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1、Coatings Technology 1 (IPC) CD-Rom Project Module 5 Basic LevelPage 27 h腐蚀及腐蚀的控制许多物品和构件涂漆主要是为了装饰；即：改变其外观。使用保护涂料时，其目的则是为了保护表面免遭腐蚀。当然，大多数涂料施工在表面上起着保护和装饰双重作用。基本了解腐蚀过程将有助于使检查人员懂得为什么要使用保护涂料，并学会应用将碰到的各种配套。每个人都亲眼目睹过一种或多种形式的腐蚀。在工作场所和日常生活中有许多关于腐蚀的实例。定义腐蚀是一种材料(通常为金属)因与周围环境发生反应而变坏的现象。NACE按如下定义腐蚀:腐蚀是一种材料(通常为金属)
2、因与周围环境发生反应而变坏的现象。该定义范围甚广，并说明除了金属以外，其它材料例如：混凝土，木材和塑料等也会变坏或遭受腐蚀。对于本讨论，我们将主要关注用于建造业的钢材以及其它金属的电化学腐蚀。在本大纲的高级单元中，我们将研究混凝土的腐蚀并发现钢筋混凝土的损坏往往由于增强(钢)筋遭受腐蚀而造成。腐蚀是一种遵循科学规律的自然现象或过程，所以我们不应对腐蚀发生的现实情况感到惊奇。几乎所有材料暴露于自然环境中都会变坏。例如：铁或钢暴露于空气和水中时，我们会看到锈在几小时内逐步显现出来，出现我们所熟悉的红棕色氧化铁。有时甚至会在几分钟内产生腐蚀。保护性金属氧化物 锌 铜 铝 铬如果是其它材料，例如：用铜
3、，黄铜，锌，铝或不锈钢代替铁，也会发生某种程度的腐蚀，但可能所花时间较长。这些材料腐蚀速率降低的一个原因是由于铜，锌，铝或铬形成了保护性金属氧化物。这种氧化层虽然相当薄，但对不断的侵蚀形成了一种保护屏障，因而降低了腐蚀速率，使其几乎处于停止状态。这种自然过程称作钝化。其它表面保护层 碳酸盐 氯化物 硫酸盐无论是氧化物，碳酸盐，氯化物，硫酸盐，还是其它化合物，这一表面层的形成是耐腐蚀的主要因素，特别是如果表面层能有效地将金属与所处环境隔离开来。采用保护涂料对腐蚀进行控制这种自然形成的涂层必定是既具耐扩散性又具耐水性。不幸的是，铁或钢不形成这种有效的屏障。所生成的锈可渗透氧气和潮气，使钢材继续锈蚀
4、。如果不另采取措施进行保护，金属最终必将遭至损坏。在大多数情况下，保护涂料用于在金属表面上生成人工保护层并延长金属的有使用寿命。金属的腐蚀是由于:涉及电流流动的电化学反应(电池作用)。通常认为金属的腐蚀与电化学有关。电流通过电解质，从金属的某些区域流向另一些区域，电解质即为任何能导电的溶液，例如：海水，硬水，甚至钢质底材上的潮气。注意：蒸馏水或去离子水不能有效导电，所以不能起电解质的作用我们称这种腐蚀过程为电化学反应(有时也称作电池作用)，这是一种涉及电流流动的化学反应。腐蚀电池的要素电化学腐蚀的发生必须存在四个基本要素: 阳极干电池电腐蚀(电化学腐蚀)实例 人工制作腐蚀电池的要素: 阳极 阴
5、极 金属通道 电解质阴极 金属通道(或外部导体)电解质电解质含有离子并能导电阳极遭受腐蚀(溶解于电解质中)我们可通过普通干电池的图画来说明这一腐蚀过程，干电池依靠电化学腐蚀产生电力。注意四个要素的存在NAL这里所展示的是: 一个电解质(潮湿氯化铵和氯化锌)一个负电极(锌盒),在腐蚀电池中相当于阳极一个正电极(碳石墨),在腐蚀电池中相当于阴极一根导线，在腐蚀电池中相当于金属通道让我们仔细看一下每个部分。 电解质电解质是一种液体，或腐蚀介质，能导电。大多数电解质都基于水，实际上，电解质含有离子，这些离子为带正电荷或带负电荷的物质的颗粒。阳极阳极是金属遭受腐蚀的部分，即：溶解于电解质中。溶解的金属以
6、正电荷离子的形式进行这项工作。留下的电子进入电解质，通常与电解质中的离子结合。他们存在于阳极表面上，导致紧邻区域进行负电荷放电。金属通道在阳极与阴极之间传导电流金属通道在电池实例中，阳极上的多余电子通过导线和灯泡流向阴极，点亮线路中的灯泡。当金属表面发生腐蚀时，总有一条金属通道，连接阳极(或阳极区域)至阴极(或阴极区域)。如果没有金属通道，就不会发生腐蚀反应。在电池实例中，没有连接阳极和阴极的连续金属通道(导线)在这种情况下，通过灯泡电池就不会放电。阴极阴极通过金属通道从阳极接受电子阴极是电极上活性较小的区域(电极为金属表面，或在这种情况下是碳棒)，电子在该处遭受消耗。电反应在阴极处继续进行，
7、确切地说，是阳极的对立面。该反应通常使电解质电离成离子形式，例如：氢离子(以气体释放)和氢氧根离子。这些离子常常与(阳极的)溶解金属结合形成诸如氢氧化亚铁(在铁或钢的情况下)，接着进一步反应变成氧化铁或锈。这样，腐蚀循环即完成。如果缺少腐蚀电池四个要素中的任何一个，都不会发生腐蚀。 钢结构上的腐蚀钢结构发生腐蚀时，腐蚀电池的四个基本要素都存在。 钢能导电，所以可在钢表面上的阳极区域和阴极区域之间提供其自己的金属通道。钢板 传导电流 提供自己的金属通道 表面上有许多阳极区域和阴极区域 腐蚀(当接触潮气时)由于钢不是完全均匀和同质的金属，单块钢板表面上可有许多阳极区域和阴极区域。阳极区域和阴极区域
8、是由于钢板上各区域相互之间的电势不同(可能仅仅是微小的差别)所形成的。因此，在产生腐蚀电池的四个必备要素中，钢板已具备三个。这种相同情况也存在于大多数其它金属中。当裸钢板因露水或雨水变湿时，水可起着电解质的作用。 水中的化学盐类(硫酸盐,氯化物等)产生电解质。活性随着盐类浓度而增加。如果钢板暴露于大气中，大气中或钢板表面上的化学物质很可能与水相结合，在钢板表面上形成更有效的电解质。 纯水是一种很差的电解质，但如果存在化学盐类(例如：海洋环境中的氯化钠)，他们则会溶解于水，随着所溶解的化学物质浓度的增加，而产生更有效的电解质。盐(氯化钠)存在于海洋环境中，存在于油和气的生产及提炼所产生的水中，同
9、时还存在于许多公路所使用的防冻盐中。其它常见的化学盐类还有从工业焚烧含硫产品所产生的硫酸盐。腐蚀产品在正常情况下，钢板表面阳极上的铁原子释放电子，作为腐蚀电路的一部分。电子通过金属通道抵达阴极。电离过程使电子通过电解质返回阳极，这样，就完成了整个电路。金属(铁)原子变成了带正电的亚铁离子，与阴极表面所产生的带负电的氢离子发生反应。亚铁离子和氢离子之间(在电解质中)的反应生成氢氧化亚铁。氢氧化亚铁再与氧气反应在钢板表面上生成氧化铁(锈)的表面层。也可能发生其它反应，这取决于金属，电解质以及存在于电解质中的其它可溶性化学物质。腐蚀电池腐蚀会发生在非常小的局部区域，可能比针尖还小。钢表面很可能有许多
10、腐蚀电池，使锈看上去均匀地布满整个表面。如果阳极和阴极在一段时间内处于同一位置，那么腐蚀则集中于该处，而形成点蚀。点蚀麻坑形成后，腐蚀电池集中并固定在点蚀麻坑内，加速了该处金属的腐蚀速率。结果腐蚀在点蚀处渗入直至穿透金属。氧化皮 蓝黑色铁，氧化铁层 对母体金属来说是阴极腐蚀会因氧化皮的存在而加剧。在新铁板和钢板上可见到以蓝黑色氧化铁层的形式存在的氧化皮，某些氧化皮甚至比母体金属还要坚硬。氧化皮对于铁板或钢板是正电，所以对其母体金属来说是阴极。当水分存在时，形成腐蚀电池，作为阴极的氧化皮则促进了作为阳极的裸钢区域的腐蚀。环境 湿度 氧气 化学盐类 温度 化学物质和气体这就是为什么在涂料施工前要从
11、钢板表面除去氧化皮的非常重要的原因之一。我们不希望加剧表面上的腐蚀或在涂层内留下活性腐蚀电池。环境因素对腐蚀的影响 高湿度，潮气或死水会由于电解质的产生而引起腐蚀。钢板浸入水中，通常会遭受腐蚀。潮湿环境比干燥环境更易发生腐蚀。通过将密闭空间(例如：船舶的压载舱或储槽)的空气去湿，可降低腐蚀速率。氧气，和水一样，会加快腐蚀速率。腐蚀可发生在缺氧环境，但反应(和金属的损坏)通常要慢得多。 在掩埋或浸渍条件下，与金属某一区域接触的电解质比与另一区域接触的电解质含有更多的氧。与较高氧气浓度接触的区域相对于另一表面来说是阴极。这样就形成了氧气浓度电池，导致腐蚀迅速发生。不同环境的影响 化学/海洋环境 化
12、学/高湿度环境 海洋/高湿度环境 化学/低湿度环境 乡村地区/低湿度环境化学盐类，可通过增加电解质的效率而增加腐蚀速率。在部分国家，将盐(氯化钠)洒在路上用以溶化冰，这些盐会吸湿(即：将水从空气中吸去)，同时粘附在车辆或桥梁上，常年助长腐蚀的不断发生。低温下，腐蚀速率减慢；但在高温下腐蚀速率趋于加快。化学物质及气体，例如：硫化氢会与空气中或表面上的潮气反应，形成酸性或碱性溶液。酸性和碱性电解质都会加快腐蚀速率。环境与腐蚀腐蚀速率受环境影响。常见的环境条件有:化学/海洋环境(海上钻油机和船舶) 这是一种很严酷的环境，导致非常迅速地锈蚀。空中浮游的盐类和化学污染物会加快腐蚀速率。高湿度和海水提供电
13、解质，也加速了腐蚀过程。化学/高湿度(沿海炼油厂)这是一种高腐蚀环境，由于气体，化学物质和高湿度环境都会促进腐蚀。海洋/高湿度(平台管道飞溅区域) 这种环境由于存在潮气和盐粒子，提供了活性电解质。飞溅区域(通常规定为中潮至高潮以上12英尺之间的区域)是众所周知遭受高度腐蚀的区域。化学/低湿度(内陆炼油厂) 低湿度环境比高湿度环境不易遭受腐蚀。但是，气体和化学物质都会加速腐蚀。 乡村地区/低湿度(内陆乡村铁路桥梁) 这种情况是这里所列五种情况中腐蚀最少的环境，因为空气清洁，无空中浮游物，而且不存在潮气，不能形成电解质。亚利桑那，怀俄明和西得克萨斯就属这样的乡村地区。这样的地区还有伊拉克和沙特阿拉
14、伯的沙漠石油设施，以及大多数干燥和非工业化区域。腐蚀的影响 安全 费用 外观腐蚀的影响腐蚀的影响包括对安全，费用和外观方面的影响。安全遭受腐蚀的结构物存在各种形式的不安全因素。必须支撑极端负载重量的桥梁和建筑物就是很明显的例子。 食品工业和饮料工业不允许发生腐蚀，因为金属腐蚀会污染产品，所以常采用涂料和衬里保护操作容器和金属制食品容器。 费用重新涂装和处理锈蚀钢板的费用通常大大高于初期保护钢板表面免受腐蚀的费用。1994年一年，美国用于腐蚀方面的费用估计为3，000亿，约占国民生产总值(GNP)的4.5%。其它发达国家在腐蚀方面的费用在其GNP中也占相似的比例。外观脱皮的涂层和锈蚀的钢板在任何
15、环境中看起来都十分刺眼。对于许多工程师或设施业主来说，油漆其建造物主要是因为外观上的原因。根据上述所有原因，可以说预防腐蚀的发生是极其重要的。液体施工的涂料引言本课程主要关注的是对施工在钢板表面上用于预防锈蚀或至少缓解锈蚀过程的涂料进行检查。用于该目的的大多数涂料都是传统型的，以液体形式提供并施工在表面上，然后变成固体保护涂膜。现在让我们集中注意力于这些涂料以熟悉一些常用的专用名词和概念。涂料专用名词有: 颜料 基料 溶剂 固化机理 涂料体系涂料专用名词常用的涂料专用名词有: 颜料涂料一种澄清的或着色的成膜材料，用以施工在表面上，保护表面免受环境影响。 基料 溶剂 固化机理 涂料可有： 有机涂料 无机涂料 涂料体系涂料的定义首先，让我们对涂料下一个定义。溶剂或稀释剂 挥发份非挥发性 非挥发份树
