海洋石油平台常用涂层附着力检测方法

王 猛 张富春 王 鑫 李 冬 秦玉良 付维民

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 前言

随着海洋石油进军深海计划的实施，海洋石油平台从浅海走向了深海，相应的腐蚀环境也更加苛刻，海洋平台钢结构处于严酷的腐蚀环境中[1]，对防护涂层的性能提出了更高的要求，涂层附着力是评价一个涂层或涂层体系最重要的一项指标[2]，对其进行研究讨论是很有意义的。

1 涂层附着力的含义及影响因素

涂层的附着力是一种特殊的界面作用力，有机涂层的附着力包括两方面：一是有机涂层与基体金属表面的粘附力，其次是有机涂层本身的凝聚力。两者在涂层防护的整个体系中是缺一不可的。附着力不好，再完好的涂层也起不到作用；而涂层本身凝聚力差，则漆膜容易龟裂。这两者共同决定涂层的附着力。据研究，影响涂层附着力的基本因素主要有两个，涂料对底材的湿润性和底材的粗糙度。涂层对金属底材的湿润性越强，附着力越好；一定的表面粗糙度对涂层起到了咬合锚固的作用[3]。

2 涂层附着力的检测方法

在海洋平台钢结构的涂装过程中，施工现场常用的涂层附着力检测方法有用刀具划X、划格法、拉开法、凿击法，以及针对镀锌层的划痕法等，各种方法介绍如下：

2.1 划X法

海洋平台钢结构涂层的干膜厚度通常为150微米-400微米，划X法适用于干膜厚度高于125微米的涂层，所以经常被使用，该方法的优点是工具简单、方便快捷，但是不能测出附着力的具体值，只能通过评级判断附着力的好坏。检测的主要工具有划X法导向器、锋利的刀片、25mm宽的半透明压敏胶带、橡皮擦以及照明灯源等[4]。

2.1.1 检测步骤：

对涂层表面进行清洁干燥，表面潮湿、油污以及高温等会影响附着力。

按标准选定检测区域，借助划X法导向器用刀具沿直线稳定地切割漆膜至底材，夹角为30～45°，划线长40mm，交叉点在线长的中间。

通过灯光照明查看钢质基底的反射，观察划痕是否到底材，如果没有，则在另一位置重线切割，不宜在同一位置重复划线。

截取75mm长的胶带，把胶带中间处放在切割处的交叉点上，用手抹平，再用橡皮擦摩平，观察透明胶带的颜色确定与涂层接触的状态程度。

在90±30s内，以180°从漆膜表面撕开胶带，观察涂层拉开后的状态评定附着力级别。

2.1.2 附着力评级

标准中定义了六个级别，如图1，通常2A级以上为可接受状态。

5A：没有脱落或脱皮；

4A：沿刀痕有脱皮或脱落的痕迹；

3A：刀痕两边都有缺口状脱落达1.6mm；

2A：刀痕两边都有缺口状脱落达3.2mm；

1A：胶带下X区域内大部分脱落；

0A：脱落面积超过了X区域。

图1 附着力划X法的涂层状态

2.2 划格法

划格法适用于检测干膜厚度小于125μm的涂层[4]，在海洋平台钢结构的涂装过程中应用较少，主要用于检测底漆的附着力，多用于实验室中。有的标准中规定，划格法可以检测涂层厚度到250微米，此时划格的间距要增大到3mm[5]，见表1。

检测的主要工具有单刃刀具、透明压敏胶带、放大镜、橡皮擦等。为了避免人为误差，发展有电动划格法附着力测试仪，可以自动划格，例如德国Erichzen仪器公司生产的430型，可以进行多种规格的试验。

2.2.1 检测步骤：

(1)检测涂层干膜厚度，判断是否可用划格法，并确定适当的切割间距；

(2)以稳定的压力，规定的间距，匀速地切割漆膜，直透底材表面；

(3)重复以上操作，以90°角再次平行等数切割漆膜，形成井字格；

(4)划格完毕后，用软刷轻扫表面；

(5)截取75mm长度的压敏胶带，从胶带中间与划线呈平行放在格子上，至少留有20mm长度在格子外以用手抓着，用手指摩平胶带，用橡皮擦压紧；

(6)抓着胶带一头，在0.5～1.0s内，以接近60°角撕开胶带；

(7)将撕下的胶带黏贴到白纸上保存，检查切割部位的状态，评定级别。

2.2.2 附着力评级

ISO2409标准中定义了六个级别，见表2，0～5级由好到坏，通常2级以上为可接受状态。ASTM D3359标准的分级有所不同，规定5～0B级为由好到坏，两者的测试方法和描述基本相同。在海洋石油平台钢结构的涂装过程中，对涂层附着力要求更加严格，通常要到达1级以上。

2.3 拉开法

在海洋石油平台钢结构的涂装过程中，

若要准确测定涂层附着力，拉开法是最常用的方法，该方法可以直接测出附着力的数值(MPa或psi)，并判定涂层失效的部位[6,7]。

拉开法测试仪器有机械式Elcometer 106型，气动式Elcometer 108型和液压PAT M01等。机械式检测受操作人员、环境等因素影响大，检测数据不稳定，现在已经很少使用，在海洋平台钢结构的涂装过程中，常用Elcometer 108型附着力检测仪，见图2。

表2 ISO 2409划格法的附着力级别

图2 Elcometer 108型仪器检测涂层附着力

2.3.1 检测步骤：

(1)测试用圆柱用240-400目细度的砂纸砂毛，使用前用溶剂擦洗除油；

(2)测试部位用溶剂除油除灰；

(3)按正确比例混合双组份无溶剂环氧胶粘剂，涂抹上圆柱，压在测试涂层表面，转向360°，确保所有部位都有胶粘剂附着；

(4)用胶带固定圆柱在涂层表面，双组份环氧胶粘剂室温下要固化24小时；

(5)测试前，先用刀具围着圆柱切割涂层到底材，如果干膜厚度低于150微米时，可以不进行切割处理；

(6)用拉力仪套上圆柱，进行测试，记录破坏强度，以及破坏状态。用百分比表示出涂层与底材、涂层之间、涂层与胶水以及胶水与圆柱间的附着力强度及状态。

2.3.2 附着力评估

破坏强度的数值可以直接从仪器上读出，单位为MPa或psi。海洋平台钢结构的涂装一般要求5MPa以上，一些要求比较严格的项目会要求7MPa以上。

2.4 凿击法

在海洋平台钢结构的涂装中，防火漆是一种特殊的涂料，防火性能的保障除了要有足够的膜厚外，同时还需具备良好的附着力，海洋平台防火漆附着力的检测一般不在工件上直接进行(除非业主要求)，而是采取做样板的方式用凿击法检测[8]。

2.4.1 检测步骤：

(1)按防火漆的施工工艺喷涂一块样板；

(2)待油漆完全固化后，划定一个250mm×250mm的区域；

(3)用一个锋利的凿子(宽度不大于50mm)凿掉选定区域的油漆，观察记录油漆的剥落情况(见图3)。

图3 防火漆涂层附着力检测

2.4.2 附着力评估

对于防火漆附着力的评估，没有一个统一行业标准，各个企业的标准有所不同，例如某国际品牌油漆厂商规定，在选定的试验区域(250mm×250mm)，凿掉下的油漆块数多余4块，则认为该油漆附着力合格。

2.5 镀锌层附着力检测

海洋石油平台上，一些钢结构(栏杆、格栅、踏步等)需要镀锌防腐，常用的镀锌方式为热浸锌。关于附着力的检测，标准推荐的方法为划痕法。

施加一定的压力清楚锌层，通过切割或用一把结实的刀以撬的方法来确定锌层对基体金属的附着力。在刀尖处，如果锌层以层的方式剥离，就可以认为附着力不充分。不可在边或角处(附着力较小的地方)进行测量，不能通过使用剥或切削清楚锌层小颗粒的方法来确定失效[9,10]。

3 总结

海洋石油平台钢结构防腐过程中，涂层附着力的好坏直接影响涂料对基材的保护能力。附着力指标对于评价涂层的好坏非常重要，根据油漆厚度、种类、性能选择合适的附着力检测方法，对于正确评估油漆系统的性能是有重要意义的。

[1]陈胜利, 兰志刚, 宋积文. 海洋石油平台的腐蚀监测技术[J]. 石油与天然气, 2010, 24(6): 22-25.

[2]许君. 涂层附着力测试方法比较及影响因素探讨[J]. 现代涂料与涂装, 2012,11(5): 18-20,27.

[3]宋玉苏, 姚树人. 涂层与基体金属附着力的研究进展[J].材料保护, 1999,32(9): 21-23.

[4]ASTM D3359-08: Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test.

[5]ISO2409-07: Paints and varnishes - Cross-cut test.

[6]ISO4264: Paints and varnishes - Pull-off test for adhesion.

[7]ASTM4541: Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers.

[8]孙晓明, 刘晓斌. 海洋石油平台防火涂料施工质量控制[J]. 2007年度海洋工程学术会议论文集，2007.

[9]ASTM A 153/A 153 M-09：Standard Specifica -tion for Zinc Coating (Hot-Dip) on Iron and Steel Hardware.

[10]ASTM A 123/A 123M-02: Standard Specif i ca -tion for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel. Products.