乌鲁木齐河水工金属闸门防腐措施分析

杨启龙 水利部新疆水利水电勘测设计研究院

水工金属闸门在水利工程中承担着控制水量、防洪防沙的重任，工作环境干湿交替，容易导致闸门的金属表面受腐蚀，不利于闸门长期稳定运作，这关系到水利工程整体运行安全。因此，预防水工金属闸门受腐蚀，延长使用寿命尤为重要。

1.金属闸门受腐原因

1.1 化学反应

水环境在一定程度上，可以减弱金属闸门的完整性和降低金属闸门的厚度。长年的水流冲击可导致金属闸门表面化学物质的流失，这构成了金属闸门被腐蚀的条件，并且失去了表面物质容易加速水工闸门的受腐蚀速度。

1.2 电化学反应

金属闸门在制作过程中也参杂着铁、磷、硫等金属离子，这些离子形成的区域成为阳极，水中的杂质则构成阴极，之后两者之间会形成微电流，发生电化学反应，最后在金属闸门表面形成腐蚀物— 铁锈。暴露在空气中的金属闸门同样也发生此种电化学反应形成铁锈。

2.金属闸门受腐蚀危害

2.1 对工程影响

金属闸门是水利工程中重要的组成部分，金属闸门受损可直接导致整体工程的运行失败。程度轻则金属闸门灵活度下降、难于操控；程度重则金属闸门沦为废铁。

2.2 对生态环境和居民安全影响

乌鲁木齐河上下游的水容量分布不能被控制，导致水量分布不均，影响周边的生态环境。下游水量加剧上涨，与起初水利工程建立的目的--防洪背道而驰，对下游居民的生命财产安全具有威胁。

2.3 对维修成本影响

金属闸门腐锈后其使用效率和生存寿命大打折扣，承载强度削弱而应力加大，轻而易举金属闸门就失去了利用价值。一旦工程因为金属闸门受损而遭到破坏，就需要人力、物力、财力去整修，在一定程度上就加大了工程建设的维修成本。

3.金属闸门防腐蚀措施分析

3.1 表面预处理

金属闸门的表面预处理是金属热喷涂的基础和前提，只有表面预处理效果达标，才能为之后金属闸门防腐蚀措施提供条件。表面预处理的实质就是除锈，在各种除锈方式的实施和效果对比后，采用喷砂除锈的方式更易于接受。喷砂的磨料从粒子棱角、粒子大小方面优先选用石英砂、金刚砂、河砂。这项技术的原理是运用空气压缩机把砂子和空气混合在一起，在高强度的空气压力下，砂子能够有力地撞击闸机表面并且清除基体表面的锈物和杂质。除此之外，还可以给与基体表面一定的粗糙度，有利于下一步金属热喷涂的物理结合。

3.2 金属热喷涂

3.2.1 喷涂前准备

为保证喷涂前基体表面干燥清洁，无氧化物、灰尘、杂质，预处理后应尽快进行此道工序。在晴朗和相对湿度＜85%的环境下预处理后12h内进行喷涂；若是环境潮湿（相对湿度＞85%）或者雨天天气，预处理后4h之内进行喷涂。若是喷涂前基体表面被污染或者返锈，务必重新处理到原除锈等级。

3.2.2 氧气-乙炔压力和压缩空气压力选择

以上海生产的SQP-1型喷枪为例：氧气压力宜在0.3MPa-0.4MPa范围内；乙炔压力控制在0.04MPa-0.06MPa为宜；空气压力保持在0.5MPa-0.6MPa之间。

3.2.3 喷枪口与基体表面距离

按《水工金属结构防腐蚀规范》规定，喷枪口与基体表面的距离应该控制在100mm-200mm之间。不仅锌（铝）的雾化粒子的速度受氧气-乙炔热能和压缩空气的动能影响，而且喷枪口与基体表面的距离也存在影响雾化粒子速度的作用。若是两者之间的距离超过适宜范围，粒子的喷涂速度就会下降。与此同时，粒子的冷却时间也在延长，使之容易过早凝固，从而导致粒子和基体的嵌顿结合不牢固，防腐效果的质量检测不能达标。相反，如果两者之间的距离过近，粒子没有足够的冷却时间就喷涂在基体表面上，由于热能粒子之间产生新的作用力，基体表面的涂层容易出现裂隙和剥脱，影响涂层的牢固性和防腐性。

3.2.4 金属喷涂厚度

《水工金属结构防腐蚀规范》材料里介绍金属锌涂层的厚度值为120um，金属铝涂层的厚度值为100um。

①涂层表面的锌（铝）在大气中或在水中可以形成微电池，与杂质产生电化学反应，消耗自身材料保护金属基体。

②由于金属喷涂时粒子与基体结合不均导致涂层有较多的空隙，也就是涂层的多孔性。杂质容易进入空隙进行电化学反应。但是锌（铝）的电位比金属基体的电位低，锌（铝）可作为阳极，金属基体可作为阴极，那么涂层中的锌（铝）可以牺牲阳极对阴极进行保护，从而基体免受腐蚀。

以上所述，金属涂层若是厚底小的话，基体保护就会受到威胁，防腐能力也在下降。厚度过厚超过标准范围，虽然在对基体保护方面起到了保障，但是也存在滥用浪费的缺点，在防腐成本上的节约起到了反作用。

3.2.5 金属喷涂角度

多种实验证明，夹角在250最适宜。夹角的全部范围可在0°-90°，在此采用临界值进行论述分析。夹角为00时：喷枪口正对基体表面，粒子在和基体碰撞之后可完全回弹，和其他粒子产生碰撞以此削弱其他粒子的速度。粒子的碰撞脱落、部分速度下降，产生的后果就是结合不稳定、喷涂空隙过大，影响防腐能力；夹角为90°时，喷射的粒子会从基体表面滑脱飞散，难以稳定结合的同时还浪费了喷涂金属的材料，这个现象也叫“遮盖效应”。适宜的角度—25°就能同时避免以上所说的两大缺点，增强金属喷涂的防腐效果。

3.3 应用新型防腐涂料

在应用新型防腐涂料中，首选AC铝合金和无机锌硅。

3.3.1 AC铝合金涂料

AC铝合金涂料是在原有的纯铝中加入稀土元素，两者混合而成，再经过专业的加工处理冶炼出来的涂料。稀土元素自身具有净化效果，可以净化涂料里因一些不可抗因素产生的杂质，涂料内部构造的致密性也因此加大，在金属表面的覆盖密度上取得进步；稀土元素不仅可以净化杂质，也能够清除涂料里的空气，冷却后的晶体会变得更细，从而增强涂料与金属的结合力度。具备净化功能的铝合金涂料在结合力、覆盖度、防腐性等方面都占有优势，有效地规避涂料脱落、开裂的问题。

3.3.2 无机锌硅涂料

无机锌硅涂料由基料和填料组成，其中基料是有机聚合物，填料是锌粉。无机锌硅涂料与基体的钢铁材料结合后，产生化学反应，生成物为硅酸盐聚合物。硅酸盐聚合物可以迅速冷却凝固，牢牢地固定在基体表面，粘合力较强。同时，锌易于被氧化生成氧化锌、碳酸锌等，凭借这种方式分布在涂料的空隙里，也就是加大了覆盖范围，在防腐方面通过物理阻隔达到效果。

3.4 涂料封闭

锌（铝）金属是由细微粒子构成，喷涂后涂层表面可布满许多细小的空隙，给杂质腐蚀基体表面提供可乘之机，因此仅靠金属热喷涂来起到彻底的基体防腐作用就显得势单力薄。为了有效避免这样的问题，在金属涂层表面再覆盖一层防腐涂料不失为一个好办法。环氧云铁底漆适用于处于水下的闸门防腐，而在大气中的闸门防腐可采用氯化橡胶面漆涂料封闭。涂料封闭的实施工艺也有涂料的厚度、粘合度等要求，所以需要参考相关说明书在正确的指引下完成操作，确保此道工序完整有效地进行。

4.结语

通过分析乌鲁木齐河水工金属闸门防腐措施，可知化学反应和电化学反应是构成水工闸门被腐蚀的两大因素。相比较而言，电化学腐蚀占据主导地位。因此，在闸门防腐蚀措施中，应注意电化学腐蚀。乌鲁木齐河通过采用上述防腐方式，并按照正确的规范实施，最终成效明显，目前工程运行良好，实现了增产减耗的目标。