2012-9 引言

金屬腐蝕是普遍存在的自然現象。例如:鋼材及其製品表面銹跡斑斑，鋁製品表面的白色粉末，銅製品表面生出銅綠等，都是金屬被腐蝕的結果。金屬腐蝕可定議為:金屬材料與周圍環境相接觸，相互間發生了某種反應而逐漸遭到破壞(或變質)的過程。近年來由中國工程院化工、冶金與材料部調查，我國每年工業和自然環境腐蝕的直接損失和間接損失達4979億元，約佔GDP的5%。金屬腐蝕所造成的損失，不僅表現在使材料本身在其外形、色澤、力學性能等方面受到破壞，更主要的是表現在使其製品(如工程結構、機械裝備等)和金屬結構工程的質量等級下降，影響其使用價值甚至報廢，個別情況下還會造成重大事故。然而，現代科學技術發展表明，金屬腐蝕不僅是可以認識的，也是可以控制和減輕的。

一、金屬腐蝕的分類:

1、按腐蝕作用機理分為:[金屬從原子態(高能量狀態、熱力學不穩定狀態)向離子態(能量較低，熱力學穩定狀態)轉化的氧化過程]，如水向低處流。

A 化學腐蝕:單純化學作用而引起的腐蝕，主要是乾燥氣體腐蝕和非電解質溶液(即不導電溶液如汽油)中的腐蝕(主要在高溫條件下進行)。

B 電化學腐蝕:金屬表面與周圍電解質溶液相互之間發生電化學反應而引起的金屬破壞，通過微電池進行，即陽極反應和陰極反應，如潮濕空氣中的大氣腐蝕、在酸、鹼、鹽溶液中的腐蝕，在土壤中的腐蝕以及不同金屬的接合面的腐蝕等。

2、按金屬材料所處介質和環境可分為:大氣腐蝕、高溫氣體腐蝕、化工腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、細菌腐蝕、應力腐蝕、雜散電流腐蝕、放射條件下的腐蝕以及其他各種特殊環境條件下的腐蝕。

防止鋼鐵大氣腐蝕的簡單且行之有效措施是塗覆有機、無機塗層和金屬鍍層。

二、常用防腐塗料簡述

鋼結構防腐工程一般採用複合塗層，分為底漆、中間漆和麪漆。底漆主要有車間底漆、磷化底漆、環氧磷酸鋅底漆以及富鋅底漆;中間漆主要有環氧封閉漆

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和環氧中層漆等;面漆中、低檔的主要有醇酸漆、丙烯酸漆、氯化橡膠漆，高檔品種有丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳面漆及聚硅氧烷面漆等。

1、 常用底漆

底漆的主要作用是:防腐蝕、確保塗層與底材的附著力並為後繼塗層——中 間漆或面漆提供良好的附著基礎。

(1) 車間底漆

車間底漆(shop primer)又稱鋼材預處理底漆(prefabrication primer)或保養底 漆，這是一種工序間臨時保護底漆。

主要用於鋼材噴砂後的一次表面處理，對鋼材在焊接、切割、彎曲與成型階段起臨時保護作用。大大減少了在組裝後二次除銹的工作量，有利於後續配套塗層的塗裝。因此，車間底漆必須具備以下性能:

? 有優良的耐水、化學和溶劑性能，在鋼材組裝前至少有3個月的防鏽能

力，一般為3,9個月戶外防護期;

? 不影響焊接、切割速率和質量以及焊接強度;

? 焊接、切割時不產生超過勞動保護允許範圍的有害氣體;

? 適應自動化流水線的施工要求;

? 漆膜快乾(3,5min)且力學性能好，耐磨性、耐彎曲性好，便於鋼材在 工序間便捷吊裝與轉運;

? 在正式塗裝時，它可以除去，也可能保留，主要取決於塗裝時車間底漆 塗層本身的完好性和第一層塗裝的塗料對錶面處理的具體要求。為此，車間底漆的膜厚不計入塗層的總膜厚之內。

? 配套性好，適應大部分塗料的覆塗。

目前車間底漆主要有四種類型:聚乙烯醇縮丁醛車間底漆(PVB)、環氧含鋅 車間底漆、環氧鐵紅車間底漆及無機硅酸鋅車間底漆。

聚乙烯醇縮丁醛車間底漆又稱磷化底漆，通常由磷酸、聚乙烯縮丁醇、四鹼式鋅黃以及填料和醇類溶劑組成。通過磷酸的蝕刻作用，磷化底漆可與許多不易進行徹底表面處理的底材結合，形成優良的塗層;同時四鹼式鋅黃可以結合生成鉻酸鐵覆蓋在鋼鐵表面，使金屬表面鈍化。磷化底漆主要用於鍍鋅件、鋁合金、不鏽鋼、噴鋅噴鋁等金屬表面。為了確保磷酸的蝕刻作用，通常磷化底漆的漆膜厚度為10μm左右，太厚的塗層會影響附著力，而且不能用於自身覆塗。由於漆膜很薄，不能作為防鏽底漆使用。對鋼材的焊接和切割無任何不良影響，乾性快，

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其表面能塗覆各種有機型塗料;但在室外保養期較短(一般為3個月)，熱加工時損傷面積較大，耐電位性能較差，不適合水下環境，故應用受到一定限制。

為了彌補PVB車間底漆的不足，20世紀60年代初開發了環氧富鋅底漆(zinc rich epoxy primer)。環氧富鋅底漆以環氧樹脂為基料，以聚醯胺樹脂為固化劑，以金屬鋅粉為主要防鏽顏料。由於鋅粉顆粒相互接觸，能起到類似鍍鋅層的電化學保護作用，因此具有很好的防鏽性能，其室外保養期為6,9個月。由於鋅含量多，電焊、切割等熱加工時，釋放較多的氧化鋅煙塵，且對切割速率和質量亦有一定影響。另外，在其表面不能塗覆常規的油脂漆，尤其水下部位，會導致漆基中油脂的皂化，使塗層起泡、剝離。

為了克服環氧富鋅底漆的弊端，20世紀60年代中期，開發了環氧無鋅底漆(non-zinc epoxy primer)，也稱為環氧鐵紅底漆(iron oxide epoxy primer)。由於不含鋅，熱加工時無氧化鋅煙塵產生，對面漆也無選擇，並且具有良4好的耐溶劑性和化學穩定性。防鏽性能低於環氧富鋅底漆而略高於磷化底漆，室外保養期約為4個月，另外，乾性稍差，拋丸預處理流水線作業必須安裝烘乾設備。

20世紀70年代初出現了無機鋅底漆(inorganic zinc primer)，也稱無機硅酸鋅底漆(inorganic zinc silicate primer)。它以正硅酸乙酯為基料，配以鋅粉及其他顏填料、溶劑、助劑等。其固化成膜是依靠正硅酸乙酯吸收空氣中的水分水解後縮聚，然後與鋅粉及鋼材表面活性鐵反應生成硅酸鋅、鐵複合鹽類而牢固地附著於鋼鐵表面。作為車間底漆，具有優良的防鏽性能，室外保養期可達6,9個月，而且乾性快、力學性能好、耐熱性能優異(耐400?)、熱加工損傷面積小、耐溶劑性能強，是目前主要的車間底漆類型。

表1 四類車間底漆性能比較

無機鋅底漆 性能 PVB車間底漆 環氧無鋅底漆 環氧富鋅底漆 高鋅 中鋅 低鋅

PVB 主要成分 環氧樹脂+氧化鐵紅 環氧樹脂+鋅粉 硅酸乙酯+鋅粉 典型幹膜厚10,15 20,30 20,25 15,20 度/μm

乾燥時間 一般 一般 一般 快 快 快 防鏽蝕期/月 3,4 3,5 6,9 9,12 6,9 3,6 耐化學品 差 很好 好 優異 很好 很好 耐熱破壞 差 一般 一般 好 很好 優異 耐溶劑性 一般 好 好 優異 優異 優異 耐電位性 差 好 優異 優異 優異 優異 焊接性能 一般 一般 一般 一般 很好 優異 切割性能 很好 好 一般 好 很好 很好

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安全與健康 很好 很好 很差 一般 很好 很好

(2) 磷酸鋅底漆

磷酸鋅底漆是以磷酸鋅[Zn(PO)?(2,4)HO]為主要防鏽顏料的底漆， 磷酸 3422

鋅通過其本身所含結晶水以及環境或底材表面的微量水逐漸水解，生成氫氧化鋅和二代磷酸鹽離子。這些水解產物形成附著和阻蝕絡合物，可使金屬表面磷化，形成在陽極範圍內特別有效的保護層，白色凝膠狀氫氧化鋅與底材具有良好的附著力。磷酸鋅可與各種漆基相容，生產各種防腐塗料，由於環氧樹脂出眾的防腐效果以及優異的附著性能，因此環氧磷酸鋅底漆在防腐塗裝領域有著廣泛的應用。

(3) 富鋅底漆(zinc rich primer)

富鋅底漆是一種高效的防腐塗料，其防腐機理基於金屬鋅粉對鋼材表面的陰 極保護作用。金屬鋅的電化學活性比鐵更活潑(鋅的標準電極電位為-0.763V，而鐵為-0.409V)，因此，當鋅粉足量時，即在鋼鐵表面形成一層鋅粉膜，並與鋼鐵表面緊密接觸，在腐蝕介質的作用下(主要是氧氧、水分等)，便組成鋅-鐵腐蝕電池，鋅為陽極「自我犧牲」被腐蝕，而鋼鐵作為陰極則受到保護。

金屬鋅的腐蝕產物-氧化鋅(ZnO)呈白色粉末，它同時也對漆膜形成封閉保護作用。

目前國內處防腐界廣泛使用的富鋅底漆有環氧富鋅底漆和無機富鋅底漆。

表2 三種富鋅底漆性能對比

項 目 水基富鋅底漆 溶劑基無機富鋅底漆 環氧富鋅底漆 表面處理 Sa3級 Sa2.5或Sa3級 Sa2.5級 最大幹膜厚度/μm 200 175 80 防腐性 + + + + + + + + + + + 耐熱性 + + + + + + + + + + 導電性 + + + + + + + + + + 耐溶劑性 + + + + + + + + + + 附著力 + + + + + + + + + + 配套性 + + + + + + + + + 對施工環境的要求 + + + + + + 施工性 + + + + + + + + + 固化條件/? ?10 -10,40 ?-10(冬用型)

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維修困難度 + + + + + + 經濟性 + + + + + + + + 其他 需加噴封閉漆 需加噴封閉漆 不需加噴封閉漆

注:「+」多，表明性能更好。

2、 中間漆

面之間的過渡層，在塗層配套正確的前提下，具有提高層間 中間漆作為底/

附著力的作用。常用的中間漆有雲母氧化鐵環氧漆和玻璃鱗片塗料。

(1) 雲母氧化鐵環氧漆

雲母氧化鐵是α-三氧化二鐵，其結晶體呈片狀或平板六角形，有較大的徑厚 比，徑長從幾十微米到100μm，厚度僅數微米到數十微米;這些片狀粒子在塗膜中交叉排列，層層疊疊(雲母氧化鐵在塗層中的分佈示意圖)，切斷了外界腐蝕性介質向塗層的通道——毛細孔，從而形成了獨特的屏蔽結構，具有極優良的抗介質滲透性，耐酸、耐鹼、耐熱、耐磨。廣泛應用於鋼結構橋樑、大型油罐、化工、電站鋼結構等防護塗層中間漆。

(2) 玻璃鱗片塗料

玻璃鱗片塗料是以耐蝕樹脂為主要成膜物質，以薄片狀的玻璃鱗片(glass flake)為骨料，再加上各種添加劑組成的厚漿型塗料。常用的耐蝕樹脂主要有乙烯基酯樹脂、不飽各聚酯樹脂、環氧樹脂及聚氨酯樹脂等。目前在防腐塗裝中應用較多的是玻璃鱗環氧樹脂漆。

玻璃鱗片通常為鈉鹼玻璃類，組成複雜，主要成分為SiO、NaO、CaO等。2

其厚度一般為2,5μm、片徑長度為100,3000μm，由於塗層中的玻璃鱗片上下交錯排列，使塗層形成了獨特的「迷宮」式屏蔽結構。在1mm幹膜中玻璃鱗片可交錯排列100層，使外界腐蝕性介質滲透至金屬基體表面的路徑變得曲曲折折，有效延長了滲透時間，大大提高了塗層的抗滲透性與防護壽命。

3、 普通面漆

(1) 醇酸樹脂塗料

醇酸樹脂是用油料、多元醇、多元酸製備的一種聚酯。醇酸樹脂的性能與脂 肪酸含量(油度)有很大的關係。

表3 不同油度的醇酸樹脂塗料的性能

油度 脂肪酸含量/% 溶劑 硬度 刷塗性 保光性 泛黃性 短 35,45 芳烴 高 差，要噴塗 優 優

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