海洋大气环境下钢结构的腐蚀与控制
涂料行业：
随着海洋资源的开发，海洋平台的数量也在迅速增加。 由于海洋平台钢结构需要较长的防腐周期，且海洋钢结构直接暴露于海洋盐雾、雨水、露水、阳光等环境下，腐蚀环境极其恶劣。 因此，钢结构表面腐蚀控制要求涂层体系不仅应具有良好的附着力和长期防腐性能，而且还应具有良好的耐候性和长期防腐性能。 涂层体系应具有良好的抗紫外线老化性、低氯离子渗透性、高耐盐雾性、高耐湿耐热性等，当局部涂层受损时，还可以通过阴极保护等手段保护底层金属基材。 不受腐蚀。 因此，钢结构表面防腐涂层主要采用高耐腐蚀底漆、中间涂层和耐候面漆组成的涂层体系。
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通过涂敷高耐腐蚀底漆，可以在钢结构表面形成一层致密的保护膜，隔离大气中的水蒸气、氯离子等腐蚀介质，从而减缓或防止钢结构的腐蚀。 目前，海洋大气环境下钢结构高耐腐蚀底漆涂层主要有喷涂金属涂层（锌、铝及锌铝合金）和富锌底漆涂层（环氧富锌、无机富锌）。 每种防腐技术在防腐性能、施工成本、环境影响和后续维护等方面都有各自的优缺点。
中间涂层主要起面漆和底漆之间的纽带作用。 它增加涂层的厚度，是防腐涂层体系的重要组成部分。 中间涂层覆盖底漆，阻止腐蚀介质进入底层，增强面漆的附着力并增加整个涂层体系的厚度，延缓底层电化学腐蚀的发生，提高涂层的耐腐蚀寿命。涂层。 采用环氧云母铁中间漆作为中间层，利用涂料中环氧树脂和云母铁氧化物的片状结构，增强屏蔽效果，延缓腐蚀介质的渗透时间。 环氧云铁中间漆的粘度较高，一次涂抹可以获得较厚的涂层厚度。 施工性能和涂料相容性均良好。 环氧云母中间漆和环氧富锌底漆的应用可以大大提高涂层的防腐效果。
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面漆对涂层底层和中层有保护作用，延缓底层腐蚀的发生。 面漆涂层应具有优良的耐候性、抗老化性、保光保色性、耐盐雾性、防潮性、耐油漆性。 膜坚硬而光滑。 作为长效、高耐用的海洋防腐面漆，常用的有聚氨酯面漆、氟碳面漆和聚硅氧烷面漆。 聚氨酯面漆是一种高性能、持久的重防腐涂料，广泛应用于最严重的腐蚀环境。 与溶剂型双组份氟碳面漆和改性聚硅氧烷面漆相比，其防腐性能不如氟碳面漆和改性聚硅氧烷面漆。 改性聚硅氧烷面漆具有优异的保光性、优异的防腐性能、低VOC，在环保方面具有优势。 但改性聚硅氧烷面漆的实际使用案例较少，性能仍较差。 还需要在实际应用中进一步验证。 由于氟元素的电负性大，碳氟键能强，氟碳涂料在紫外线照射下不易破裂，具有优异的耐老化性能。 氟碳涂料表面能低，漆膜坚韧，因此具有良好的抗冲击、耐磨、抗屈曲等机械性能。 另外，氟碳涂料与环氧云母中间漆相容性好，也能保证防腐底漆的防腐效果。
目前，国内外对海洋大气环境下钢结构防腐涂料的要求主要依据ISO 12944《油漆和清漆——通过防护涂层系统对钢结构进行防腐保护》和M-501:2012《表面处理和防护》《涂层》标准要求验证防腐性能。 本文选取了金属防腐涂料、有机防腐涂料和水性重防腐涂料体系三类涂料体系。 通过循环老化试验验证了涂层体系的防腐性能，并对各涂层体系进行了分析研究。
测试
样品制备
选择尺寸为150mm×75mm×3mm的喷砂钢板作为基材。 喷砂钢板表面处理级别符合ISO 8501.1-2007规定，表面粗糙度符合-1：2012规定。
分别选用金属涂层配套体系、有机防腐涂层体系和水性重防腐体系进行循环老化试验，验证三类涂层体系是否满足长期防腐性能要求。海洋环境。 样品制备涂层支持信息如表1所示。
表1 典型海洋大气区域钢结构防腐涂料支持信息
测试程序
样品前处理
样品制备完成后，还需要进行样品识别、针孔检测、厚度测试、划痕准备等前处理。 其中，样品的划痕制备按照-9-2018的规定进行。 划痕长50毫米，宽2毫米。 划痕与两条长边之间的距离为12.5mm，与其中一条短边的距离为25mm。
实验流程
根据标准规定的试验条件，进行4200h循环老化试验。 循环老化测试步骤如下：
（1）按照-3标准中的方法A，将样品放入紫外老化试验箱中，用温度为（60±3）℃的紫外光照射，光源UVA-340，照度0.83W/m2 4小时、温度测试在（50±3）℃冷凝环境下进行，周期4小时，72小时紫外老化测试；
（2）UV老化试验完成后，取出样品，放入盐雾试验箱中，按标准规定的条件进行72小时中性盐雾试验；
(3)将样品放入高低温试验箱中，设定温度为-20℃，进行24小时低温试验。
(4)以步骤(1)-(3)为测试循环，共进行25个循环。
结果与讨论
经过4200小时循环老化试验后，取出样品观察涂层是否有起泡、生锈、开裂、剥落等漆膜缺陷，并测试老化后涂层粉化、腐蚀扩展和附着力。 三类防腐系统的样例状态如图1所示。
测试前涂层附着力
测试后涂层状态
剥离涂层后
图1 三种防腐系统状态示例
从样品检测情况来看，金属防腐涂料、有机防腐涂料和水性重防腐层均未出现起泡、剥落、开裂等漆膜缺陷，涂层表面无异常现象。状况良好。 性能测试结果表明，三种典型防腐涂层的支撑性能均能满足ISO 12944-9:2018中CX极端环境下高耐久性防腐的实验室测试要求。
从图1可以看出，喷涂金属复合涂层的附着破坏形式是由金属涂层的内聚破坏引起的。 这主要是由于电弧喷铝涂层本身存在无数的微孔，且孔隙相互连通，导致其结合力较弱。 一旦复合涂层受到外力碰撞而损坏，渗透孔穿过暴露的铝涂层到达钢基体，导致阴极保护电化学反应进行得更快，损坏区域的铝涂层将很快被消耗。 重防腐涂料体系的附着破坏形式为底漆内聚破坏和面漆内聚破坏。
与富锌底漆重防腐涂料体系相比，喷涂金属复合涂层对表面处理要求更高，对表面粗糙度和施工技术要求更严格，施工成本是三者中最高的。 喷涂金属涂料在施工过程中会产生有毒物质。 长期吸入会引起肺部病变，使工人患上“铝肺”等职业病。 不符合节能减排的大趋势。 同时，电弧喷涂锌、铝时能耗高、效率低、防腐性能受后续密封涂层和支撑涂层影响较大等因素也制约了喷涂金属涂层的应用。
有机防腐涂料体系是目前最常用的防腐方法。 适用于各种腐蚀环境，其防腐性能已得到实际应用的验证。 据统计，目前用于海洋大气环境下钢结构防护的有机防腐涂料体系在循环老化试验中合格率仅为30%。 因此，通过循环老化试验来验证有机防腐涂料体系的防腐性能，并以此为基础进行产品筛选，是一种科学严谨的方法。
水性重防腐涂料体系也能满足钢结构的长期防腐要求。 与溶剂型涂料相比，水性涂料以水为溶剂，对材料表面具有良好的适应性。 它们仅含有少量有机溶剂，大大改善了工作环境条件。 但水性涂料的缺点也很明显。 它们对施工环境条件（温度、湿度）有严格要求，危废处理成本远高于溶剂型涂料。 目前，水性防腐涂料体系已广泛应用于集装箱、工业建筑等钢结构的防护。 然而，在海洋环境钢结构的应用中，特别是在长期防腐方面，水性重防腐涂料仍缺乏工程应用实例，其应用长期耐水性仍受到质疑。
结论
海洋大气环境下钢结构长期防腐技术的发展导致了两大主流发展趋势。 一是热喷涂锌、铝涂层和防腐涂层形成的复合涂层体系； 第二个是富锌涂层系统。 该涂层是带有底漆的重型防腐涂层系统。 重型防腐涂层系统。 随着环保法规的要求和高性能涂料的开发应用，我国喷涂金属涂层复合体系的应用因能耗高、职业危害等因素受到越来越多的环保限制。 此外，随着水性重防腐涂料技术水平的突破，产品性能也得到大幅提升，但大力推广水性重防腐涂料在高腐蚀环境下的应用仍需要实际应用案例的支持。
参考文献（略）
原标题：海洋大气环境下钢结构防腐涂料性能研究
详情请参见正在进行中的2019防腐涂料年会-论文集
作者：姜水旺、曾登峰、陶乃旺、姜学智（中国船舶重工集团公司725研究院厦门材料研究所，福建厦门）
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