文/張立新，史杰智，蘇會和，陸衛中·中國科學院金屬研究所

　　楊菲·沈陽明科控制腐蝕技術有限公司

張立新

　　本文在提出IS0 12944存在的問題的基礎上，總結了熔結環氧粉末防腐涂層（屬無溶劑涂層）失效的主要因素，并為高性能防腐涂層技術制定標準、耐久性設計和工程應用提供新的理論依據。

　　防止材料腐蝕的方法很多，但從性價比和耐久性分析比較來看重防腐涂層方法最好，據統計至今約有65%采用這種方法進行金屬和非金屬的防腐。有關文獻對涂層的防腐蝕己做了系統的論述。

　　現有標準分析

　　涂層防腐技術歷史悠久，至今約有百年以上歷史。經過長期的研發和實踐，這方面國內外已出版相關技術標準，以指導工程和產品應用的金屬材料腐蝕防護的技術規范，其中國際標準IS0 12944“Paints and Varnishes-Corrosion protection of steel structures by protective paint systems”是溶劑型涂料涂層最具代表性的標準。該標準的確有許多優點如下所示。

　　（1）對腐蝕環境的分類比較清晰，已成為大多數不同單位（設計、施工和業主）應用的共識。

　　（2）從涂層防腐的設計要求，對各類防腐構件的結構、形式和厚度等提出了相關采用原則。

　　（3）對被防腐金屬預處理的表面狀態（如表面清潔度和粗糙度）提出了明確的要求。

　　但是該標準只單純從控制涂層厚度和涂裝施工工藝過程來保障涂層的防腐效果，沒有提出防腐涂層基本性能指標要求。主要原因是這類標準用的是溶劑型涂料，溶劑型涂料在涂裝施工過程中涂層必然會產生固有的缺陷，如微針孔和層間附著。因此這類涂層在服役過程中，尤其在水環境中，水、氧和離子等通過這些缺陷進入到金屬界面處，很容易形成發生腐蝕的條件，產生這類防腐涂層的失效現象，如起泡、開裂、銹蝕、片狀剝落、粉化和缺陷處剝離等現象。

　　標準己規定用ISO 4628評價上述涂層失效現象的級別，起泡、開裂、銹蝕和片層剝落四種失效現象的3級標識如圖1所示。

圖1 溶劑型涂層的防腐失效現象的3級標識圖示

　　IS0 12944標準中已明確規定這類失效現象達到不同級別與涂層防護耐久性的關系，把目前所用的溶劑型涂料的耐久性分為短期、中期和長期，分別為5年、10年和15年的設計壽命。表明應用該標準的涂層，其防腐效果最長也就在20年左右。這類涂層顯然是達不到我國工業快速發展要求的。目前國家重點大型基礎工程耐久性要求己提升到100年以上。如何解決這個問題是涂層防護工作者的共同和迫切的任務。

　　涂層使用申的主要問題

　　近20年來，我們注意到在研究無溶劑環氧涂料和涂層時，發現這類涂料與溶劑型涂料的涂層防護性能和評價方式有很大區別，耐久性可以明顯提高，如已普遍應用的熔結環氧粉末涂層（屬無溶劑海洋用涂料）用IS0 12944的評估方法，涂層不會出現涂層失效的起泡、開裂、銹蝕和片狀剝落等現象。依此標準評價這類涂層的耐久性起碼要高于20年。

　　雖然沒有上述現象，并不表示涂層防護不會失效。因此在研究開發無溶劑涂料時，必須研究清楚這類無溶劑防腐涂層的防護失效現象和其防腐失效的規律。

　　熔結環氧粉末涂料是無溶劑環氧涂料中最具代表性的一種，以下主要以熔結環氧涂料的例子進行論述。

　　熔結環氧粉末涂層技術研究至今已有近50年的歷史，從應用的工程實例來分析，注意到這類涂層在應用過程中，達到一定年限后會發生一種在金屬與涂層界面處涂層脫層的缺陷，如圖2所示。圖2（a）是描述美國1965年安裝的DN400mm的輸油管，20年后開挖管道上土層，用尖刀劃開涂層，發現熔結環氧粉末涂層己剝離。圖2（b）是美國福羅里達州20世紀80年代，在300座混凝土結構大橋應用環氧涂層鋼筋的場地的情況，在服役3年后鋼筋涂層就產生和管道相同的涂層脫層現象，到達13年后，幾乎所有涂層都產生了剝離。圖2（c）是文獻“Recent experience with pipeline coating failures”中列出的三層聚烯烴防腐管道發生在底層熔結環氧涂層與鋼管脫開的圖片，這種脫層現象在工程中占相當大的比例。

圖2 防腐涂層的脫層現象

　　這些實例表明這類涂層脫層現象是熔結環氧涂層發生涂層失效的一種普遍現象，涂層脫層是否是無溶劑涂層防腐功能失效的主要因素，已引起各方關注。

　　下面將從以下四個方面論述，涂層脫層是屏蔽性無溶劑環氧涂層防腐失效的主要控制因素與其耐久性的關系。

　　水環境下涂層防腐失效主因

　　上節已明確指出涂層脫層是熔結環氧防腐層在使役過程中發生的主要現象，這種現象的產生是否會引起防腐涂層的失效還沒有定論。

　　有人認為在涂層脫層前水和氧已擴散到界面處，并達到所需要產生腐蝕量，一般來說界面應~該發生腐蝕。但事實上并未發現有金屬腐蝕現象產生，這主要是在脫層前，在界面處還不存在要產生電化學腐蝕過程的五個基本條件：水、氧氣、電子、產生陰陽極電荷平衡離子和氧化反應產生金屬離子。

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