钢结构表面处理技术要点

钢结构表面处理技术要点钢结构表面处理是提高其耐腐蚀性、涂层附着力及长期使用性能的关键工艺环节。通过去除表面氧化皮、锈蚀产物、油污及其他污染物，可有效改善基材与防护涂层的结合强度，延长钢结构在海洋、工业大气等严苛环境中的服役寿命。表面处理质量直接影响后续涂装、热浸镀等防护工艺的效果，是钢结构全生命周期防护体系的基础保障。一、预处理阶段核心要求预处理是表面处理的前期准备，旨在消除影响后续处理效果的外部干扰因素，主要包括表面清洁与缺陷修整两部分。1.表面清洁需彻底清除钢结构表面的油污、灰尘、可溶性盐类及其他污染物。油污可通过溶剂清洗（如使用煤油、汽油等有机溶剂）或碱性脱脂剂（含氢氧化钠、磷酸盐等成分的水溶液）处理。溶剂清洗适用于局部油污，需注意通风防火；碱性脱脂剂通过皂化反应或乳化作用去除油脂，处理温度通常控制在50-70℃，浸泡或喷淋时间约10-15分钟。可溶性盐类（如氯化物、硫酸盐）会引发涂层下腐蚀，需用高压淡水冲洗（压力约5-10MPa），冲洗后表面电导率应低于50μS/cm（采用表面盐密仪检测）。2.缺陷修整焊接飞溅、毛刺、咬边等表面缺陷会导致局部应力集中，影响涂层均匀性。焊渣需用铲刀或砂轮机清除，毛刺可用角磨机打磨至表面平滑，咬边深度超过0.5mm时需补焊后重新打磨。对于机械加工或运输过程中产生的划痕，深度小于基材厚度5%时可打磨至R≤0.5mm的圆角，超此范围需进行补修处理。二、主要表面处理工艺技术要点根据处理原理，钢结构表面处理工艺可分为机械处理、化学处理及复合处理三大类，各类工艺的技术参数与适用场景存在显著差异。1.机械处理工艺以物理作用去除表面污染物及氧化层，是目前应用最广泛的工艺类型，主要包括喷砂与抛丸两种方式。（1）喷砂处理：采用压缩空气将磨料（如钢砂、石英砂、铜矿砂）高速喷射至表面，通过磨料冲击与切削作用实现除锈。关键参数包括磨料类型、喷射压力、喷射角度与距离。钢砂（粒度0.5-1.5mm）适用于厚氧化层清除，石英砂（粒度1.0-2.0mm）适合薄板处理；喷射压力通常为0.5-0.7MPa，压力过低导致效率下降，过高易损伤基材；喷射角度以75°-85°为佳（垂直喷射易造成磨料反弹），喷射距离控制在100-200mm。处理后表面粗糙度Ra应达到30-75μm（通过粗糙度仪检测），清洁度需达到ISO8501-1标准中的Sa2.5级（即“非常彻底的喷射清理”，表面无可见油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，残留物仅为点状或条纹状的轻微色斑）。（2）抛丸处理：利用抛丸机高速旋转的叶轮将磨料（钢丸、铸铁丸）抛向表面，适用于批量处理规则形状构件。磨料直径通常为0.3-1.2mm，抛丸速度控制在60-80m/s，处理时间根据构件厚度调整（5-15分钟）。与喷砂相比，抛丸效率更高（处理面积可达100-200㎡/h），但设备投资较大，且难以处理复杂结构的凹陷部位。2.化学处理工艺通过化学反应溶解表面氧化层或形成转化膜，主要用于精密构件或机械处理难以触及的区域，包括酸洗与磷化处理。（1）酸洗处理：采用盐酸（浓度15%-20%）或硫酸（浓度10%-15%）溶液浸泡或喷淋，酸与铁锈（Fe₂O₃、Fe₃O₄）发生反应生成可溶性铁盐（如FeCl₃、FeSO₄）。反应温度控制在40-60℃（温度过高会加剧基材腐蚀），浸泡时间10-30分钟（以锈层完全脱落为准）。酸洗后需立即用清水冲洗（pH值6-7），并进行中和处理（使用5%碳酸钠溶液），防止残留酸液引发返锈。需注意，盐酸酸洗对氧化皮去除效果优于硫酸，但硫酸成本更低；对于含铬、镍的合金钢，需添加缓蚀剂（如乌洛托品，浓度0.5%-1.0%）以减少基材溶解。（2）磷化处理：在酸洗后的清洁表面形成磷酸盐转化膜（主要成分为Zn₃(PO₄)₂·4H₂O或Fe₃(PO₄)₂·8H₂O），膜厚1-5μm，可增强涂层附着力并提供一定的耐腐蚀性能。磷化液通常由磷酸二氢锌、硝酸锌及促进剂（如亚硝酸钠）组成，处理温度分为常温（20-30℃，时间20-30分钟）、中温（50-70℃，时间10-15分钟）和高温（80-90℃，时间5-10分钟）三种。常温磷化能耗低但成膜速度慢，高温磷化效率高但易产生沉渣。磷化后需进行钝化处理（使用0.1%-0.3%重铬酸钾溶液），封闭膜层孔隙，提高耐蚀性。3.复合处理工艺结合机械处理与化学处理的优势，适用于高要求场景（如海上风电塔架、桥梁缆索）。典型工艺为“抛丸+磷化”：先通过抛丸去除厚氧化层并获得合适粗糙度，再经磷化形成转化膜。此工艺可使涂层附着力（拉开法测试）从机械处理后的5-8MPa提升至8-12MPa，盐雾试验（ISO9227）失效时间延长30%-50%。三、质量控制与检测标准表面处理质量需通过多维度检测进行验证，主要涉及清洁度、粗糙度、转化膜性能等指标。1.清洁度检测（1）目视法：对照ISO8501-1标准图片，判断表面残留污染物的类型与面积占比。Sa2.5级要求残留色斑面积不超过5%，且无连续成片的锈迹或氧化皮。（2）胶带法：使用粘性胶带粘贴表面，揭下后观察胶带上的污染物附着情况，无可见颗粒物为合格。（3）电导率法：用于检测可溶性盐类残留，使用表面盐密仪在100cm²区域内检测，氯化物含量应≤50mg/m²（海洋环境需≤30mg/m²）。2.粗糙度检测采用触针式粗糙度仪（如TR200）在构件表面均匀选取5个测点，取算术平均值。对于环氧类涂层，最佳粗糙度为40-70μm；聚氨酯涂层可接受30-60μm；热喷铝（锌）涂层需≥60μm。粗糙度不足会导致涂层附着力下降，过高则可能造成涂层厚度不均或针孔缺陷。3.转化膜性能检测（1）膜重测试：通过称量法（磷化前后试样质量差）计算膜重，锌系磷化膜重应控制在1.5-4.0g/㎡，铁系磷化膜重0.2-1.0g/㎡。（2）耐蚀性测试：采用点滴试验（5%硫酸铜溶液滴加，15秒内不出现红色铜沉积为合格）或盐水浸泡（3%NaCl溶液浸泡2小时，无锈点为合格）。四、常见问题与解决措施表面处理过程中易出现返锈、涂层脱落、转化膜不均等问题，需针对性分析原因并调整工艺参数。1.返锈现象表现为处理后短时间内表面出现黄色锈斑，主要原因包括：①可溶性盐类未彻底清除，残留盐分吸潮引发电化学腐蚀；②酸洗后中和不充分，残留酸液持续腐蚀基材；③处理后未及时涂装，暴露在潮湿环境中（相对湿度＞85%时易返锈）。解决措施：加强水洗与中和步骤，使用电导率仪检测清洗后表面；处理后4小时内完成涂装（环境湿度控制在60%-75%），若无法及时涂装，可喷涂临时防锈剂（如水性防锈液，膜厚5-10μm）。2.涂层脱落多因表面粗糙度不符合要求或清洁度不足导致。粗糙度低于30μm时，涂层与基材的机械咬合作用减弱；Sa等级低于Sa2级时，残留油污或氧化皮会形成弱界面层。解决措施：根据涂层类型调整磨料粒度（如环氧涂层选用0.8-1.2mm钢砂），严格执行清洁度检测标准，必要时增加溶剂擦拭步骤。3.转化膜不均磷化过程中局部无膜或膜层过薄，可能由以下原因引起：①工件表面有油脂未清除，阻碍磷化液与基材反应；②磷化液浓度过低（总酸度＜30点，游离酸度＜3点）；③工件入槽时未完全浸没，导致液面处成膜不良。解决措施：加强脱脂工序（延长脱脂时间或提高温度），定期检测磷化液参数（总酸度与游离酸度比值控制在10:1-15:1），确保工件完全浸没并保持