钢铁的腐蚀与防护

.,钢铁的腐蚀与防护,土木1304班赵星1306010404,.,主要内容,金属腐蚀的危害和现状钢铁腐蚀的类型钢铁腐蚀的防护措施几种金属覆盖层腐蚀防护工艺,.,腐蚀给人类带来的损失是很大的。据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备约相当于生产量的20%以上，一些发达国家由于金属腐蚀而造成的经济损失大约占国民经济总产值的2-4%。钢铁腐蚀后的影响，除了直接损耗以外，从钢结构受力分析，日本统计过这样的资料，在受力情况下钢结构被腐蚀后，若腐蚀1，其强度下降1015。若双面腐蚀各达5，其结构将报废。随着全球工业的发展，腐蚀的问题日趋严重。就世界范围来说，虽然在控制污染和研究的工作在同时进行，防腐技术措施在不断发展，使腐蚀问题得到了一些缓解，但总的来说，金属的腐蚀仍十分严重。在金属腐蚀中，钢铁腐蚀是主要的，而在钢铁腐蚀中，海洋条件、潮湿气氛和工业密集地区的大气腐蚀占重要位置。和很多强介质腐蚀相比，虽然这类弱介质腐蚀的腐蚀强度相对较低，但因其量大面广，致使造成的损失和影响更为突出。,金属腐蚀的危害和现状,.,.,钢铁腐蚀的类型,钢铁腐蚀类型,化学腐蚀：,（次要）与化学物质（如SO2、Cl2、O2等）发生氧化还原反应,电化学腐蚀：,（主要）跟电解质溶液，失电子，发生氧化还原反应,.,吸氧腐蚀,析氢腐蚀,发生条件：钢铁表面水膜溶有O2，极弱酸性或中性或碱性,Fe2O3xH2O(铁锈）,电解质溶液能加强导电，加快腐蚀,电化学腐蚀,发生条件：钢铁表面水膜，呈较强酸性有H2析出,Fe3+,Fe(OH)3,Fe2O3xH2O(铁锈）,.,水膜弱酸性或中性或碱性,吸附的水膜呈强酸性,铁Fe-2e-=Fe2+碳O2+4e-+2H2O=4OH-,铁Fe-2e-=Fe2+碳2H+2e-=H2,.,钢铁腐蚀的防护措施,1.有机涂层腐蚀防护：目前国内外使用最多的钢铁结构件防腐方法是有机涂料涂装。涂装防腐主要基于隔离机理。其品种主要有过氯乙烯类、环氧树脂类、氯磺化聚乙烯类、聚氨酯类、氯化橡胶类、不饱和聚酯类、聚氟橡胶类、有机硅类,以及可用于地下的沥青焦油类等。有的还可交替搭配(如环氧煤焦油、含氟聚氯乙烯等)。,2.无机非金属涂层腐蚀防护：以非金属元素氧化物或金属与非金属元素生成的氧化物为主体构成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。无机非金属覆盖层具有耐热、耐蚀和高绝缘性的优点，但由于其脆性大冲击韧性差在建筑结构的腐蚀防护中应用受限。,3.金属覆盖层腐蚀防护:凡把一种(或多种)金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基体上，而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖层。钢结构用金属覆盖层大多为锌及其合金，常采用的工艺有电镀、热浸、喷涂、扩散和机械镀等。,.,几种金属覆盖层腐蚀防护工艺,机械镀锌：我国的机械镀工艺发展稍晚,只有几十年的历史,机械镀在工业上的成功应用是近几年的事情,目前国内在生产上成功应用的是机械镀锌工艺。机械镀锌的应用比较广泛,涉及到车辆制造业、电力电网、交通设施、建筑金具、小五金及农用设施等很多领域,一般工件长度应小于300mm,重量少于1kg。最适合机械镀的工件有环链、螺栓、螺母、各种垫片、弹簧、自攻螺钉、射钉、水泥钉、膨胀钉、线路金具、管路联接件和高强度紧固件等,.,电镀：电镀是将材料或部件放入含有镀层金属离子的溶液中，以镀件作为阴极，通以电流，使溶液中的金属离子在镀件表面放电、结晶，并沉积成镀层。电镀层与基材是机械结合，其优点是容易控制镀层厚度，能比较容易地实现单面镀或差厚镀，可广泛用于获得Cu、Zn、Cr、Ni及其合金镀层。对于钢铁工业来说，电镀锌和电镀锡是两类最重要的产品。我国的电镀锌钢结构和富锌涂料都是在近几年开始大量使用的。电镀锌钢结构主要应用在塔机防腐工程中,塔机用钢结构表面采用无氨、无氰溶液镀锌以及镀锌层经钝化处理后,不仅具有良好的电化学保护作用,而且还能使其镀锌层的耐中性盐雾的腐蚀性能得到很大的提高,从而极大地延长塔机用钢结构的使用寿命。此外，电镀锌还被广泛用作有机涂料的底层，如汽车的车底、电冰箱的外壳，在电镀锌层的上面，喷一层有机涂料，即耐蚀又美观。,.,热喷涂工艺：利用不同的热源，将材料溶化、雾化后，高速堆积到基体表面，形成一定厚度的金属附着层。按照使用热源的不同将热喷涂分为：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂。根据使用材料的形状不同又可分为：线材喷涂和粉末喷涂。用于防腐目的的热喷涂方法主要是线材电弧喷涂和线材火焰喷滁。比较二者，各有长处前者喷涂生产率和能源利用率较高、涂层结合强度大、操作简便，适用于大的平面结构施工。后者操作灵活，便于对边角或几何形状复杂的构件进行喷涂。此外，激光喷涂、高频感应喷涂等工艺方法也在发展使用中。用于防腐目的的热喷涂涂层主要是锌涂层、铝涂层、锌合金及铝合金涂层。它们对钢铁材料的保护机理主要有二个：一是与涂料涂装防腐工艺类似，目的在于阻挡腐蚀介质与钢铁基体接触的隔离作用；二是通过涂层材料自我牺牲来实现的阴极保护作用根据电化学理论，锌、铝及其合金涂层的电极电位较钢铁材料低，在有电解液存在的条件下，这些涂层为阳极性材料，钢铁为阴性材料，它们间形成腐蚀甄电池。在腐蚀过程中阴极材料(涂层)通过自身的牺牲实现对阴极材料(钢铁)的保护。由于锌或铝涂层的腐蚀产物能有效地减缓腐蚀速度，所以涂层的消耗也很缓慢，可以给予钢铁基体较长时间的保护锌、铝及其台金涂层在许多环境下对钢铁材料都有很好的保护作用。,.,冷喷锌工艺：通过涂装工艺在金属构件表面形成锌金属保护膜，具有阴极保护(阳极牺牲)功能。冷喷锌干膜内含纯锌达96以上，其腐蚀机理均属于阴极保护电化学理论。冷喷锌涂层，同时自身具有良好屏障保护，形成双重保护作用，使它具备优异的防腐性能。其特点是环境友好，涂层和基层结合力好，便于施工，易于维护，经济性好。近5年来,各种冷涂锌产品在国内的许多重点工程上得到了应用,如上海的磁悬浮列车轨道功能件、广州新白云机场、苏通大桥、广东大唐电厂、北京高碑店污水处理厂、南京扬子-巴斯夫石化公司、宜昌长江电力公司闸门维修工程等在世界范围内,镀锌仍然是钢铁防腐的主体技术。采用锌及锌-铝合金镀层进行表面防护的钢铁，产品,在发达国家已经达到年钢产量的30%40%,我国目前仅为10%,却以6%的年增长量递增，,金属锌作为一种相对廉价的防腐蚀材料,必将在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。,.,热浸工艺：把金属构件表面经过预处理后全浸入某一种熔融金属溶液里，熔融金属与构件表面通过一定的冶金介面扩散而形成金属覆盖层。热浸镀金属工艺一般分为溶剂法和氧化还原法(“森吉米尔法”)，溶剂法又分为“湿法”和“干法”。国内工厂化生产工艺，一般结构构件采用的是溶剂干法，而板材和钢带多采用氧化还原法。溶剂干法的工艺流程：除油-热水洗-酸洗-水洗-溶剂预处理-干燥-热浸镀-冷却或后处理-检验，其特点是金属覆盖层和基层结合好，防腐蚀性能较热喷涂高，缺点是构件经热浸金属覆盖层处理后有变形，表面不均匀，处理尺寸受热浸槽影响，环保法规限制较多。热喷涂和热浸镀工艺因都是需要在特定的温度条件下进行，能耗高，对周边环境有影响，工艺成本较高，现场修复条件差。,.,单一涂层体系：单一涂层体系指纯锌、纯铝或者其合金单独构成金属涂层外加封闭剂。锌的腐蚀速度受环境因素影响较大，在干燥和农村大气中很耐腐蚀，腐蚀速度仅为01um年；在工业和潮湿大气中，其耐蚀性明显降低腐蚀速度大于6um年。而铝涂层表面极易生成一层A12O3钝化膜，保证着钢基本不受腐蚀。但由于铝涂层孔隙率大，若不采用封闭处理，仍会产生“泛黄”现象。近些年随着复合涂层体系(金属涂层+封闭涂层)理论的提出。钢结构的腐蚀防护寿命一下子提高到60年，对传统单一油漆涂层防护体系提出了挑战。,.,复合涂层体系：复合涂层体系就是利用锌涂层突出的阴极保护作用和铝涂层良好的耐蚀性而制备的锌一铝复合涂层。复合涂层一般以锌作底层、铝作表层。除利用锌对钢基体良好浸润性外，同时也兼以铝涂层的环境敏感性小锌的腐蚀生成物可以更好的自封闭特点。据有关资料分析涂层经盐雾、浸泡等腐蚀试验。复合涂层耐蚀性明显优于单一锌