工业防腐中测膜注意事项

周颖异

摘 要：本文介绍涂层厚度对工业防腐的重要影响，以及干膜测厚仪的使用问题以及注意事项，并根据底材和测量位置不同，如何正确选择测膜仪和探头。另外在工业防腐中遇到膜厚问题，比如超厚或者低膜缺陷，应该怎样进行修补，才能达到涂层寿命预期值进行阐述。

关键词：干膜仪;涂层;工业防腐

腐蚀，对现代工业造成的危害非常巨大。美国为例，每年因为腐蚀带来的经济损失占国民生产总值的3.1%。根据工业发达国家不完全统计，每年因腐蚀造成的经济损失占国民经济总值的2%-4%。而我国每年因腐蚀所造成的经济损失多达2000亿元，如果防腐工作做的好，其中40%的损失可以避免。腐蚀不想地震，台风，瘟疫，冰雪等自然灾害那么突然，但是由此带来的损失却大得多。防腐工作的目标就是寻找长久，耐用，科学又便宜的方法，让本来3年生锈的东西等4年，8年以后再生锈。

工业中提高防腐效率的方法包括：改进工艺，使用防腐材料，防腐涂层，和外接阴极保护等。其中最为便宜有效的方法就是涂层防腐。良好的涂层施工不仅能提高设备整体使用寿命，而且美观大方，有的特殊涂料还具备防滑，隔热等功能。每一个涂层工艺的设计都设计到涂层服役年限的问题，比如国际海洋组织IMO2008年制定的PSPC规定船用海水压载舱的涂层最低服役年限不得低于15年。试想一下，在高盐分浸泡的海水里，还要在冷热交替的海洋深海环境下，保证15年涂层不得有大规模的脱落和腐蚀。这对涂层施工的要求是非常严格的。事实上涂层的服役年限不仅跟涂层生产商的产品有关，还与工业施工中的流程好坏有直接影响，其中包括表面处理等级，清洁卫生盐分油污焊接缺陷，还有最重要的就是涂层厚度，就是我们所谓的DFT（Dry film Thickness）。

通常，涂料分为有机或者无机涂料。大多数涂料是无机涂料。常规的涂料由两种主要成分组成：颜料和漆料。漆料由基料（树脂）和溶剂以及添加剂组织，他们大多是涂料在液态情况下的组成部分，可将他们分为两大类：非挥发性，成膜（基料）部分和挥发性溶剂。而最终在待涂表面沉淀下来的就是基料中非挥发性的部分和颜料，經过沉淀，最终组成了最终的DFT。而且正是这些成膜部分，才是保护工业材料不受大气，海洋，风沙腐蚀的坚固外壳。

涂层因为长期暴露在恶劣的坏境里，也不断的收到来自大气和海洋的分子侵蚀。这就要求涂层因具备一定的设计厚度，如果太薄，迅速损耗掉，或者太厚，溶剂无法挥发出来，引发开裂和内部聚应力集中，都是失败的，不利我们工业防腐工作，也达不到正常服役的年限。那多少的DFT才是符合要求的呢？

正常来说，每个油漆生产商在出厂的时候都会给自己的产品一个建议膜厚。正常一个涂层系统的设计包括底漆，中间漆和面漆，把这些推荐数值相加起来的厚度，就可以作为我们膜厚测量的标准。比如我们常用的环氧基的涂料每层的建议DFT在150到200微米，聚氨酯涂料每层建议在40微米，最普通的无机锌底漆一般在15微米左右。

我们工业防腐领域还没有完善的与国际接轨的标准体系，包括石化，建筑和船舶领域。涂层测量的标准只能参照船舶领域，ISO和美国的SSPC/NACE发布的PA2使用磁性仪器对干膜厚度测量。美国材料数据协会的ASTM D7091和SSPC-PA2对干膜厚度测量定义了相同的方法，也能作为涂料行业内所公认的方法。SSPC-PA2要求如下：每10平方的区域测量5个测试点（3个读数），单个读数不受规定的膜厚限制，5个测试点的平均值（15个读数）应该不超过，也不能低于指定膜厚。单个测试点的测量值不能低于指定膜厚的80%，也不能高于指定膜厚的120%。2008年IMO所发布的PSPC中有着更严格的规定，将原来的80%最低膜厚提升到90%。据笔者所知，我国现在也是跟随类似国际标准，希望未来，工业防腐能越来越被我们所重视，我国的相关机构也能制定受国际上推崇的防腐规范。

工业防腐中常见的测膜仪分两种基本类型，一是磁性拉伸式干膜测厚仪，二是固定探头电磁干膜测厚仪。两种仪器都用于测定磁性（通常是铁）底材上的非磁性涂层的干膜厚。但是，经常会有非磁性和非导电性涂料被施涂在导电，但非铁的底材，例如铝，锌，铜，黄铜和一些不锈钢上。可使用涡流原理的测试仪器，来测定这些表面上非导电涂层的干膜厚。当测膜仪使用时间长了后，因为使用环境或者保养原因，会出现数据偏差。这个时候就需要我们按照制造商的指示或者规格书的要求进行校准。在对拉伸式干膜仪进行校准的时候，使用带有非磁性涂层的测试快，该非磁性涂层要符合规范标准，必须足够大，以超过满足拉伸式测膜仪发挥磁性作用所需的钢板临界快。对固定探头测膜仪校正时所用到的塑料薄片或其他非磁性薄片，不应该适用与拉伸式，两种测膜仪校正应该区分开来。当仪器不再与标准一致时，检查端头的清洁度，如果端头脏了，应该按照规定的方法进行清洁。

相对广泛应用的固定探头电磁干膜仪而言，磁性拉伸式使用的频率比较小，而且基本在普通工业防腐中很少见到这种测膜繁琐又看起来不怎么先进的测膜仪，然后在一些特殊防腐施工中，例如防爆要求比较高的密闭空间里，需要依赖电池的固定探头测膜仪就不得停止使用，相对安全的拉伸式磁性测膜仪就有发挥的空间了。基于电磁原理的仪器，探头的使用一个振荡器来感应磁场，随后磁场会在底材和黑色金属相互作用，底材影响的强度会在探头内自动检测到，而产生的用电测量会转化成仪器屏幕或者刻度厚度的读数。SSPC-PAS要求在同一天的使用前后对仪器进行校准。影响仪器精准的因素包括：1，底材的磁性。校准骗应该与被测量的涂装件有相同的冶金成分。2，底材厚度。所需要的最小底材厚度会随着具体的仪器而发生改变。3，边缘。通常，如测量的点离边缘不到25毫米，就不能进行准确测量。4，弯曲的表面。当在弯曲表面上使用仪器，应该使探头垂直于表面。5，磁性涂料。6，底材的构造。不管是光滑的底材还是喷砂清理变粗糙了，都会影响测量的准确度。在每一种情况下都应该仔细研究并遵循仪器制造商的详细而精准的指示和推荐。

另外，对于导电底材上非导电漆膜的干膜厚。通常，这些导电底材的绝大多数是有色金属，例如，铝，铜，黄铜和不锈钢。该仪器可能看上去就像电磁仪器，但它通过传至探头的交流电在底材内产生涡电流。尽管涡流能在任何导电金属上测量，但是探头的形状和尺寸以及金属底材的导电性是有影响的。应在待测量底材上或者类似于被涂装底材的表面上进行校准。通常，涡流探头比电磁探头更专业，它能在较小的范围干膜厚测量。绝大数涡流电探头设计并校准于铝底材，如在其他底材上进行测量，获得的结果相对不是很准确。影响仪器的精准因素包括：1，底材的磁性和导电性。2，底材的厚度。3，边缘不到25毫米。4，弯曲表面。5，涂层的导电性。值得一提的是，哪些含有铝颜料的涂层在使用涡流干膜仪测量的时候，肯定是有问题的，这点还是需要征询制造商的建议。如果我们在工业检查中像测量铜底材上的铝粉颜色乳香涂层的干膜厚度，我们是不能使用涡流或者电磁仪器的。我们可以使用以下两种方法：1，使用湿膜仪器。2，用托克仪测量。

以下来介绍以下两种不常见的膜厚测量工具，湿膜仪和托克仪。事实上，湿膜仪并非不常见，因为它的使用者通常是现场的喷漆工人。但是我们目前国内的工地上极少见到负责人的油漆队伍里给工人配备湿膜仪，更不用说工程师了，基本见到的人都很少。湿膜仪是由各种形状的钢制或者塑料制的硬片，上面化有刻度，在喷漆的过程中工人可以在没有固化的湿膜上把带有刻度的湿膜卡插进去，取出读数，再根本油漆制造商提供的固体份含量去换算理想干燥状态下的干膜厚度。这种做法其实很好的避免了油漆的低膜和过厚问题，也能让喷漆工人再施工过程中进行适当调整，抢嘴的尺寸和离距，一个好的喷漆工人或者一个好的分包队伍，想要做出高质量的防腐涂层，湿膜仪是必备的。

托克仪作为一种破坏性的干膜测量工具，在我们工业防腐中也是极少见到。这于我们粗犷式的施工工艺，还有对防腐工作的不重视有关。该工具是以他的发明者H.TOOKE命名。ASTM D4138中有介绍它的使用方法。该仪器用于测量多道涂层系统的总膜厚和各涂层的厚度，直接测量，完全不受底材影响。利用固定角度的割刀切开干膜，利用仪器上50倍的放大镜去测量斜边的长度，进一步算出干膜的厚度。由于托克仪的客观直接，因而是一种非常可靠的仲裁工具。托克仪有其特殊的有点，比如携带方便，现场实验室都可以用，相对容易，能安装照相机用过显微镜拍照，如果发生争议，是一个可靠的仲裁仪器。但是也有某些缺点，比如需要电池做电源（一些防爆的区域就不能使用），必须破坏涂层才能进行测试，在填充涂层或者纤维涂层内可能切不出光滑的切口，影响读数，本身不安全。

提了那么多测膜的仪器的使用方法和注意事项，在测量结果上，如果出现低膜和过厚怎么处理。国内工业防腐中并没有对什么是低膜进行详细描述，我就以美国工业防腐NACE的80-20法则为例，对于低于80%的规定膜厚的漆膜，如果喷涂时间过长，超过了24小时或者涂料产品说明书上固化的时间，最好是用砂紙或者动力工具打磨后进行修补，修补油漆可以适量增多稀释剂，根据天气和现场状态决定。同样是过厚，我们国家工业防腐上也没有严格定义，我拿日本CMP和佐敦的油漆产品说明书为例，普遍认为2倍于规定膜厚就是超厚，超厚会导致油漆内部溶剂难以挥发，应力集中严重会开裂，所以我们要对有开裂风险的过厚涂层进行铲除，重新施工。

2014年，中国首次全面进行腐蚀成本调研，中国科学院海洋研究所的侯保荣院士给出一组惊人的数字：2014年中国腐蚀总成本超过2万亿！约占国内生产总值的3.34%。研究人员在于公路桥梁，港口码头，水利工程，市政管网，海洋平台，石油化工等30个领域进行调研，通过发放问卷，实地调研，专家咨询等方法获得数据。由于腐蚀的隐蔽性和和突发性等特点，不仅消耗资源，污染环境，还造成工业事故。正因为起步晚，我们国家的防腐工作在标准的制定和规范化上仍然落后发达工业国家。不积跬步无以至千里，防腐本身就是一个非常重视细节的行业，却不能很快看到成绩，没有立竿见影的效果，所以经常被工业人士所忽略，笔者希望在工业化高速发展的今天，我们能越来越重视一些基础性的工作，从一些细枝末节入手，由表面处理到测膜工作的标准化开始，给我们的工业设施披上一层坚不可摧的盔甲，让防腐在工业中发挥举足轻重的作用。

参考文献：

[1] 中国新闻网. https：//finance.sina.com.cn/roll/2016-06-01/doc-ifxsvexw8232052.shtml[OL] 2016年06月1日.

[2]J.P. Broomfield， Corrosion of Steel in Concrete [M]（London， U.K.： FN Spon， 1997）.

[3]SSPC-VIS 1， “Guide and Reference Photographs for Steel Surfaces Prepared by Dry Abrasive Blast Cleaning”[Z] （Pittsburgh， PA： SSPC）.

[4]SSPC-VIS 2， “Standard Method of Evaluating Degree of Rusting on Painted Steel Surfaces”[Z] （Pittsburgh， PA： SSPC）.

[5]SSPC-PA 2， “Procedure for Determining Conference to Dry Coating Thickness Requirements”[Z] （Pittsburgh， PA： SSPC）.