前言：無(wú)論是暴露于海洋環(huán)境或是工業(yè)大氣中的鋼結(jié)構(gòu),腐蝕的問(wèn)題都相當(dāng)突出,由此引起的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)人身安全的威脅十分嚴(yán)重,因此,采取有效的防腐措施,以減少這種腐蝕造成的損失極為重要。在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防護(hù)涂層,是防止腐蝕的主要手段之一。而防護(hù)涂層與鋼材表面間的良好附著力是保證防護(hù)涂層有效防護(hù)壽命的前提,防護(hù)涂層的附著力與許多因素有關(guān),如涂裝前表面處理的質(zhì)量、涂料類(lèi)型、涂裝施工的工藝條件等,其中涂裝前表面處理的質(zhì)量是決定防護(hù)涂層附著力的最主要因素。涂裝前對(duì)鋼材表面的處理,俗稱(chēng)“除銹”,它不僅指除去鋼材表面的鐵銹,還包括除去覆蓋在鋼材表面的氧化皮、舊涂層、油脂、焊接殘留物、灰塵及鹽分等其他附著物,同時(shí)也包括對(duì)鋼材不規(guī)則表面的處理。鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷的防護(hù)涂層通常是靠涂料分子與金屬表面極性基團(tuán)之間的范德華力相互吸引以及基料、顏料與金屬鐵之間的化學(xué)反應(yīng),使涂層緊密覆蓋在鋼鐵表面,達(dá)到保護(hù)鋼鐵的目的。因此,涂裝前鋼材表面應(yīng)盡可能除去非鐵物質(zhì),使金屬鐵裸露在表面,才能保證涂層與鋼材表面間具備足夠的結(jié)合力以達(dá)到好的防護(hù)效果。
    1 鋼材表面各種附著物及不規(guī)則表面對(duì)涂層附著力的影響
   
鋼材在進(jìn)行表面處理前,因環(huán)境及所處生產(chǎn)工藝階段的不同,表面上會(huì)有氧化皮、銹蝕產(chǎn)物、舊涂層、油脂、焊接殘留物、灰塵及鹽分等各種附著物,有些工藝階段還會(huì)使鋼材表面產(chǎn)生不規(guī)則形狀,下面就這些附著物及不規(guī)則表面對(duì)涂層保護(hù)性能的影響一一進(jìn)行分析。   

     1.1氧化皮對(duì)涂層保護(hù)性能的影響

    各種鋼結(jié)構(gòu)所用鋼材大多是熱軋鋼材,這些鋼材剛出廠(chǎng)時(shí),表面完整地覆蓋著一層堅(jiān)硬的氧化皮,這一層氧化皮肉眼看起來(lái)很緊密,但實(shí)際上有許多縫隙,這些縫隙會(huì)滲透水和氧氣。熱軋鋼材的氧化皮大體上是由三層鐵的氧化物組成的,表層是Fe2O3,中間層Fe3O4,與金屬表面直接接觸的是FeO。Fe2O3在化學(xué)上是穩(wěn)定的,而FeO很不穩(wěn)定,在水和氧的作用下,FeO很容易水解成鐵的氫氧化物,這樣,上述水解作用和腐蝕就會(huì)慢慢從縫隙開(kāi)始,并沿著金屬和氧化皮的界面向內(nèi)深入,在界面上生成較大體積的銹蝕產(chǎn)物,從而引起氧化皮表層應(yīng)力的變化,而氧化皮本身沒(méi)有延展性,這樣氧化皮很快就會(huì)帶著它外面的涂層一起剝落下來(lái)。此外溫度的變化、機(jī)械作用等物理因素也會(huì)引起氧化皮翹起或剝落。另外,從電化學(xué)觀(guān)點(diǎn)看,氧化皮的電極電位比金屬鐵本身要正0.15～0.20V,當(dāng)鋼板的大部分表面上仍附有氧化皮時(shí),在腐蝕性介質(zhì)中氧化皮部分便構(gòu)成一個(gè)大陰極,而在氧化皮不連續(xù)處的鋼材則構(gòu)成一個(gè)小陽(yáng)極,從而發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。同時(shí)有國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)證實(shí),除去氧化皮以后再涂裝的鋼材比帶有氧化皮的鋼材受保護(hù)的效果更好。因此,要提高防護(hù)涂層的附著力,必須充分重視鋼材表面氧化皮的清理工作。

    1.2銹蝕產(chǎn)物對(duì)涂層保護(hù)性能的影響

    鋼材表面上存在未清除的銹蝕產(chǎn)物時(shí),涂層與金屬表面之間不能直接接觸,涂層的附著力會(huì)因此降低,影響涂層的保護(hù)性能。銹蝕產(chǎn)物對(duì)涂層保護(hù)性能的影響主要是來(lái)自于其中所含可溶性鐵鹽的作用?？諝庵械腟O2和氯氣在潮氣的作用下,侵蝕鋼板生成可溶性鐵鹽FeSO4或FeCl2。這些鐵鹽一方面水解、氧化成大量的鐵銹,另一方面又起到催化作用,使鋼材繼續(xù)腐蝕,這一過(guò)程若發(fā)生在涂層下面,會(huì)很快引起涂層銹蝕穿透,形成早期的蝕點(diǎn),使涂層過(guò)早起泡,其腐蝕過(guò)程見(jiàn)圖1。可見(jiàn),鋼材表面銹蝕產(chǎn)物的清理情況是防護(hù)涂層附著力大小的決定性因素之一。

圖1 腐蝕的循環(huán)過(guò)程

  1.3鋼板表面上其他附著物及不規(guī)則表面對(duì)涂層保護(hù)性能的影響

    鋼板表面上其他附著物,包括舊涂層、油脂、焊接殘留物、灰塵及鹽分等等。這些附著物會(huì)導(dǎo)致過(guò)早出現(xiàn)砂眼并大大縮短涂層壽命,在這些表面附著物的消極影響中,少量的鹽分要比油脂更嚴(yán)重；灰塵和焊接殘留物會(huì)進(jìn)入表面上的微孔和不規(guī)則區(qū)域中,致使鋼板局部腐蝕；舊涂層一般已老化并且是局部分布的,它的存在會(huì)局部地分隔開(kāi)新涂層與鋼材表面,降低涂層附著力,使新涂層局部脫落。另外,由于焊接、火攻、切割等操作而導(dǎo)致的不規(guī)則表面,如焊接氣孔、焊接飛濺、銳邊或其他成型不好的鋼材表面也要進(jìn)行表面處理,一方面可以將能夠?qū)е峦繉佑行诳s短的附著物清除掉；另一方面,如果對(duì)這些不規(guī)則表面不進(jìn)行處理,這些部位涂層的涂膜就會(huì)太薄,也很容易受流動(dòng)液體的腐蝕,從而降低涂層的壽命。綜上所述,充分的表面處理是提高防護(hù)涂層附著力,并獲得優(yōu)質(zhì)涂層、延長(zhǎng)涂層有效壽命的保證。

  2 涂裝前鋼材表面處理情況對(duì)防護(hù)涂層附著力的影響

    鋼材表面處理方式主要有：噴砂清理、動(dòng)力工具打磨處理、酸洗及磷化處理等。這些表面處理方式的原理是：應(yīng)用機(jī)械或化學(xué)的方法,清除其表面的氧化皮、銹蝕及其他附著物；應(yīng)用機(jī)械方法處理影響涂層壽命的不規(guī)則表面。

    2.1機(jī)械方式處理后的表面質(zhì)量對(duì)涂層附著力的影響

    噴砂清理與動(dòng)力工具打磨處理均屬于機(jī)械處理方式。噴砂清理是將磨料(鋼丸、鋼絲段、棱角鋼砂等)以高速?lài)娚渲帘惶幚淼匿摬谋砻?產(chǎn)生打擊和磨削作用,除去鋼材表面的氧化皮、銹蝕及舊涂層等附著物,讓鋼鐵表面露出金屬本色,并獲得合適的粗糙度,以利于涂料的粘附；對(duì)車(chē)間底漆不完整表面以及焊痕、銳邊等不規(guī)則表面在進(jìn)行噴砂清理前,通常采用諸如鋼絲刷、砂輪片等動(dòng)力工具打磨的方式進(jìn)行處理。試驗(yàn)證明,涂裝前鋼材表面粗糙度直接影響涂層與底材之間的附著力和涂層厚度的分布,對(duì)涂層的保護(hù)性能有很大的影響。涂層附著于金屬表面主要靠涂料分子與金屬表面極性基團(tuán)之間的范德華力相互吸引以及基料、顏料與被保護(hù)金屬之間的化學(xué)反應(yīng)。鋼材在噴丸除銹后,隨著表面粗糙度的增大,涂料與金屬接觸的表面積也增大了,涂層與金屬表面之間的范德華力以及可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的接觸面積也相應(yīng)增大,這樣必然會(huì)提高涂層的附著力。噴砂清理,特別是噴射具有棱角的磨料,不僅會(huì)增加鋼材表面積,而且還為涂層附著提供了合適的表面幾何形狀,使得涂層與金屬表面之間除了范德華力外,還有機(jī)械的齒合作用,對(duì)涂層的附著就更加有利。

    但粗糙度要適當(dāng),如果太大,也會(huì)不利于涂層的保護(hù)性能。與光滑的表面比較,涂料用量一定,粗糙表面上涂層的有效厚度就要低得多,容易導(dǎo)致波峰處的涂層厚度不足,早期的銹蝕一般就會(huì)從這里開(kāi)始。另外,粗糙度過(guò)大,在較深的凹坑內(nèi)就可能截留氣泡,成為涂層起泡的根源。經(jīng)驗(yàn)表明,對(duì)于通常的防腐涂裝來(lái)說(shuō),鋼材表面*粗糙度的數(shù)值一般不應(yīng)超過(guò)100μm,較合適的范圍是40～75μm。對(duì)于鋼材的不規(guī)則表面,在噴砂清理前,所有切割產(chǎn)生的銳邊以及鋼板上燒焊留下的痕跡,要分別進(jìn)行打圓或其他處理。要得到圓滑的邊緣,對(duì)鋼板邊緣可以采用動(dòng)力工具打磨的方式進(jìn)行處理,將90°或尖銳邊角變成兩個(gè)鈍角,而銳邊的圓角可指定一個(gè)最小半徑范圍,如R=2mm,這樣,噴砂處理之后,邊緣就會(huì)足夠圓滑以便涂裝,具體情況見(jiàn)圖2。

圖 2放大的鋼板邊緣橫斷面

   圖2中最上面的是不規(guī)則表面,中間的是經(jīng)過(guò)動(dòng)力工具打磨處理后的表面,最下面的是經(jīng)過(guò)噴砂處理并打圓的表面。

    2.2化學(xué)方式處理后的表面質(zhì)量對(duì)涂層附著力的影響

    酸洗、磷化處理及溶濟(jì)擦洗均屬于化學(xué)處理方式。酸洗是應(yīng)用無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸與鋼鐵表面的氧化皮、鐵銹發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成可溶性鐵鹽,然后將其從鋼鐵表面清除的工藝手段；磷化是指在鋼鐵表面通過(guò)化學(xué)方法處理,生成各種不溶于水的金屬磷酸鹽膜層的過(guò)程,這種方式可提高鋼鐵表面的抗腐蝕能力,同時(shí)磷化膜作為涂料保護(hù)的底層,還可提高滑動(dòng)面的耐磨耗性能；而油脂、焊接殘留物及鹽分等其他表面污染物可采用溶劑擦洗的方法清理掉,或用含有清洗劑的清水沖刷,再用清水清潔并干燥。如必要,這種清除油脂、沖洗并干燥的措施應(yīng)在*的噴砂清理之前做,以保證鋼材表面的質(zhì)量,獲得具有良好耐久性的涂層。

    2.3表面預(yù)處理后清潔作業(yè)對(duì)涂層附著力的影響

    通過(guò)一定的處理方式清除掉表面的氧化皮、銹蝕產(chǎn)物、舊涂層、油脂、焊接殘留物、灰塵及鹽分等各種附著物,并對(duì)鋼材的不規(guī)則表面處理圓滑后,會(huì)在鋼材表面留下一些副產(chǎn)物,為確保涂料與被涂表面的附著力,在涂裝作業(yè)前,應(yīng)對(duì)被涂表面進(jìn)行清潔處理。各種表面處理作業(yè)在鋼材表面留下的副產(chǎn)物有：廢磨料、灰塵、鹽分、污油、污水等,有時(shí)還會(huì)留下作業(yè)時(shí)的粉筆記號(hào)、標(biāo)志涂料等,那么,涂裝前表面清理工作的主要內(nèi)容就是對(duì)這些會(huì)對(duì)涂層附著力產(chǎn)生影響的副產(chǎn)物加以清理。這些需要除掉的副產(chǎn)物可通過(guò)清水沖洗、壓縮空氣吹干、擦除等方法清理,其中的標(biāo)志涂料如果與待涂裝的涂層屬同一類(lèi)型,可不必完全清除,只需做必要的表面清潔。上述這一系列的表面預(yù)處理工作,對(duì)保證涂層與鋼材之間的附著力具有重要的影響,在工作中應(yīng)給予足夠的重視。

    3 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述,鋼材表面預(yù)處理在增強(qiáng)涂層與鋼材之間附著力、提高涂層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐作用中的重要性是顯而易見(jiàn)的,如果鋼材表面不經(jīng)處理就涂裝防護(hù)涂層,涂層與鋼材表面之間無(wú)法獲得足夠的附著力,會(huì)大大降低防護(hù)涂層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐作用,即使涂層采用高質(zhì)量的材料,也很難保證防腐體系的有效期。涂裝前良好的表面處理,對(duì)提高鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命可以起到事半功倍的效果。采用好的涂層配套體系,就如同給鋼結(jié)構(gòu)“穿”上了一件擋風(fēng)御寒的外衣,而要達(dá)到良好的涂層保護(hù)效果,涂裝前良好的表面處理是必不可少的,它可以使這件外衣牢牢地附著在鋼結(jié)構(gòu)表面,持久地?fù)?dān)當(dāng)起保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的重任。