導(dǎo)讀

作者：史慧彬 1 ，官華 1 ，劉舟峰 1 ，聞潔靜 1 ，邱云鵬 2 ，張耀 2 （1. 浙江舟山跨海大橋有限公司，浙江舟山 316000；2. 中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州 213016）

來源：《涂層與防護》2021年4月

摘要：在海洋環(huán)境中螺栓等異形件******常見，是機械工業(yè)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)零部件。螺栓等異形件在海洋 環(huán)境中受鹽分和相對濕度的影響，引發(fā)嚴重的腐蝕問題，產(chǎn)生安全隱患，造成巨大經(jīng)濟損失。目前，解決螺 栓等異形件腐蝕的方法很多，本文圍繞異形件防腐解決方案，簡要分析了異形件腐蝕防護的基本措施和思 路，從表面處理技術(shù)出發(fā)，討論了涂層防護、表面涂油防護、包覆材料防腐以及防護套防護等防腐措施，分 析了各種防護措施的特點以及效果，***后展望了我國海洋環(huán)境中螺栓等異形件防腐技術(shù)的發(fā)展前景。

0 引言

海洋環(huán)境是自然界當(dāng)中***嚴苛的腐蝕環(huán)境之一。金屬材料在海洋大氣環(huán)境或者海水當(dāng)中極易產(chǎn)生嚴 重的腐蝕現(xiàn)象。很多長期暴露在海洋大氣環(huán)境下的螺 栓等異形件腐蝕情況嚴重，導(dǎo)致部分螺栓等異形件拆 卸困難，結(jié)構(gòu)件之間的連接強度降低，同時給結(jié)構(gòu)件 的正常服役和日常的維護保養(yǎng)帶來了新的難題。

異形件的腐蝕是普遍存在的，長期以來并未引起 人們的關(guān)注。而設(shè)計者通常比較關(guān)心異形件的應(yīng)力應(yīng) 變狀況、疲勞壽命、沖擊負荷以及斷裂失效等力學(xué)性 能的變化，忽視由于異形件腐蝕可能帶來的問題。異 形件在腐蝕初期階段，表面會產(chǎn)生銹跡，影響美觀，同 時，如果腐蝕未得到及時處理，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)件產(chǎn) 生腐蝕斷裂，不僅會影響結(jié)構(gòu)件的安全使用，還可能 引起安全事故。螺栓等異形件在腐蝕很嚴重的情況下 才被發(fā)現(xiàn)和重視，某些設(shè)備的螺栓腐蝕、失效甚至?xí)?影響結(jié)構(gòu)件的功能，可能會導(dǎo)致設(shè)備事故及人員傷亡 事故，造成不可估量的損失。所以對于螺栓等異形件 的腐蝕情況和防腐措施應(yīng)給予高度的關(guān)注。

1 海洋環(huán)境下異形件腐蝕現(xiàn)狀及原因分析

據(jù)統(tǒng)計，我國每年因鋼構(gòu)件腐蝕造成的經(jīng)濟損失 高達 1 500 億元[1]，約占當(dāng)年國內(nèi)生產(chǎn)總值的 4%，海 洋環(huán)境腐蝕損失約占三分之一。提高鋼結(jié)構(gòu)在海洋環(huán) 境中的耐腐蝕性是一個綜合性的問題， 需要從設(shè)計、 施工、維護等方面加以考慮。

金屬鋼構(gòu)件在海洋環(huán)境下的腐蝕主要受大氣中 的酸性氣體、大氣相對濕度、大氣中的鹽分含量等綜 合影響，耐海洋大氣腐蝕性能較差，嚴重影響結(jié)構(gòu)件 的正常使用壽命。相較于陸地大氣環(huán)境，海洋大氣環(huán) 境水汽含量高，鹽分含量大，金屬腐蝕情況更為嚴峻。另外，在海洋大氣環(huán)境下，金屬表面易附著真菌和霉 菌，使得金屬表面的水汽含量進一步增加，腐蝕加劇。據(jù)報道，在自然條件下，50%以上的腐蝕都是由大氣腐 蝕引起的，由此可見大氣環(huán)境腐蝕的嚴重性。此外，海 水也是一種典型的腐蝕電解質(zhì)溶液，金屬在實際的海 洋環(huán)境中的腐蝕存在 3 個峰值點，******個峰值點是浪 花飛濺區(qū)，通常發(fā)生在平均高海潮線以上，是金屬構(gòu) 件腐蝕***嚴重的區(qū)域， 也是***嚴苛的海洋腐蝕環(huán)境；第二個峰值點發(fā)生在平均低海潮線以下 0.5~1 m 左 右，在這一區(qū)域中溶解氧含量大、流速快、水溫高，并 且存在大量的海洋生物附著繁殖， 容易產(chǎn)生腐蝕；第 三個峰值通常發(fā)生在海泥與海水的交界處下方，產(chǎn)生 腐蝕電池[2]。

螺栓是連接和固定鋼結(jié)構(gòu)的重要零件，但是往往 也是腐蝕***嚴重的區(qū)域，設(shè)計者對螺栓的防腐要求一 般僅限于螺栓出廠運輸、存儲防護，并且在工程應(yīng)用中，由于間隙較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的防護困難，設(shè)計通 常不會提出具體的防護方案， 往往導(dǎo)致其他部位完 好，但是螺栓已經(jīng)開始產(chǎn)生腐蝕。如果不進一步采取 措施，腐蝕不斷加劇，直接導(dǎo)致鋼構(gòu)件的連接強度減 小，存在嚴重的安全隱患。與此同時，跨海大橋的鋼 索、鋼構(gòu)件的焊接部分、海上設(shè)備的球形節(jié)點、法蘭以 及儲罐的邊緣板等異形件由于其結(jié)構(gòu)特殊，在腐蝕防 護過程中可能存在較多的缺陷、棱角和縫隙，導(dǎo)致結(jié) 構(gòu)件的局部不平整，易產(chǎn)生積水，進而發(fā)生應(yīng)力腐蝕、 縫隙腐蝕、晶間腐蝕和電偶腐蝕行為，異形件的腐蝕 問題往往很嚴重，是海洋環(huán)境下鋼構(gòu)件腐蝕防護的短 板[3-4]。

2 螺栓等異形件防腐措施分析

2.1 材料及表面處理工藝

生產(chǎn)螺栓、螺母所用的鋼材都是經(jīng)過軋制或者鍛 造工藝的，通常為珠光體、鐵素體或者奧氏體，此外生 產(chǎn)原料當(dāng)中的硫磷成分含量對產(chǎn)品的防腐性能具有 一定的影響。除了硫磷等特殊成分以外，為了適應(yīng)不 同的使用環(huán)境， 生產(chǎn)原料中還會限定其他成分的含 量。螺栓、螺母等結(jié)構(gòu)件的化學(xué)成分不是提高防腐性 能的主要因素，其主要的防護手段還是通過外涂層防 護[5-6]。

螺栓等異形件的表面處理工藝通常有表面光亮 處理、熱浸鍍、電鍍、電鍍+特殊防腐層、發(fā)藍處理，此 外還有一些特殊的如達克羅工藝、不銹鋼處理、特氟 龍工藝、合金共滲等處理工藝[7-8]。

2.2 涂層防護

涂層防護是海洋大氣環(huán)境下***常用的防腐措施， 其主要優(yōu)點是成本低、工藝簡單，但是對于基材表面 的處理要求很高， 而螺栓等異形件因其形狀不規(guī)則， 表面處理很難達到要求。此外，防腐涂料在施工操作 過程中易產(chǎn)生流掛、漏涂等現(xiàn)象，導(dǎo)致在異形件的局 部區(qū)域或者邊緣區(qū)域很難達到所要求的膜厚。因此， 在這些區(qū)域表面的涂層易產(chǎn)生鼓泡、剝離現(xiàn)象，并且 由于保護時間短，在后期的養(yǎng)護施工時，表面涂層和 銹層難以清除，維護成本高。目前，通常考慮選擇厚漿 型可覆涂涂料，如環(huán)氧類、聚氨酯類、橡膠類等。

2.2.1 橡膠涂層

橡膠涂層防腐性能優(yōu)越，適用于螺栓等異形件的 腐蝕防護。該產(chǎn)品是一種雙組份常溫硫化型橡膠類黏 稠液體，硫化后呈中硬彈性體，其主要利用液態(tài)橡膠 的常溫快速硫化技術(shù)及適用于大多數(shù)常見固體表面 的粘接技術(shù)，并能和非橡膠物質(zhì)形成牢固的結(jié)合。目 前已經(jīng)在異形件防腐（閥門井、法蘭、閥門）、混凝土基 座、管道支架、發(fā)汗管道、銹蝕的螺栓螺母，海洋鋼樁 等部件上獲得應(yīng)用，但是考慮到經(jīng)濟性問題，尚未在 異形件防護領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用[9-10]。    橡膠涂層能夠在異形件上得到應(yīng)用，主要的性能 優(yōu)勢如下：

（1）化學(xué)穩(wěn)定性較高，防腐性能優(yōu)異，并 容 易拆 卸，具有較好的耐候性，適用于需要經(jīng)常拆卸的螺栓、 法蘭等異形件；

在多年的打拼中不斷完善，不斷改進，不斷創(chuàng)新，在實踐中積累了豐富的經(jīng)驗與掌握了特殊的加工工藝，無論從高精密機械樣機加工，高精密零件加工，高精密模型樣機加工，北京cnc數(shù)控加工，北京夾具工裝加工 ，尺寸精度還是外觀品質(zhì)都令客戶拍手。所做產(chǎn)品受到諸多國內(nèi)外知名企業(yè)的好評，產(chǎn)品遠銷東南亞。

（2）對銹蝕的鋼鐵表面具有很好的粘結(jié)力，能夠 長期保持較高的粘結(jié)性，并且可復(fù)涂，復(fù)凃后新老防 腐涂層之間粘接性極好。對于銹蝕嚴重的金屬構(gòu)件進 行防腐時，考慮到銹層的疏松結(jié)構(gòu)，所以通常需要刷 涂兩遍。******遍涂刷應(yīng)使用低黏度的萬粘防腐彈性 膠，能夠把銹蝕層的空氣排出；涂刷第二遍時，就可以 形成致密無孔的防腐涂層。對于光滑的金屬構(gòu)件防腐 時，涂刷一遍萬粘防腐膏即可；

（3）萬粘防腐彈性膠固化后是一種彈性體材料， 固化后與橡膠皮一樣，很有彈性，從而保證了在室外 溫差變化的熱脹冷縮變化之中涂層不龜裂、不剝離。

2.2.2 厚漿型聚氨酯涂料

在海洋環(huán)境下，異形件重防腐配套體系為環(huán)氧富 鋅-環(huán)氧中間層-聚氨酯面層，傳統(tǒng)的聚氨脂涂料通常 是低固體含量、高光澤度、高壓無空氣噴涂，一次成膜 厚度只能達到 30 μm， 否則可能會產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，不 能滿足海洋環(huán)境重防腐要求。宜采用厚漿型聚氨酯涂 料，厚漿型聚氨酯涂料以含羥基樹脂配合聚苯胺納米 復(fù)合材料、鈦白粉、云母粉、磷鈦粉、催干劑、防銹顏料 等組成 A 組份，B 組份為 HDI 三聚體。厚漿型聚氨酯 具有黏度低、固體分高、理論涂布率高，一次成膜濕膜 能達 200~250 μm，外觀平整光滑，無氣泡，很好的附 著力，耐磨性、耐化學(xué)介質(zhì)等性能。廣泛適用于鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)施、集氣站、化工設(shè)施、各種儲存罐貯槽，橋梁、電 機、火車、汽車、海洋石油服務(wù)平臺及構(gòu)造件防腐等。

2.2.3 可剝離涂層

目前主要研究的可剝離涂層分為熱熔型和溶劑 型，熱熔型涂料主要是以乙酸丁酸纖維、乙基纖維素 為主要成膜物質(zhì)，通過加熱將樹脂材料和其他輔助材 料混合溶解。熱熔型在常溫下為堅韌的塑料，需要加 熱到 140~180 ℃后才能涂覆， 施工操作較為復(fù)雜，成 本較高，并且對施工尺寸也有限制；溶劑型涂料以過 氯乙烯樹脂、低相對分子質(zhì)量的聚苯乙烯、尼龍共聚 物、聚乙烯醇、聚丙烯酸樹脂、SBS 共聚物等為成膜物 質(zhì)，將這些成膜物質(zhì)溶于有機溶劑中，并加入部分輔 助材料而成。溶劑型可剝離涂層使用方便，可在室溫 下浸涂，因此得到了廣泛的應(yīng)用。相對于其他涂層，可剝離涂層由于其可剝離性，適用于需要經(jīng)常拆卸的螺 栓等異形件的防護[11-12]。

可剝離涂層主要性能特點如下[13]：

（1）可剝離性：能附著在涂刷面，有一定粘接力， 又能用較小的力即可完全剝離，不殘留，不破壞基面；

（2）防腐性：和金屬基體結(jié)合性好，能有效阻隔腐 蝕介質(zhì)侵入基體表面，防腐性能優(yōu)異；

（3）防潮性：能有效阻止水蒸氣凝結(jié)，水汽侵入， 保證被保護界面清潔；（4）適用性：適用范圍廣，可在多種領(lǐng)堿、不同的 環(huán)境起到綜合保護作用；（5）耐候性：材料化學(xué)惰性強、性質(zhì)穩(wěn)定，防護周 期長；

（6）環(huán)保性：不含、不產(chǎn)生有害 VOC 物質(zhì)成分，施 工過程環(huán)保，無毒無害，在使用過程和后期處理產(chǎn)物 都不會對環(huán)境造成危害；

（7）力學(xué)性能：可剝離涂層延展性好，拉 伸 強度 大，能有效防止表面磨損劃傷。

2.3 涂油防護

涂油防腐主要是在螺栓等異形件的表面涂覆一 層特質(zhì)油脂（碳鋼螺栓通常采用黃油、不銹鋼螺栓采 用石墨鋰基潤滑脂），通過隔絕空氣達到防腐效果。涂 油防護施工方便、快捷，無需特殊設(shè)備。但是也存在一 定的局限性。針對異形件防護時，局部位置不能完全 覆蓋， 并且防銹油脂長時間與水接觸會產(chǎn)生乳化反 應(yīng)，在干燥環(huán)境中也容易干結(jié)。因此，采用涂油防護 時，通常需要采取定期檢查和養(yǎng)護的措施，防止由于 防銹油的干燥、乳化、揮發(fā)等原因引起的防護措施失 效。防銹油也會在空氣當(dāng)中發(fā)生氧化反應(yīng)，生成酸性 的物質(zhì)，一方面會加速金屬構(gòu)件的腐蝕，同時也會破 壞防護油脂的結(jié)構(gòu)，使得滴點下降、基礎(chǔ)油黏度增加、 流動性變差。另外使用環(huán)境中的水分、塵埃以及有害 氣體等也會導(dǎo)致防銹油的劣化[14]。

目前部分跨海大橋螺栓等異形件的防護采用涂 油防護，螺栓、螺母表面涂抹黃油，外部添加 PVC（聚 氯乙烯）防護罩[15]，阻止外界水分及空氣與構(gòu)件的直接接觸，達到防護作用。但是海洋腐蝕環(huán)境惡劣，防護罩 容易出現(xiàn)劣化脫落，黃油液化流失，后期導(dǎo)致鋼構(gòu)件 產(chǎn)生嚴重腐蝕，嚴重影響安全服役。

2.4 包覆材料防腐

包覆材料防腐技術(shù)采用了 3 層相連的保護層，從 內(nèi)到外分別是防腐膏、防蝕帶和外部保護劑。此外，異 形件防護還采用防蝕膠泥填充局部空隙。防腐膏是包 覆材料防腐中***重要的一部分，防腐膏直接與金屬表 面接觸，其含有的銹轉(zhuǎn)化成分可將表面銹蝕的部分轉(zhuǎn) 化為黑色保護膜，保護性密封層的形成可以防止鋼基 體的進一步氧化腐蝕， 起到除銹和防銹的雙重作用。防蝕帶是纖維無紡布在防蝕溶液中浸泡而成，較為柔 軟，在各種復(fù)雜的架構(gòu)表面均可粘貼。防蝕帶在施工 后，外表面會發(fā)生氧化聚合反應(yīng)變得干燥，內(nèi)表面與 鋼基體緊密接觸，以保持柔軟狀態(tài)并達到***佳的防蝕 性能。同時，浸漬有特殊調(diào)制的防腐材料的防腐帶具 有良好的密封性能，可以將基體表面與水、鹽、空氣等 腐蝕介質(zhì)隔離開，從而達到***佳的防護性能。此外，防 蝕帶還具有良好的阻燃性和耐候性。***外層的保護劑 是可固化的表面保護材料，可以直接涂刷在防腐蝕帶的表面。外表面防護劑可以在空氣中短時間氧化形成 耐候性能優(yōu)異、密封性好、堅韌完整的保護膜，有效防 止腐蝕介質(zhì)的侵入和自然老化[16]。

包覆材料防腐具有長久性，防護效果好，通?？?以防護 15~20 a。但是，目前包覆材料防腐成本較高， 還不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件，另外，針對經(jīng)常發(fā)生內(nèi) 漏的法蘭也不適合采用包覆材料防腐技術(shù)。

2.5 防護套防護

根據(jù)螺栓等異形件的形狀和規(guī)格，加工標準的防 護套，在防護套中添加密封膠，能有效隔絕空氣和水 分侵入基體表面。

防護套的拆卸******簡單，并且不影 響設(shè)備的檢修和拆卸， 是一種行之有效的防護方法， 適用于大批量標準化施工，以增加美觀性。但是螺栓 保護套不適合用于介質(zhì)浸泡或有水流動的環(huán)境中。防護套可采用聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚 碳酸酯（PC）、硅膠（MQ）等材質(zhì)，內(nèi)部可填充聚硫、環(huán) 氧類、聚氨酯類粘接密封劑，具體操作步驟如下：

1）表面除銹：用砂輪或砂紙凊除干凈螺栓及底座 外面的銹跡，除銹等級為 Sa2.5 級。然后用溶劑清洗螺 栓（推薦使用丙酮或者酒精），除去銹跡、油污及其他 雜質(zhì)，保證螺栓清潔干燥無污物；

2）涂抹密封膠：把密封膠均勻涂抹在螺栓裸在空 氣中的部位及與底座接觸部位；推薦涂抹厚度為2 ~2.5 mm，要求密封膠厚度涂抹均勻，不得有裸露部分，以 保證密封效果。整個過程應(yīng)在密封膠適用期內(nèi)完成；

3）外觀美化：待防腐密封膠固化完全后（一般在 24~48 h），在密封膠外面涂刷聚氨酯面漆加強防腐效 果，保證美觀。2.5.1 聚硫+防護套.

2.5.1 聚硫+防護套

聚硫密封膠作為高檔密封材料，其主要成分為液 體聚硫橡膠輔以補強劑、硫化劑、增塑劑等構(gòu)成。因液 體聚硫橡膠的主鏈上存在S原子，固化后形成了飽 和的-S-S-、-C-S 化學(xué)鏈段結(jié)構(gòu)， 故聚硫密封膠具有 優(yōu)異的耐油、耐老化、耐溶劑、耐酸堿的特性，并且耐 水性和耐熱性好、透氣率低，具有一定的彈性，與金屬 和非金屬的結(jié)合力好。通常雙組分的聚硫密封膠，在 使用時需要將 A、B 組分按照一定比例均勻混合，才能 固化起到良好的密封效果；單組分聚硫是一種無溶劑 的室溫固化密封膠，其主要是利用密封膠與空氣中含有的微量水分產(chǎn)生固化反應(yīng)，與基體表面活性基團反 應(yīng)形成粘接作用。聚硫密封膠粘接密封性能好、使用 壽命長，因其價格便宜，優(yōu)先推薦使用。

2.5.2 環(huán)氧煤瀝青+防護套

20 世紀 60 年代， 環(huán)氧煤瀝青已成為一種廣泛應(yīng) 用的高性能防腐涂料。環(huán)氧煤瀝青常用在埋地和地下 水的鋼制管道、油輪壓載艙、鋼構(gòu)件及混凝土結(jié)構(gòu)上 的防腐。目前國內(nèi)在石油化工和城建部門的熱力、煤 氣、輸氣、輸油、自來水等系統(tǒng)的埋地鋼質(zhì)管道和鋼制 儲罐的防腐蝕工程中廣泛使用環(huán)氧煤瀝青涂料[17]。

環(huán)氧煤瀝青具有耐鹽水性、抗化學(xué)性、耐水性、耐 油性，耐微生物腐蝕性能優(yōu)異，并且漆膜具有優(yōu)異的 耐沖擊性、耐磨性、附著力等物理性能，適用于海洋環(huán) 境下異形件的防護。

2.5.3 紫外光固化涂料+防護套

紫外光固化涂料是指在紫外光照射下能夠交聯(lián) 固化的一類涂料， 因其高效涂裝固化和環(huán)境友好特 性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬、塑料、玻璃、陶瓷等多種基 材的防護。紫外光固化涂料品種繁多，性能優(yōu)異，其成 分主要包括反應(yīng)性低聚物（預(yù)聚物）、活性稀釋劑（單 體）、光引發(fā)劑、以及各種填料與助劑[18]。

光固化涂料是一種無縫密封防火防腐絕緣密封 材料，其具有優(yōu)異的耐溫性能、耐化學(xué)腐蝕性能及高 使用壽命，對一般的酸、堿、鹽、多種有機溶劑和油類、 海水以及土壤都具有一定的抵抗作用，可以完全阻礙 內(nèi)外層介質(zhì)或者空氣的滲透，從而保證基材的長期保 護，提供長效的防腐增強作用，適用于重鹽霧、重酸霧 等重腐蝕環(huán)境下的各種螺栓等異形件的防腐、防銹及 防滲[19]。

3 結(jié)語

（1）隨著海洋強國戰(zhàn)略的實施，我國對海洋環(huán)境 下的腐蝕問題越來越重視。螺栓等異形件雖然只是工 程項目上的小部件，但大都裸露在表面，如果出現(xiàn)腐 蝕等問題，輕則影響美觀，重則影響整體構(gòu)件的強度。螺栓等異形件的防護措施很多，通常單一的防腐蝕措 施很難滿足長效防護的要求，必須采取多種方案有效 結(jié)合，同時開發(fā)新方法、新技術(shù)，才能不斷提高異形件 的長效防護能力；

（2）針對異形件防護，可根據(jù)使用條件，從服役時 間、防護特點、成本等諸多方面綜合分析，可先采取小 規(guī)模試點，并逐步形成標準化的施工方案；

（3）研究異形件在含水、含銹等條件下的防護材 料及施工技術(shù)，同時開發(fā)適合異形件、耐高溫、便于清 理和養(yǎng)護的長效防護材料，是目前異形件防護領(lǐng)域急 需解決的問題。

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