镀锌钢构件涂层抗腐蚀性能试验及研究

梁光

摘要：输电杆塔大都架设在空旷的野外，包括森林山区、沿海地区、污染严重的重工业区等。由于长期运行于户外露天环境，输电铁塔承受着不同程度的自然条件侵蚀，塔材腐蚀逐年加重。长期以来，为了防止腐蚀的发生，工程上采用多种技术对金属构件加以保护。其中，最直接有效且常用的方法就是在金属表面涂防腐涂料。防腐涂料隔绝了金属表面与腐蚀介质的接触，阻断了金属发生腐蚀的必要条件，从而达到延缓和阻止腐蚀的目的。

关键词：镀锌钢，防腐材料，水性聚氨酯

引言

变电站是连结发电厂和电力用户之间的关键节点，在变换电压和分配电能方面发挥着不可或缺的重要作用。沿海地区属于典型的高温、高湿和高烟雾大气环境，而且工业企业分布密集，环境污染严重，导致沿海变电站存在不同程度的大气腐蚀问题，影响电网的安全运行。因此，充分认识沿海变电站主要设备的腐蚀状况、腐蚀机理、现有防腐措施及其有效性，对于进一步有针对性地采取有效的防腐措施，提高变电站设备的使用寿命和安全性十分重要。本文基于国网福建省电力有限公司所属各运维单位及电力科学研究院的现场勘查记录、分析结果，结合文献报道，对沿海变电站主要设备的腐蚀状况、腐蚀机理及防腐措施进行了调查研究，并提出了相应的防腐措施建议。

1试验概况

1）试件设计。基体材料为镀锌钢试块，尺寸为50mm×50mm×4mm。试验喷涂的防腐材料分别为水性聚氨酯与氯磺化聚乙烯，之后按照GB/T1727—1992漆膜一般制备法将涂料均匀喷涂在钢板上，水性聚氨酯与氯磺化聚乙烯涂层的厚度分为薄（B）、中（H）、厚（T），每种涂层厚度的试件数量均为6个，其中薄（B）为喷涂一次，中（H）为喷涂两次，厚（T）为喷涂3次。之后在浸泡试验规定时间期限（2d/4d/6d）取一块进行划格试验，其余试件进行厚度的测量。涂层固化方法为：喷涂完后在室温下放置15min～30min，再置于60℃烘箱中固化24h。涂料厚度采用千分尺进行测量并记录。为了后续试验各项指标的测定，将每个试件进行标号，B厚度聚氨酯涂层的试件标记为①～⑥;B厚度聚乙烯涂层的试件标记为1～6;H厚度聚氨酯涂层的试件标记为H①～H⑥;H厚度聚乙烯涂层的试件标记为H1～H6;T厚度聚氨酯涂层的试件标记为T①～T⑥;T厚度聚乙烯涂层的试件标记为T1～T6。采用电子千分尺对所有腐蚀前的试件进行试件初始厚度及刷涂聚乙烯/聚氨酯后的试件总厚度进行测量并记录。

2钢构件的腐蚀机理

钢结构在电力设施里使用非常普遍，如变电站的变压器、输配电线路的杆塔以及各种钢构等。在我国东南沿海的大气和工业腐蚀环境中，钢结构长时间遭受昼夜温差、季节温差变化、盐雾沉积以及风吹日晒等，锈蚀问题通常非常严重。这主要是由于沿海大气环境很容易满足钢结构发生电化学锈蚀的4个条件，即阴极、阳极、金属接触以及氧气和电解质。在阳极，Fe释放电子形成Fe2+和OH-;在阴极，水中溶解的氧气吸收阳极产生的OH-，使电子从阳极向阴极不断流动，形成腐蚀电流。也就是说，钢的表面会发生2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2反应，生成Fe（OH）2薄膜，而其进一步与水和氧气发生4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3反应，造成钢的锈蚀。一般情况下，不锈钢构件的腐蚀较轻微，普通碳钢构件的腐蚀则较为严重。这是因为碳钢中含有由铁素体和渗碳体组成的珠光体，其中铁素体的电极电位比渗碳体低，因此当钢件表面吸附了含有电解质的水时，铁素体成为阳极，渗碳体成为阴极，二者接触后就会形成许多腐蚀微电池。沿海工业区大气中由于含有高浓度的盐分、H2S和SO2等污染物，不仅会加速钢结构的电化学腐蚀过程，还因为这些污染物在经过一系列的电化学反应后又重新生成，使底层的金属得以继续腐蚀，因此对钢构件的腐蚀危害更大。

3腐蚀试验

根据GB10124—1988金属材料试验室均匀腐蚀全浸试验方法进行不同厚度聚乙烯/聚氨酯的镀锌钢实验室加速腐蚀试验，具体过程如下：配置35g/L的氯化钠溶液，调节pH值为6.5～7.2之间，调节试验温度为（25±2）℃，试验在耐腐蚀的塑料箱中进行。定期检查试板，同时注意不应损伤受试表面。在规定的试验周期结束时，从设备中取出试板，用清洁的温水冲洗以除去试板表面上的试验溶液残留物，而后立即把试板弄干并检查试板表面的损坏现象，如起泡、生锈等。

4长期暴露腐蚀数据与试验结果对比

目前评价钢的腐蚀性能主要有大气暴晒和实验室加速腐蚀试验等方法。前者直观，并且数据可靠，能在一定程度上综合反映金属材料在大气条件下的腐蚀性能，但试验周期长;后者可在相对较短时间获得不同钢种的腐蚀性能，但是该方法与实际使用环境还存在一定差异。我国环境腐蚀网及其他研究者提供了我国部分地区钢材腐蚀试验，通过该部分腐蚀数据与3中分析得到的第一年腐蚀量对比，校验其可靠性。对比结果表明，推算结果与腐蚀试验结果具有较好的统一性，但存在一定偏差。偏差主要来源于两方面：函数的不确定度，环境因素测量的不确定度。其中，函数的不确定度为主。偏差是基于多种材料在不同的试验场的暴晒结果，但只是针对某一时期。从而，结果虽然具有一般有效性，但环境的腐蚀性逐年变化，取决于实际的气候变化。例如同一地区不同时间的腐蚀会存在偏差。根据对免涂装耐候钢构件的研究，该环境腐蚀等级分级图可为我国面涂耐候钢构件设计提供参考依据。

5沿海电厂钢结构防腐蚀技术研究及应用进展

在沿海和海洋环境中，钢结构主要选用锌含量高的耐腐蚀涂料、锈蚀涂料、纳米涂料、含氟涂料和聚酯弹性涂料。传统发电厂钢结构防护涂料大多采用锌含量高的涂料。近年来，富锌传统涂料的性能不再满足防腐蚀的需要，研究人员开始改进富锌传统涂料，在保护沿海发电厂钢结构的框架内，开始测试聚酯弹性涂料。用于保护发电厂钢结构免遭腐蚀的耐腐蚀重环氧粉末涂料，由于含锌量有限，仅限于使用含锌涂料 而且加工过程中产生的锌蒸气对人体有一定的危害近年来，研究人员通过改造大大提高了性能，逐渐成为沿海发电厂的主要防腐涂料 因此，盐雾腐蚀涂料的时间超过2500 h，传统富锌涂料的盐雾腐蚀时间仅为600 h，防腐性能得到了很大提高。在舟山国家电网，浙江电力有限公司宁波电力公司在变压器网络项目中 监测结果表明，上述涂层的耐腐蚀性能基本上可以满足沿海钢结构防腐技术的设计要求，而且根据数据，耐腐蚀涂层的抗腐蚀性能应具有耐蚀性.

结束语

1）全浸实验中，氯磺化聚乙烯涂层虽然附着力较好，但反而会加速镀锌钢的腐蚀进程;而水性聚氨酯涂层厚度达到60μm时，具有较高附着力的同时，可以有效地物理屏蔽保护镀锌钢基体，延缓镀锌钢的腐蚀速度。2）随着腐蚀时间的增大，较厚的氯磺化聚乙烯涂层与镀锌钢板的附着力反而会降低得较快;较薄厚度的水性聚氨酯涂层与基体之间较差的附着力是由于水性聚氨酯具有耐水性差、力学性能较差等缺陷，这些缺陷限制了其在海洋环境中作为耐腐蚀材料的应用与发展。3）当氯磺化聚乙烯涂层较厚且较均匀时，具有一定的防腐性能，但相比之下，水性聚氨酯涂层的耐腐蚀性能明显好于氯磺化聚乙烯涂层。4）研究得出的一些有价值的结论为沿海地区钢结构防腐提供了一定程度的理论指导，具有一定的参考价值。

参考文献

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