1 前言

因涂料的施工工艺简单，能针对不同尺寸、形状、部位的钢结构、设备进行施涂，便于维修和重涂，工业大气环境厂房钢结构及设备表面一般采用涂料涂覆的方法进行防腐，防腐涂层保护效果与涂料体系和防腐施工（表面处理和施工工艺）有很大的关系；如果防腐涂层设计不合理，防腐施工和管理不科学，可能引起涂层早期失效，失去保护作用，本文介绍了几个涂层体系早期失效案例，对化工大气环境钢结构防腐提出长效防范措施。

2 工业大气环境条件及金属钢结构材料

腐蚀行为影响金属大气腐蚀行为的因素很多，其中大气相对湿度、大气温度、大气中污染物如 SO 2 、SO 3 、Cl - 、H + 、NH 4 、NOx 等以及降雨、大气尘降、金属表面状态等等都影响着金属的腐蚀发生。大气环境的相对湿度自然是影响金属大气腐蚀重要原因之一，大气相对湿度（RH）70% 时，金属才会发生腐蚀。然而，薄液膜的形成还受其他因素如温度、金属表面状态（清洁度、粗糙度、有无腐蚀产物覆盖等等）、大气中粉尘、大气污染物、大气辐射等等因素的影响，因此可能降低其临界湿度，在低湿度下金属材料会发生腐蚀。

工业大气环境钢结构的腐蚀，主要是由于大气中含有的工业污染物，如硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、氨等腐蚀介质；大气中的污染物，在高温潮湿条件下，吸附在钢铁表面，生成强的腐蚀介质，通过涂层的缺陷处渗透到钢铁表面，造成基材钢铁的腐蚀，同时引起涂层破坏，进一步加速腐蚀，将对厂房钢结构产生严重腐蚀。

钢结构的腐蚀：主要是电化学腐蚀，即金属表面与离子导电的介质 （ 水、氧、无机酸、有机酸等 ） 因发生电化学作用而产生的破坏。腐蚀介质中存在着可以使金属氧化的物质，它和金属构成不稳定体系，形成腐蚀电池，加快金属的腐蚀速度；其反应如下 : 2Fe+2H 2 O+O 2 → 2Fe（OH） 2 在氧的作用下，反应进一步进行：

4Fe（OH） 2 +2H 2 O+O 2 → 4Fe（OH） 3 ，Fe（OH） 3 脱水而形成铁锈，2Fe（OH）3 →Fe 2 O 3 +3H 2 O。这种腐蚀由表面开始，逐渐向深层发展，形成大面积的腐蚀区域，腐蚀锈层的生成，吸附更多的水、氧、氯离子、酸雾等腐蚀介质，在工业大气环境加速钢铁的腐蚀。

硫化氢的腐蚀：硫化氢气体在空气中吸潮，与水反应，生成液态硫化氢，属于酸型腐蚀介质，沉积在金属表面，加速金属碳钢等的腐蚀，腐蚀不只是均匀腐蚀，而且产生的氢气能向钢中渗入，引起钢的氢脆和氢鼓泡，同时也可能发生硫化物应力腐蚀开裂。

二氧化硫的腐蚀：二氧化硫在空气中可能氧化生成三氧化硫，他们吸潮后，生成亚硫酸和硫酸，均属于强腐蚀介质，加速金属钢结构的腐蚀，同时二氧化硫具有循环加速作用，SO 2 、O 2 、Fe 形成 FeSO 4 ，然后 FeSO 4 被水解，形成 FeOOH和硫酸，酸又加速铁的腐蚀，生成新的FeSO 4 ，如此循环反复，1 个分子的 SO2 可腐蚀多个 Fe 原子，腐蚀过程不断进行。

氯离子的腐蚀：氯离子吸附的钢铁表明，具有较强的吸潮性，从而降低碳钢腐蚀的临界湿度，并溶于水膜中生成强腐蚀介质，增加腐蚀电池中电解质的导电性，降低临界湿度，加速碳钢的腐蚀。

3 工业大气环境涂层早期失效案例

3.1 管廊钢结构涂层失效某化工企业管廊钢结构采用高氯化聚乙烯防腐涂层体系，2 道底漆和 2 道面漆配套，涂层厚度要求大于120μm，使用寿命 5-6 年，但在实际使用中，经 2 年使用，涂层多处鼓泡、脱落，失去保护作用，引起钢结构腐蚀；其腐蚀形貌见图 1。

涂层失效原因分析：

高氯化聚乙烯是高含氯量氯化聚乙烯，又称 HCPE 树脂，用于代替氯化橡胶的防腐涂料（由于环保的要求），其分子结构中不含双键，氯原子又是无规则分布，虽具有良好的耐候性、耐臭氧性、耐热老化性、耐燃性、耐化学药品性和耐油性，但在工业大气环境中，其防腐性能与环氧类、聚氨酯类涂料相比有一定的差距，单独使用耐蚀性较差，需跟其它防腐涂料配套使用。

经 2 年实际应用，涂层已开裂、脱落，基材锈蚀，说明选用的高氯化聚乙烯防腐涂层体系在化工大气环境中耐蚀性较差，不能满足化工大气环境长效防腐要求，现场检测，涂膜厚度不均，有的涂层厚度只有 70-80μm，涂层厚度未达到设计要求，要加强施工质量管理，保障涂层厚度和涂装质量。

3.2 储罐涂层失效某石化新建储罐外壁防腐，采用的是环氧富锌底漆2道，氯化橡胶防腐涂料面漆 2 道的配套涂层体系，涂膜厚度大于140um，设计使用寿命 5-6 年，但实际情况，使用 1 年多，储罐还未正式投入运行，发现储罐涂层大面积鼓泡、开裂、脱落，碳钢腐蚀，防腐涂层失去保护作用，其腐蚀形貌见图2、3。

涂层失效原因分析：

防腐涂料进行分析：根据 HGT 3668-2000 《富锌底漆》

要求，环氧富锌底漆干膜中锌粉含量大于 70%，但本项目使用的环氧富锌底漆经检测锌粉含量为 43%，涂层不具有阴极保护效果，其耐蚀性较差；另外氯化橡胶防腐涂料虽具有一定的防腐和耐候性，但在化工大气环境防腐性有一定的缺陷。

施工环境和工艺分析：根据施工日记记录，涂料施工时环境温度低，温度为 2-3℃，涂层可能未完全固化，而对于环氧类防腐涂料要求施工温度大于 10℃，涂层才能充分固化，达到其的防护性能。本项目采用的防腐涂层体系，涂层虽具有一定的保护作用，但经 1 年多使用，氯化橡胶面涂层的劣化，微观缺陷放大，使水、氧和腐蚀介质容易渗入到底涂层及基材，而底涂层锌含量不够，不能起到有效的阴极保护作用，加之底涂层可能固化不完全，不具有较好的屏蔽作用，水和其他腐蚀介质很容易渗入到碳钢基材表面，引起基材碳钢的腐蚀，随着碳钢腐蚀加剧，导致涂层失去附着力，鼓泡，开裂、剥落，加速涂层的失效。

3.3 钢结构涂层失效某化工企业储罐和钢结构，位于广西海边，防腐方案采用的是环氧富锌底漆2道，聚氨酯面漆2道的防腐涂层体系，涂膜厚度 140um，设计使用寿命 5-6 年，但实际使用 1 年后涂层失效，对其进行检测，发现储罐和钢结构表面涂层已出现大面积鼓泡、开裂、脱落，钢结构腐蚀，涂层失去保护作用，其腐蚀形貌见图 4。

涂层失效原因分析：

分析原因发现该企业靠近海边，储罐和钢结构离海边只有 100-200m 的距离，所处环境为海洋工业大气环境，既有工业大气环境污染介质的腐蚀，又有湿热海洋离子环境的腐蚀；其防范措施必须采用重防腐涂层体系，而实际采用的防腐涂层体系，只有底漆和面漆，没有中间漆，只能满足一般的大气环境防腐要求，而海洋工业大气环境对钢结构腐蚀严重，腐蚀等级一般达到 C4 和 C5 级，常规的涂层体系满足不了该环境下的防腐要求，一般的涂层体系在盐雾、湿热和化工污染介质等的影响下，腐蚀介质很容易渗透的基材表面，引起基材腐蚀，造成涂层鼓泡、脱落，失去保护作用，其防腐必须采用重防腐涂层体系。

4 工业大气环境长效防腐对策

根据长期的试验结果和使用经验，在工业大气强腐蚀性的环境，钢结构的防腐宜采用重防腐涂层体系。防腐涂层必须具备以下性能：（1）底涂层具有牢固的附着力和耐腐蚀性能，（2）优异的抗水和氧及腐蚀介质的渗透性能和对腐蚀介质的稳定性（3）面涂层具有优异的耐候性，抗紫外光老化。防腐涂层体系一般由底漆、中间漆和面漆组成，对他们具有不同的性能要求，常用的防腐涂料有：

1）底涂层常用的底涂层有环氧底漆、环氧富锌、无机富锌、氯化橡胶底漆、醇酸底漆、喷铝，我们对它们与钢基体表面之间的附着力进行测试 （1） ，结果如下：

由结果可知，喷铝结合强度最大，环氧类的底涂层具有较高的附着力。我所在青岛海洋环境对底涂层进行的腐蚀试验研究，其腐蚀形貌见图5，结果表明：喷铝涂层耐蚀性最好，经8年曝露试验，喷铝表面未见明显变化，碳钢无任何腐蚀，具有较好的保护性能；环氧富锌和无机富锌涂层对钢铁的具有较好保护性能，其经 12 月实海曝露试验，发现碳钢无任何腐蚀，即使将漆膜划透直至表面，裸露出钢基的划痕处，基体金属仍然受到良好的阴极保护，喷铝和两种富锌类底漆明显具有优于其他类底漆的防锈效果。环氧铁红底涂层和高氯化底涂层具有一定的保护性能，海洋环境下可经受 3 月试验而不会出现基体锈蚀，但 180 天以后，涂层局部已破坏，碳钢开始腐蚀。醇酸底涂层耐蚀性最差，经 30 天曝露试验，涂层已失去保护性能，碳钢已发生明显腐蚀。对于工业大气环境推荐采用环氧富锌或无机富锌底涂层，其中环氧富锌底漆，即具有优异的附着力，又具有阴极保护作用。

2）中间涂层常用性能优良的中间涂层材料有环氧云铁和环氧玻璃鳞片防腐涂料。环氧云铁防腐涂料：由于云母氧化铁及环氧树脂的优越性能，环氧云铁中间漆漆膜坚韧，具有良好的附着力、柔韧性、耐磨性、封闭性以及对腐蚀介质的抗渗透性；环氧玻璃鳞片防腐涂料：由于其几何形状为片状结构的玻璃鳞片颜填料在涂膜中的平行排列，可以将基体分割成许多小区域，将涂层中微小气泡、裂纹及分子空穴相互分割切断，当腐蚀性介质向复合涂层渗透时，受到一层层玻璃鳞片的物理阻碍，从而使环氧玻璃鳞片涂料大大地延长了介质的渗透时间，有效地抑制了介质的扩散，而且由于鳞片不连续地分散于涂膜中，能降低树脂固化时产生的残余应力，大大减少了涂层的收缩，使防蚀层的微裂纹、微孔大大减少，进而提高了保护层体系的防腐蚀效。

3）面涂层面涂层有环氧涂层、高氯化涂层、聚氨酯涂层、脂肪族丙烯酸聚氨酯涂层和氟碳涂层，他们均具有一定的耐腐蚀性能。但环氧涂层耐候性较差，一般只能用在室内大气防腐。

氟碳涂层经 3000h 加速老化试验后，失光率不到 10%；经3000 小时盐雾试验，涂层无明显变化。而丙烯酸聚氨酯涂层经 1700h 加速老化试验后，失光率可高数倍。我们在工业大气环境暴露 2 年的失光率见表 2，结果说明，氟碳涂层失光率最小，耐候性最好 ; 丙烯酸聚氨酯次之 ; 氯化橡胶和高氯化聚乙烯失光率较大，耐候性差，表面已产生粉化。因此，从耐蚀性和耐候性综合评定面涂层的性能，耐候性的优良顺序是：氟碳涂层 > 丙烯酸聚氨酯 > 聚氨酯 > 氯化橡胶、高氯化聚乙烯涂层。

4）化工大气环境长效防腐对策通过实际环境试验结果可知，底涂层中喷涂层、富锌涂层耐蚀性能较好，面涂层中氟碳涂层耐候性耐蚀性最佳，其次为脂肪族丙烯酸聚氨酯；对工业大气环境钢结构提出如下长效防范措施，可以达到防护期为 6-10 年的目标。

表面处理：采用喷沙除锈，要求基体表面清洁度达到GB8923 中所规定的 Sa2.5 级。由于施工限制无法实行喷砂去锈的部位，可采用手工电动工具除锈，使其表面清洁度达到St3级。

底漆：采用环氧富锌底漆或无机富锌，干膜厚度 70-80μm；特别严酷环境可以采用金属喷涂层，包括喷铝、喷锌或喷锌铝涂层；中间漆：一般采用环氧云铁中间漆，干膜厚度 150μm，严酷环境可以采用环氧玻璃鳞片涂料，干膜厚度 150-200μm；面漆：采用丙烯酸聚氨酯或氟碳涂料面，干膜厚度 70-80μm；涂层体系干膜总厚度要求大于300μm。

5 结束语

化工大气环境的腐蚀是严酷的，腐蚀即造成资源和能源的浪费，还可能造成环境污染和生产安全，必须采取有效的防范措施；其钢结构的防腐宜采用重防腐涂层体系，包括底漆、中间漆和面漆的配套体系。防腐涂料是个半成品，其优异的防腐性能必须通过科学的防腐设计和科学的施工管理，才能制备出性能优异的防腐涂层，满足其防腐性能要求。