
5.6.3 防腐涂装施工环境要求
大多数涂料施工要求在5℃以上。温度过低,干燥固化困难,漆膜附着力也差。风、雨、雪或湿度大于70%时不能施工。
另外,合格的基材表面必须及时涂刷底漆,否则会因污染或潮湿而大大影响防腐效果。
5.6.4 底漆附着力要求
在重点防腐工程中,常常需要对底漆的附着力进行测试。一般有实验室画圆法和现场划格法。现场划线法更能代表真实的防腐质量。方法是用一套特制的刮刀沿垂直方向刮两遍,确保漆膜完全被刮掉,然后用软毛刷轻轻地刷去画好的小方块上被刮伤的漆膜碎片。保留的小方块越多,附着力就越好。
5.6.5 涂层层数
油漆在使用过程中不可避免地会出现针孔和缺陷。因此,当总厚度相同时,多层涂敷得到的涂层往往更致密。重要环境使用的防腐涂层一般要求不少于5层。
在进行施工管理时,经常会遇到施工单位刷了两次漆才通知甲方人员检查的情况。此时很难确认所有部件是否都刷过两次。一个比较简单的控制方法是要求施工单位对每个道次使用不同的颜色,这样很容易发现道次不够的区域。另一种方法是要求施工单位每次只涂刷一次,并在隐蔽的地方和容易遗漏的区域提前做一些小标记。如果痕迹还能看见,结果自然是施工单位受到处罚。
5.6.6 涂层厚度
一般来说,防腐涂层必须满足一定的厚度要求才能达到防腐效果。基本要求是漆膜总厚度达到粗糙度的2倍以上。此外,在高腐蚀环境下需要更厚的厚度。一般来说,大气腐蚀条件下漆膜总厚度应大于150μm,液体环境下一般达到250~300μm。
但涂层的厚度也与涂层的类型有关。 110μm厚度的环氧涂层的抗渗透能力优于1mm厚度的沥青涂层。
防腐施工完成后,必须用仪器进行厚度测试。人的感官无法确认涂层厚度是否达标。施工单位经常使用湿膜测厚仪来精确控制最终厚度。
进行最终厚度测试时有一定的数量要求。检测比例为:统一随机选取检测点,管道每20米1个检测点,每条管道不少于3个检测点;每10平方米设备测试1点,每台设备不少于3个测试点。防腐层厚度合格标准为:90%以上测点达到规定厚度(规定厚度由设计图纸确定或参照本规范附录执行,剩余旧涂层厚度应去除),其余测点未达到规定厚度。最小厚度不得小于规定值的80%。对不符合合格标准的,必须加倍抽查,并对缺陷进行纠正。当超过20%的测点未达到规定厚度时,必须全部重新涂漆并重新检验。
5.6.7 针孔检测
对一些关键防腐涂层还需要进行针孔测试,以保证防腐层的可靠性。例如,热交换器涂层防腐需要进行针孔检测。有两种方法:盐水电导率法和高压火花试验法。检测电压必须根据涂层厚度确定。
5.6.8 涂装间隔
涂装防腐涂料时,各层之间必须有一定的间隔。一般情况下,待底漆干燥后即可施涂下一层。对于氯磺化聚乙烯和特殊氰化物凝胶等涂料,要求完全干燥后才能施涂下一层。
5.7 防腐涂层常见缺陷及处理措施
常见缺陷
原因
治疗措施
附着力差,达不到要求
①表面处理方法不当;
②表面处理质量不符合要求;
③除锈方法不当,造成表面抛光不良;
④ 在已被污染的湿表面上涂漆; ⑤ 涂装时间间隔太短。
①采用喷砂等可靠的除锈方法,改手工除锈为机械工具除锈,并使用粗砂布和硬丝刷; ②向施工人员明确除锈等级及验收标准;
③根据不同的基材选择不同的除锈方法,必要时使用脱脂清洗剂;
④适当延长涂漆间隔。
固化速度慢或不固化
①固化剂用量不足;
②固化剂过期或失效;
③施工时温度、湿度不在允许范围内。
①更换专用固化剂或检查固化剂效果;
②检查固化剂的用量是否适合现场的温度和温和程度;
③环境温度满足条件后,方可施工。
涂层咬底、起泡
①底漆未完全固化或上下漆不匹配;
②涂料桶内有水或基层表面潮湿;
③稀释剂太强。
① 等待底漆完全凝固后再涂刷下一层;
②去除水分、湿气,保证干燥;
③选择合适的稀释剂。
涂层不均匀钢结构有机硅耐高温漆,有小凹凸,光泽不一致。
涂料在配制过程中搅拌不均匀。
充分搅拌
涂层厚度不均匀,涂漆痕迹明显
① 涂覆方法选择不当;
②涂漆时用力过大;
③施工时单层厚度过大。
① 为保证涂层均匀,涂装方法应按喷涂、刷涂、辊涂、浸涂的顺序选择;
②减小涂装力或适当稀释涂料;
③检查施工顺序是否合理。一定要先上后下,边角边坑先分别涂漆。两层涂料之间的施工方向应垂直。
涂层表面裂纹、皱纹
①涂装时底漆、中漆、面漆匹配不好;
②涂装间隔时间太短;
③ 一层油漆太厚或涂漆后在阳光下暴晒。
①改变涂料类型,选择合适的配套方案;
②适当延长涂漆间隔时间;
③适当添加稀释剂;
④防止阳光暴晒。
底部裸露或下垂
①表面有油污;
②上一个涂层与下一个涂层不匹配;
③涂层太厚、油漆太薄或喷枪使用不当。
① 使用溶剂或除油剂去除油污; ② 检查涂层的相容性;
③用稀释剂适当稀释或检查喷枪;
④ 充分搅拌,防止过度稀释。
油漆浑浊
①稀释剂选择不当;
②吸收水分并含有水分;
③制造过程中反应不完全。
①更换溶剂;
②过滤;
③再加热反应。
喷漆一段时间后又生锈
①除锈不彻底;
②除锈后未及时涂底漆;
③厚度不够。
① 彻底除锈并达到规定标准; ②除锈检查合格后及时涂底漆;
③保证厚度,选择耐腐蚀性好的漆种。
6.涂层使用寿命
一般来说,涂层防腐具有一定的使用寿命。影响因素包括设计使用寿命、涂层类型、除锈方法、厚度、使用环境等。一般对使用寿命影响较大的因素包括涂层类型和质量、施工过程控制(主要是良好的除锈、正确配比、无油、无水、无尘、厚度合格)以及温度、湿度、环境腐蚀性、紫外线等。
一般室外钢结构的防腐期限至少应为三年,大部分在一年以上。对于电力塔等投入使用后难以重建的结构,一般设计防腐年限应至少为10至15年。罐内防腐层一般要求6年以上。埋地管道防腐层的使用寿命一般要求在30年以上。
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