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論鋼結構的腐蝕與防護

2018-10-31 12:35:44 作者：宋海鳴來源：材料加工系閱覽室分享至：

隨著鋼材的廣泛應用，鋼結構的腐蝕也不斷引起相關人員的重視，鋼結構的腐蝕給我們造成的不僅僅是經濟上的損失，還有給人民安全帶來隱患，所以接下來讓我們一起探討一下鋼結構的腐蝕與防護問題。

一、鋼結構腐蝕的類型和機理

l、大氣腐蝕

空氣中有足夠的氧，因此空氣中是否存在濕氣決定了是否會發生腐蝕。在雨后以及有霧或有露水的情況下鋼材表面是潮濕的，即使在無肉眼可見的濕氣情況下，空中的水蒸氣依舊會引起鋼的腐蝕。故此，鋼結構的大氣腐蝕主要是由空氣中的水和氧氣等的化學和電化學作用引起的，是一種常見的腐蝕現象。大氣中水汽形成金屬表層的電解液層，而空氣中的氧溶于其中作為陰極去極劑，二者與鋼構件形成了一個基本的腐蝕原電池。當大氣腐蝕在鋼構件表面形成銹層后，腐蝕產物會影響大氣腐蝕的電極反應。

2、局部腐蝕

局部腐蝕主要包括縫隙腐蝕和電偶腐蝕，同時它也是鋼結構中十分常見的一種破壞形態。當鋼結構的不同結構件之間以及鋼構件與非金屬的表面間存在縫隙，而且有介質存在的時候就會發生局部腐蝕。所以局部腐蝕發生的條件為：首先必須存在具備腐蝕條件的縫隙，而且縫隙中要有液體；其次構件的縫隙寬度必須窄到可以使得液體在縫內停滯。鋼結構最常見的縫隙腐蝕形式有鉚接、襯墊和顆粒沉積等。由于這些縫隙在工程中是不可避免的，所以同樣也無法完全避免鋼結構的縫隙腐蝕。

3、應力腐蝕

因為鋼結構既會受到腐蝕介質的作用，同時它也要承彎曲、拉伸、壓縮乃至扭轉等各種應力的作用。因此，鋼結構中所采用的高強鋼、低碳鋼和低合金鋼等材料極易在水介質中產生應力腐蝕。在具有腐蝕效果的環境中，假若鋼結構受力則會使腐蝕速度加快。簡單來說，就是在特定的介質中，如果鋼結構不受到應力的作用則腐蝕效果微乎其微，一旦受到拉伸應力，在一段時間后構件則會突然產生斷裂。因為這種由應力腐蝕而產生的斷裂在事前并不會有明顯的征兆。所以往往會造成無法估計的災難性后果。例如，房屋建筑和橋梁的倒塌以及管道的泄露，帶來巨大的人員傷亡和經濟損失。

二、對鋼結構腐蝕的控制

1、噴砂處理

這種表面處理方法是機械清除氧化皮和鐵銹的重要手段之一，即用磨料粒子連續沖擊表面。實現該過程有兩種方法：（1）利用設備將一股在壓縮空氣流中的磨料通過適當的軟管噴嘴傳送至表面；（2）用葉輪通過離心力把磨料噴在表面上。后者需要相對大的固定設備，因而主要在工廠使用。壓縮氣體法也在工廠使用，但它主要是便攜式的，因此也能夠在現場使用。該方法的有效性取決于磨料在到達鋼表面時的能量，這和磨料粒子的質量和速率有關。

2、火焰處理

火焰清理是一種常規的且能夠與激光清理達到同樣目的一種方法。其流程為：用氧乙炔焰或氧-丙烷炎將鋼加熱。由于氧化皮與金屬的膨脹系數有所差異，故可使軋制氧化皮和其他氧化皮脫落。此外，還可以把存在鐵銹中的水分處理掉。在經過火焰的一段烘烤后，即刻用線刷就能清除松散的殘留氧化皮和鐵銹。此方法也會殘留一層粉末，因此也必須刷掉。該方法的清潔度等級一般被認為介于噴砂處理與手工處理之間，該方法用于維修而不是清理新的鋼結構。

3、酸洗

在噴砂處理作為鋼結構充分處理的有效方法之前，有時把工件浸入稀酸溶液中清除其上的鐵銹與氧化皮，這種清洗方法被稱為酸洗。時至今日，盡管該方法仍用于要進行熱浸鍍的鋼材，但對于己經進行過涂料的結構鋼來說，己經很少使用了。但它仍然是鋼板與鋼帶清理的最常用方法，并且常作為連續處理工藝的一部分。

4、鋼鹽與鋅鹽磷化處理

許多用于建筑結構鋼中較小的零部件、鋁合金窗戶以及某些用于商店門面的鍍鋅鋼也是通過化學轉化磷化處理，而后涂上一層有機粉末進行防護。使用的材料在大約60℃除去底材上的油脂。一般使用浸入法，而不是用于清理冰箱外殼那樣的傳動式噴洗法。接下來在軟水中進行熱清洗，然后轉移到含有磷酸鐵或磷酸鋅的溶液槽中，操作溫度也在50至60℃之間。

5、其他創新方法

許多年來，人們一直在尋求一種噴砂處理的替代品，即使不能完全替代，但至少為在敏感區域獲得高標準的清潔度提供一種選擇和有效的方法。當然，在理想情況下，該方法不應增加廢物處理的問題。例如制冷噴砂處理，激光清理以及海綿介質噴砂處理等。

三、對鋼結構的防護

1、涂料和涂層

涂料和涂層的差別非常的明顯，前者是液態材料，而后者是指鋼結構表面的保護膜。如果采用的涂裝技術較差，液體涂料在鋼結構上干燥成膜后，就會失去很多本來應有的功能。

涂層必須具備合適的硬度性能以及被重新涂蓋的能力。但是，最重要的是涂料應具有在特殊條件下能夠對材料進行保護的功能。而且涂料自身必須滿足一定的技術要求，其中包括涂裝方法的簡易度、一定的可儲存壽命、較快的干燥性以及能使人接受的合適價格。而涂料則基本上是由固體的顆粒分布在液體中而形成的。當涂料被混合后再涂于鋼件上時，液體涂料則會逐漸干燥并且把顏料粘結起來成為致密的固化膜，故這樣的液體被稱為粘結劑。但是實際上來說，涂料一般都保護有助于提高涂料施工以及其他性能的輔助材料。時至今日，人們研究了現代涂料并獲得了更好的性能。然而，只有在充分考慮了能夠滿足表面處理、涂裝涂料以及選擇適合于特定條件的涂料因素后，才能使涂料的性能得到提升。

2、金屬鍍層

在大多數情況下，有色金屬要比碳鋼的耐腐蝕性好得多，但是有色金屬的價格較為昂貴。而且在一些場合下，有色金屬的力學性能并不能滿足要求。所以，在鋼表面鍍上有色金屬，則可以將兩者的優點兼顧。用鋅保護鋼制品距今已有上百年的歷史了，而且其他金屬鍍層也很常見，例如用鍍錫鐵皮制作成罐頭盒等。金屬鍍層也被運用與裝飾和工程應用，例如堅固的墻面。但這些工藝不屬于鋼結構的腐蝕防護，故暫且不提。

鋁和鋅是最常用來使建筑鋼制品具有防腐蝕性的金屬。而鋅的使用則更為廣泛。并且在某些特定的場合也使用一些其他金屬作為鋼的鍍層，但是這些金屬在鋼制品的防護鍍層中并不常用。在鋼上涂鍍其他金屬可以使用很多方法，其中包括等離子濺射和真空鍍膜等。而對于鋼結構和建筑部件，無外乎有以下四種方法：熱浸鍍、噴鍍、電鍍以及擴散鍍。其中熱浸鍍和噴鍍是作用于結構件，而電鍍和擴散鍍則用于較小的零件盒部件。還有一些方法是用于保護鋼制品的特殊部位，特別是焊接重疊處和包裹處。雖然這種方法沒有上面的四種方法常用，但可用于某些侵蝕的狀態。

3、其他防護方法

雖然大多數鋼制品是用涂層或鍍層來防止腐蝕的，但還有其他方法，特別是陰極保護法。作為一種鋼制品的防腐蝕方法。陰極保護的應用雖然是有限的，但它被用于許多重要構件，尤其是靠近海洋的鋼結構，故它也是一種重要的防護方法。

四、結語

鋼鐵作21世紀最重要的結構材料，憑借其優異的性能應用于國民經濟的各個領域。但由于金屬腐蝕這一普遍現象的存在，而導致鋼制品的腐蝕。從而所帶來的巨大經濟損失。故此，通過深入研究鋼結構的腐蝕類型，從而積極研究并開發出。

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責任編輯：韓鑫

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