金属管道的腐蚀与防腐蚀涂层性能比.doc

金属管道的腐蚀与防腐蚀涂层性能比较200915330227 09工业设计2班 柴晓蕾（河北理工大学轻工学院 河北 唐山 063000）摘要：金属的腐蚀是金属在环境的作用下所引起的破坏或变质。金属的腐蚀还有其他的表述。所谓环境是指和金属接触的物质。例如自然存在的大气、海水、淡水、土壤等，以及生产生活用的原材料和产品。由于这些物质和金属发生化学作用或电化学作用引起金属的腐蚀，在许多功能情况下还同时存在机械力、射线、电流、生物等的作用。金属发生腐蚀的部分，由单质变成化合物，至使生锈、开裂、穿孔、变脆等。因此，在绝大多数的情况下，金属腐蚀的过程是冶金的逆过程。本文讨论了金属管道在各种腐蚀环境下的腐蚀情况，并对不同防腐蚀涂层的防护效果及性能进行了比较，讨论了几种防护方案的应用范围。关键词：金属管道；腐蚀；防腐蚀涂层；防护性能Corrosion of metal pipe corrosion coatings compared with200915330227 09 Industrial Design 2 class chaixiao-lei（Hebei University of Technology Institute of Light Industry Hebei Tangshan 063000）Abstract: Metal corrosion of metal under the influence of the environment caused by damage or deterioration. Corrosion of metals there are other expressions. The so-called environment is the metal contact material. Such as naturally occurring atmospheric, water, fresh water, soil, and the production of raw materials and products used in daily life. Because these substances and the chemical effect of metal or metal corrosion caused by electrochemical effects, in many cases also exist functional mechanical force, radiation, current, and biological role. Corrosion of metal parts, from simple substance into a compound, to make rust, cracking, perforation, brittle and so on. Therefore, in most cases, metal corrosion process is the reverse process of metallurgy. This article discusses a variety of metal pipe corrosion under corrosive environment, and different anti-corrosion coatings and the properties of the protective effects were compared to discuss the application of several protection programs.前言：日常生活中，管道的应用极为广泛，从生活中的给水管道，排污管道到各行各业中应用的通信管道，电力管道等种类繁多。在这些管道中，早期应用较多的为金属管道，混凝土管道，随着二十世纪中后期合成材料的发展，高分子材料及复合材料在管道领域中的应用已越来越广泛，尤其在城市给排水系统工程，通信行业中已经成为主要的应用选择。但由于高分子材料仍存在耐候性能上的缺陷，所以在户外暴露并且对管道力学性能要求较高的情况下，仍然以应用金属管道尤其是钢铁材质的金属管道为主，并且在某些领域，金属管道以其良好的力学性能及小伸缩性能等特性表明，其作用仍然是一般合成材料管道所不易替代的。但在自然环境中，作为金属刚性管道的主要材料钢铁，其纯态是极易发生腐蚀反应的，所以金属管道的腐蚀防护一直是管道应用中一个非常重要的课题。1 金属管道腐蚀的常见类型金属因为环境的作用而发生性能下降和状态改变，就是我们常说的金属腐蚀。它不仅可以影像材料的外观，而且直接影响设备、构件的使用效果和寿命。导致金属材料发生腐蚀的环境主要有两大类;一类是自然环境，如自然大气、海洋、土壤等较弱腐蚀环境；另一类是工业环境，如强腐蚀性工业气体和工业溶液等。与之相应，钢铁材质管道的服饰类型因其使用环境的不同也可归为以上几类。在日常自然环境的腐蚀中，其腐蚀类型属于电化学腐蚀及生化腐蚀，效果较弱，腐蚀速度较慢，短期腐蚀破坏较小，但潜在危害较大。而钢制管道若用于强腐蚀性工业气体、溶液环境以及污水排放等用途时，其腐蚀类型属于化学腐蚀，效果强烈，腐蚀反应剧烈，破坏性很强。2 金属管道腐蚀防护常用方案及性能比较2.1 金属管道腐蚀防护常用方案类型现阶段金属管道腐蚀防护常用方案依其防护涂层种类不同大致分为以下几类：（1） 耐蚀金属防护涂层（镍、铬、锌等金属防护涂层）（2） 溶剂型、粉末型有机防护涂层（聚酯、聚乙烯、环氧树脂等有机粉末涂层防护涂层等氧树脂涂层方案常用方案类型）（3） 复合防护涂层（达克罗等新型复合防护涂层）2.2 常用防护涂层防腐蚀性能比较以上几种腐蚀防护方案虽然功能特性不尽相同，但其腐蚀防护的基本原理是一致的，都是通过施加防护涂层将钢铁与腐蚀环境隔绝，从而起到防护的作用。为了考核这几种腐蚀防护方案的优势，并对其主要应用范围进一步了解，我选取了六种较为有代表性的金属管道图层见表1，其中两种为耐蚀金属防护涂层，三种为有机涂层、一种复合涂层，并分别对其耐溶剂腐蚀及耐盐雾腐蚀性能进行比较。表1 所测试各管道材料的图层类别及涂层厚度热浸镀锌涂层（um）电镀锌涂层（um）聚酯涂层（um）浸塑涂层（PE）（mm）浸塑涂层（PVC）(mm)达克罗涂层（锌铬复合涂层）（um）6015800.40.450（两烘两图）注：试样尺寸均为100*50*2mm，外层防腐蚀涂层完整包封；表中试样涂层厚度均为各类型产品常用厚度的底线状态。2.2.1 涂层耐溶剂性能实验涂层的耐溶剂性能实验目的在于试验涂层在不同环境条件下的耐腐蚀性能，选用的溶剂分为普通环境溶剂（水）、强腐蚀性化学溶剂（强酸、强碱）、常用有机溶剂三种类型。实验方法：将试样斜向浸入溶液中，其余部分暴露于空气中，实验过程中主要观察随反应时间的推移试样的浸入部分和溶液液面交汇处的涂层反应状态。试验温度均为23度左右。所选溶剂分别为：自来水、浓度为10%的NaOH水溶液、浓度为10%的HCL水溶液、丙酮。实验结果见下表2表5表2 管材涂层耐水（普通环境）性能实验结果防护类型实验时间热浸镀锌涂层电镀锌涂层聚酯涂层浸塑涂层（PE）浸塑涂层（PVC）达克罗涂层60h无反应无反应无反应无反应无反应无反应120h无反应无反应无反应无反应无反应无反应240h无反应无反应无反应无反应无反应无反应360h无反应无反应无反应无反应无反应无反应480h无反应少量锈斑无反应无反应无反应无反应600h无反应少量锈斑无反应无反应无反应无反应720h无反应少量锈斑无反应无反应无反应无反应表3 管材涂层耐强碱（强腐蚀性化学溶剂）性能实验结果防护类型实验时间热浸镀锌涂层电镀锌涂层达克罗涂层聚酯涂层浸塑涂层（PE）浸塑涂层（PVC）6h溶解剥离溶解剥离溶解剥离无反应无反应无反应12h小面积溶胀无反应无反应24h大面积溶胀无反应无反应36h大面积溶胀无反应无反应48h涂层溶胀破裂无反应无反应60h/无反应无反应72h/无反应无反应表4 管材涂层耐强酸（强腐蚀性化学溶剂）性能实验结果防护类型实验时间热浸镀锌涂层电镀锌涂层达克罗涂层聚酯涂层浸塑涂层（PE）浸塑涂层（PVC）6h溶解剥离溶解剥离溶解剥离无反应无反应无反应12h无反应无反应无反应24h无反应无反应无反应36h无反应无反应无反应48h无反应无反应无反应60h无反应无反应无反应72h无反应无反应无反应表5 管材涂层耐有机溶剂性能实验结果防护类型实验时间热浸镀锌涂层电镀锌涂层聚酯涂层浸塑涂层（PE）浸塑涂层（PVC）达克罗涂层60h无反应无反应无反应无反应无反应无反应120h无反应无反应无反应无反应无反应无反应240h无反应无反应无反应无反应无反应无反应360h无反应无反应无反应无反应无反应无反应480h无反应无反应无反应无反应无反应无反应600h无反应无反应无反应无反应无反应无反应720h无反应无反应无反应无反应无反应无反应由表2耐水实验结果可以看出，在较温和的弱腐蚀环境下，多数耐腐蚀金属防护涂层和复合防护涂层较之有机防护涂层，并无太大的差异，均具有较好的防腐效果。由表3表4耐酸碱实验结果可知，在强酸碱腐蚀环境下，聚乙烯类、聚氯乙烯类有机涂层具有较好的耐酸碱特性，而聚酯类有机涂层在碱性环境下，不具备很好的防护能力。因此聚乙烯类、聚氯乙烯类有机涂层相对于聚酯类有机涂层具有更为广泛的适用性。由表5有机溶剂实验结果可知，各类防护涂层均有较好的耐有机溶剂性能。2.2.2 涂层耐盐雾（中性）腐蚀性能A）实验设备：气流式盐雾腐蚀试验箱；B）实验方法：按GB/T10125-1997人造气氛腐蚀试验-盐雾试验将化学纯的NaCl溶于蒸馏水，配制成5%（重量比）的盐溶液（PH值在6.57.2之间），使该溶液在盐雾箱内连续雾化，箱内温度保持在35度左右，烟雾在每80平方厘米的沉降量为12ml/h，试样在盐雾空间暴露，每24小时为一周期，每周期连续喷雾22小时后暂停，恢复2个小时，记录观察结果。共连续进行五个周期的实验，试验结束后用水冲洗掉试样表面的腐蚀沉积物，然后置于标准条件下自然干燥2小时后进行观测，结果如表6。表6 管材涂层耐盐雾（中性）性能实验结果防护类型实验时间热浸镀锌涂层电镀锌涂层聚酯涂层浸塑涂层（PE）浸塑涂层（PVC）达克罗涂层24h无反应颜色变暗无反应无反应无反应无反应48h颜色变暗无锈蚀锈斑出现无反应无反应无反应无反应72h颜色变暗无锈蚀大面积锈蚀无反应无反应无反应无反应96h颜色变暗无锈蚀/无反应无反应无反应颜色变暗120h颜色变暗无锈蚀/无反应无反应无反应颜色变暗中性盐雾试验可测试材料在中性、一定相对温度、湿度条件下的腐蚀情况。由表6实验结果可以看出，有机涂层耐盐雾性能最好，复合防护涂层耐盐雾性能次之，耐蚀金属防护涂层耐盐雾性能较差，尤以电镀锌涂层性能最差。3 结论1）在弱腐蚀环境下，各种涂层的防护性能均较好，从耐水性能实验和耐盐雾性能试验可以看出，耐蚀金属防护涂层和复合防护涂层防腐蚀性能优劣顺序为：锌铬复合涂层热浸镀锌电镀锌。其中电镀锌涂层的耐腐蚀性能较差，无法与其他涂层耐腐蚀性能相比，现主要应用于较少腐蚀环境的民用产品上，且多为装饰性材料。防腐蚀性能较好的热浸镀锌和锌铬复合涂层则较多地应用于各类无强酸碱的腐蚀环境下，并且由于其较好的机械强度，所以可对外界非腐蚀性创伤具有很好的防护作用，这是其优于有机防护涂层的特点。2）在强腐蚀环境下，有机涂层中聚乙烯类、聚氯乙烯类具有较好的耐酸碱特性，而聚酯类在碱性环境下不具备很好的防护能力。因此聚乙烯类、聚氯乙烯类有机涂层相对于聚酯类有机涂层具有更为广泛的适用性。但就涂层的加工方面来看，聚乙烯类涂层又较聚氯乙烯类涂层有着加工简单、无有毒有害废物产生等优点，所以这三种涂层的适用性和实用性的优劣次序为：聚乙烯类聚氯乙烯类聚酯类。在实际生活中，各领域现在也多以聚乙烯类涂层为主要应用品种。4 各种防护涂层实用性评价现阶段，金属管道应用的范围主要分为强腐蚀环境（如强酸、强碱等工业环境）和弱腐蚀环境（如水、土壤、大气0