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腐蚀及腐蚀控制

邓本金， 2014 年


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腐蚀和腐蚀控制—目录腐蚀的定义影响腐蚀速率的要素腐蚀环境的分类腐蚀控制


腐蚀的定义腐蚀是某种材料（通常是指某种金属），由于与周围环境发生反应而产生的一种降解。这种定义非常广泛，除了金属之外还有其他材料，如木料、混凝土和塑料，也会发生腐蚀。


腐蚀通常以其结果来描述（腐烂 / 锈蚀 / 老化）；是金属（钢铁）生产的逆向过程。铁生锈是铁与空气中的氧气和水接触，发生化学反应，而产生的一种化学腐蚀。4Fe+3O2+H2O= 2Fe2O3·H2O


钢Steel

能量Energy

自然界更喜欢低能量Nature Prefers Low Energy

能量差Difference

锈蚀、腐蚀产物、铁矿石Rust, Corrosion Products, Iron Ore


腐蚀

• 是随着时间的过去所发生的一种自然现象• 不同的金属，发生的速率也不同 • 钝化可改善 ( 减少 ) 自然腐蚀率


有些金属由于一种被称作为“钝化”的现象而发生较慢的腐蚀。钝化是在表面上形成保护性氧化层，从而降低化学活动性并减少其发生腐蚀的能力。

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Name of Division, Function, Segment, Product腐蚀电池

返回通道（金属） Return Path (Metallic)

电子流 Electron Flow

阴离子- ions

阳离子+ ions阳极

Anode阴极Cathode

如果腐蚀发生，会有 4个要素形成腐蚀电池：阴极 / 阳极 / 金属通道 / 电解液

电解液 Electrolyte


在钢材上的腐蚀• 钢材传输电流，提供金属通道• 由于（电）位能的不同，会产生许多阳极和阴极区域• 与电解液接触产生腐蚀• 在电解液中溶解的化学盐加速腐蚀反应


影响腐蚀速率的要素（环境因素）• 腐蚀速率会受到以下方面的影响：

– 湿度– 氧气– 化学盐– 温度– 化学品和空气中所含的各种气体

• 通常，腐蚀速率会随着每一项含量的增加而增大


腐蚀和腐蚀控制—目录腐蚀的定义影响腐蚀速率的要素腐蚀环境的分类腐蚀控制


腐蚀环境的分类什么是 ISO 12944 ？

ISO = International Standards Organisation (www.iso.org) 它是总部设在瑞士的国际标准组织：

• 在九十年代中期，涂料工业与腐蚀专家一起组成了一个委员会，研究有关钢结构的防腐问题 - 这就是 ISO 12944 ，正在世界各地逐步取代国家标准和地区标准；ISO 12944 ： 2007 色漆和清漆–防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护• 旨在帮助腐蚀工程师和腐蚀研究专家采用最佳的方法防止新建钢结构的腐蚀；• 适用于除了微生物、化学品、机械作用、火等介质以外的所有钢结构的涂料体系防腐保护；

http://www.iso.org/


ISO 12944 ： 2007 色漆和清漆–防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护第 1 部分：通则第 2 部分：腐蚀环境分类第 3 部分：设计考虑第 4 部分：表面类别和表面处理第 5 部分：防护涂料系统第 6 部分：实验室性能测试方法第 7 部分：涂装工作的执行和监督第 8 部分：新建和维修规格书制订


ISO 12944 第 1 部分 – 通则• 定义了涂装系统的 “耐用年限 (Durability)” : 到第一次大修前的期望寿命• 类似于工程中的 “设计寿命”；不是涂装系统的担保时间! • 担保时间通常比耐用年限短；• 涂层第一次大修前的失效的判断依据由相关各方协定 (基于 ISO 4628-1，2，3，4，5) ，例如 Ri2 或 Ri3

表示为 3 个范围

低 (l) 2 至 5 年中 (M) 5 至 15 年高 (H) 大于 15 年


ISO 4628-3-1982 锈蚀程度表示Ri 1 0.05% Ri 2 0.5% Ri 3 1%

Ri 4 8% Ri 5 40 – 50%

缺陷（锈蚀）程度– ISO4628


ISO 12944 第 2 部分 – 环境的分类定义了环境的 “腐蚀类别 (Corrosion Categories)”• 大气环境 : 定义为金属试样 ( 低碳钢和锌 ) 在一年时间内的重量损失 (g/m2) 或厚度的损失。

• 水和土壤 ( 浸泡 / 掩埋 )


大气腐蚀环境分类每平方米质量 /厚度损失 ( 暴露 1 年后 ) 供参考的典型环境

低碳钢锌外部内部质量损失

g/m2厚度损失

m质量损失

g/m2厚度损失

m

C1很低 10 1.3 0.7 0.1 ---- 带供暖建筑、中性大气环境，如：办公室、商店、宾馆等C2低 10-200 1.3-25 0.7-5 0.1-0.7 低污染环境，大部分是乡村区域非供暖区域、会出现冷凝水的环境，比如：仓库、体育场馆

C3中度 200-400 25-50 5-15 0.7-2.1 城市及工业大气环境。含中度硫化物，低盐份临海区域具有高湿度和轻度空气污染的车间如食品加工、洗衣、酿酒厂、乳品加工等

C4高 400-650 50-80 15-30 2.1-4.2 含有中等盐分的工业和沿海区化工厂、游泳池、船厂

C5 － I很高 ( 工业 ) 650-1500 80-200 30-60 4.2-8.4具有高湿度和苛刻大气环境的工业地区几乎长期有冷凝水 / 重污染的建筑物或区域

C5 － M很高 ( 海洋 ) 650-1500 80 － 200 30 － 60 4.2 － 8.4 高盐度的海岸和离岸地区几乎长期有冷凝水 / 重污染的建筑物或区域


ISO 12944 第 2 部分 – 环境的分类 ( 浸泡 /掩埋 )

类别环境举例Im 1 淡水河流中的设施 , 水力发电厂

Im 2 海水或含盐分的水港区结构如闸门、防波堤以及离岸结构

Im 3 土壤埋地储罐、钢桩和钢管等


ISO 12944 第 2 部分 – 环境的分类 ( 浸泡 /掩埋 )浸水能细分为下面三个区区域描述飞溅区波浪溅湿区，增加更高的腐蚀率间歇浸水浸水和暴露于大气共同存在（潮间带）水下永久浸水环境


ISO 12944 -5 标准推荐的防护漆干膜厚度

预期耐久性 C2um

C3 C4 C5

含锌um

无锌um

含锌um

无锌um

含锌um

无锌um

2-5 年 80 - 120 160 200 - -

5-15 年 120 - 160 200 240 240 300

15 年以上 160 160 200 240 280 320-400

320-400-500


ISO 12944 -5 防护涂装系统

类别 DFT 范围 (µm) 预期耐久性

Im-1Im-2 Im-3

360 – 440 中 (5-15 年 )

480 – 1000 高 (>15 年 )


ISO 12944 第 5 部分– 防腐油漆系统富锌底漆的定义干膜中锌粉 (Zinc Dust Pigment) 重量含量不小于 80 ％；

-- 锌粉满足 ISO 3549 要求；-- 含量测定参照 ASTM D 2371 ；

• 针对所有腐蚀类别列举了合适的通用油漆类别。例如 C4 和 C5 环境常有富锌底漆， C3 以下没有

• 通过干膜厚度来满足涂层设计寿命（或耐久力）


SSPC - Paint 20 ASTM D520

• 类型I无机富锌和类型 II 有机富锌• 干膜中锌粉含量：

一级• 锌粉留在干膜中的重量留在干膜中的重量 85%

二级• 锌粉留在干膜中的重量留在干膜中的重量 77%, < 85%

三级• 锌粉留在干膜中的重量留在干膜中的重量 65%, < 77%

锌粉质量依据 ASTM D520


HG/T 3668-2009

将富锌底漆分为 I 型和 II型：I 型：无机富锌（溶剂型 /水性）II型：环氧富锌每一种类型按不挥发分中金属锌含量，又分为 3 类：1 类： >= 80%2 类： >= 70%3 类： >= 60%

含量测定参照 ASTM D 6580


环境分类 – 举例 C1 很低的腐蚀环境机场航站楼内部


环境分类 – 举例 C2 低的腐蚀环境无加热的仓库内部


环境分类 – 举例 C3 中等腐蚀环境酿酒厂


环境分类 – 举例 C4 高的腐蚀环境工业和沿海的加工工厂


环境分类 – 举例 C5-I 很高的腐蚀环境工业大气中的化工厂


环境分类 – 举例C5-M 很高的离岸腐蚀环境离岸结构

Im2 – 浸海水环境


如果防腐不当，又会如何？


腐蚀控制腐蚀可通过以下方法予以控制：• 设计• 缓蚀剂• 材料选择 • 阴极保护 • 防腐涂料 • 改变环境


设计良好的设计应包括：• 避免湿气、灰尘等的滞留

• 便于涂装施工


避免易于产生灰尘避免易于产生灰尘 // 湿气的聚集湿气的聚集

不理想较好最佳方法

湿气截留


缓蚀剂• 当加入环境中后，可减慢腐蚀速率的物质 • 通常加于密闭空间（例如管道）中的原油、冷却水、蒸汽


材料选择 – 电位序 ( 海水温度为 25ºC)

• 镁 Magnesium 最活跃 • 锌 Zinc• 铝 Aluminum• 低碳钢 Mild Steel• 铸铁 Cast Iron• 铜 Copper• 不锈钢 Stainless Steel• 银 Silver• 金 Gold• 铂 Platinum 最不活跃


电化（不同金属）腐蚀的通用规则如下： • 最活跃（或阳极的）金属发生腐蚀更快，而相对更惰性的（或阴极的）金属可被保护，腐蚀较少 • 不同金属的电位差越大，电化腐蚀速率越快


防腐涂料使用涂料预防腐蚀的三大原理 :

屏蔽效应 Barrier effect

抑制（缓蚀）效应 Inhibitor effect

阴极保护（牺牲）（电化学）效应 Sacrificial （ Galvanic effect ）


屏蔽效应（ Barrier Effect ）

一层密闭的涂层象一道屏障保护着基材的表面如：环氧涂料常用屏蔽颜料有云母氧化铁，铝粉，玻璃鳞片

MIO Aluminium GlassFlake


底材

表面的水汽

Distance“as the crow flies”

实际距离

屏蔽效应（ Barrier Effect ）


抑制效应（ Inhibitor Effect ）

涂料钝化钢材表面：对有抑制效应的涂层，当水气进入涂层后，与涂料中活性的颜料反应，在涂料和金属之间接触面形成钝化膜。涂料混有防止锈蚀的颜料，如 :

• 红丹底漆（ Red Lead Primer)• 铬酸锌底漆（ Zinc Chromate Primer)• 磷酸锌底漆（ Zinc Phosphate Primer ）


阴极保护（牺牲）（电化学）效应 Sacrificial （ Galvanic effect ）

涂料自身担当牺牲阳极 ( 电化学效应 )各种含锌底漆：无机硅酸锌环氧富锌


富锌底漆

良好的附着力使得涂层不翘皮湿汽使锌粉离子化

涂层破坏至钢材

当涂层破损至底材后，底漆中的锌粉成分被牺牲掉，底材得以被保护

钢材Zn2+

阴极保护（牺牲）（电化学）效应


环氧富锌对比无机硅酸锌特性环氧富锌（ Barrier系列）无机硅酸锌（ Resist 系列）

阴极保护 • 很好 (单个涂层 ) • 出色 (单个涂层 )

表面处理 • SSPC SP10 or ISO8501-1 Sa2 1/2• 具备一定的低表面容忍性能，可以根据 SSPC SP11 标准处理

• SSPC SP10 or ISO8501-1 Sa 2 ½

• 不具备低表面容忍性

产品性质 • 耐热 : 120 ℃• 耐磨 : 好 • 不得用醇酸漆覆涂

• 耐热 : 400 ℃• 耐磨 : 出色 • 不得用醇酸漆覆涂

施工及固化 • 能够在 0 ℃ 以下固化• 可以高膜厚施工

• 覆涂前须加一道封闭漆• 湿气固化要求 • 干膜厚度过高将引起泥裂并降低附着力


改变环境• 可密封未使用区域以防止腐蚀• 可使用减湿空气以保持较低的腐蚀速率


问题与交流

邓本金： [email protected]

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