论钢结构的腐蚀与防护

2018-10-31 12:35:44 作者：宋海鸣来源：材料加工系阅览室分享至：

随着钢材的广泛应用，钢结构的腐蚀也不断引起相关人员的重视，钢结构的腐蚀给我们造成的不仅仅是经济上的损失，还有给人民安全带来隐患，所以接下来让我们一起探讨一下钢结构的腐蚀与防护问题。

一、钢结构腐蚀的类型和机理

l、大气腐蚀

空气中有足够的氧，因此空气中是否存在湿气决定了是否会发生腐蚀。在雨后以及有雾或有露水的情况下钢材表面是潮湿的，即使在无肉眼可见的湿气情况下，空中的水蒸气依旧会引起钢的腐蚀。故此，钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的，是一种常见的腐蚀现象。大气中水汽形成金属表层的电解液层，而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。

2、局部腐蚀

局部腐蚀主要包括缝隙腐蚀和电偶腐蚀，同时它也是钢结构中十分常见的一种破坏形态。当钢结构的不同结构件之间以及钢构件与非金属的表面间存在缝隙，而且有介质存在的时候就会发生局部腐蚀。所以局部腐蚀发生的条件为：首先必须存在具备腐蚀条件的缝隙，而且缝隙中要有液体；其次构件的缝隙宽度必须窄到可以使得液体在缝内停滞。钢结构最常见的缝隙腐蚀形式有铆接、衬垫和颗粒沉积等。由于这些缝隙在工程中是不可避免的，所以同样也无法完全避免钢结构的缝隙腐蚀。

3、应力腐蚀

因为钢结构既会受到腐蚀介质的作用，同时它也要承弯曲、拉伸、压缩乃至扭转等各种应力的作用。因此，钢结构中所采用的高强钢、低碳钢和低合金钢等材料极易在水介质中产生应力腐蚀。在具有腐蚀效果的环境中，假若钢结构受力则会使腐蚀速度加快。简单来说，就是在特定的介质中，如果钢结构不受到应力的作用则腐蚀效果微乎其微，一旦受到拉伸应力，在一段时间后构件则会突然产生断裂。因为这种由应力腐蚀而产生的断裂在事前并不会有明显的征兆。所以往往会造成无法估计的灾难性后果。例如，房屋建筑和桥梁的倒塌以及管道的泄露，带来巨大的人员伤亡和经济损失。

二、对钢结构腐蚀的控制

1、喷砂处理

这种表面处理方法是机械清除氧化皮和铁锈的重要手段之一，即用磨料粒子连续冲击表面。实现该过程有两种方法：（1）利用设备将一股在压缩空气流中的磨料通过适当的软管喷嘴传送至表面；（2）用叶轮通过离心力把磨料喷在表面上。后者需要相对大的固定设备，因而主要在工厂使用。压缩气体法也在工厂使用，但它主要是便携式的，因此也能够在现场使用。该方法的有效性取决于磨料在到达钢表面时的能量，这和磨料粒子的质量和速率有关。

2、火焰处理

火焰清理是一种常规的且能够与激光清理达到同样目的一种方法。其流程为：用氧乙炔焰或氧-丙烷炎将钢加热。由于氧化皮与金属的膨胀系数有所差异，故可使轧制氧化皮和其他氧化皮脱落。此外，还可以把存在铁锈中的水分处理掉。在经过火焰的一段烘烤后，即刻用线刷就能清除松散的残留氧化皮和铁锈。此方法也会残留一层粉末，因此也必须刷掉。该方法的清洁度等级一般被认为介于喷砂处理与手工处理之间，该方法用于维修而不是清理新的钢结构。

3、酸洗

在喷砂处理作为钢结构充分处理的有效方法之前，有时把工件浸入稀酸溶液中清除其上的铁锈与氧化皮，这种清洗方法被称为酸洗。时至今日，尽管该方法仍用于要进行热浸镀的钢材，但对于己经进行过涂料的结构钢来说，己经很少使用了。但它仍然是钢板与钢带清理的最常用方法，并且常作为连续处理工艺的一部分。

4、钢盐与锌盐磷化处理

许多用于建筑结构钢中较小的零部件、铝合金窗户以及某些用于商店门面的镀锌钢也是通过化学转化磷化处理，而后涂上一层有机粉末进行防护。使用的材料在大约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壳那样的传动式喷洗法。接下来在软水中进行热清洗，然后转移到含有磷酸铁或磷酸锌的溶液槽中，操作温度也在50至60℃之间。

5、其他创新方法

许多年来，人们一直在寻求一种喷砂处理的替代品，即使不能完全替代，但至少为在敏感区域获得高标准的清洁度提供一种选择和有效的方法。当然，在理想情况下，该方法不应增加废物处理的问题。例如制冷喷砂处理，激光清理以及海绵介质喷砂处理等。

三、对钢结构的防护

1、涂料和涂层

涂料和涂层的差别非常的明显，前者是液态材料，而后者是指钢结构表面的保护膜。如果采用的涂装技术较差，液体涂料在钢结构上干燥成膜后，就会失去很多本来应有的功能。

涂层必须具备合适的硬度性能以及被重新涂盖的能力。但是，最重要的是涂料应具有在特殊条件下能够对材料进行保护的功能。而且涂料自身必须满足一定的技术要求，其中包括涂装方法的简易度、一定的可储存寿命、较快的干燥性以及能使人接受的合适价格。而涂料则基本上是由固体的颗粒分布在液体中而形成的。当涂料被混合后再涂于钢件上时，液体涂料则会逐渐干燥并且把颜料粘结起来成为致密的固化膜，故这样的液体被称为粘结剂。但是实际上来说，涂料一般都保护有助于提高涂料施工以及其他性能的辅助材料。时至今日，人们研究了现代涂料并获得了更好的性能。然而，只有在充分考虑了能够满足表面处理、涂装涂料以及选择适合于特定条件的涂料因素后，才能使涂料的性能得到提升。

2、金属镀层

在大多数情况下，有色金属要比碳钢的耐腐蚀性好得多，但是有色金属的价格较为昂贵。而且在一些场合下，有色金属的力学性能并不能满足要求。所以，在钢表面镀上有色金属，则可以将两者的优点兼顾。用锌保护钢制品距今已有上百年的历史了，而且其他金属镀层也很常见，例如用镀锡铁皮制作成罐头盒等。金属镀层也被运用与装饰和工程应用，例如坚固的墙面。但这些工艺不属于钢结构的腐蚀防护，故暂且不提。

铝和锌是最常用来使建筑钢制品具有防腐蚀性的金属。而锌的使用则更为广泛。并且在某些特定的场合也使用一些其他金属作为钢的镀层，但是这些金属在钢制品的防护镀层中并不常用。在钢上涂镀其他金属可以使用很多方法，其中包括等离子溅射和真空镀膜等。而对于钢结构和建筑部件，无外乎有以下四种方法：热浸镀、喷镀、电镀以及扩散镀。其中热浸镀和喷镀是作用于结构件，而电镀和扩散镀则用于较小的零件盒部件。还有一些方法是用于保护钢制品的特殊部位，特别是焊接重叠处和包裹处。虽然这种方法没有上面的四种方法常用，但可用于某些侵蚀的状态。

3、其他防护方法

虽然大多数钢制品是用涂层或镀层来防止腐蚀的，但还有其他方法，特别是阴极保护法。作为一种钢制品的防腐蚀方法。阴极保护的应用虽然是有限的，但它被用于许多重要构件，尤其是靠近海洋的钢结构，故它也是一种重要的防护方法。

四、结语

钢铁作21世纪最重要的结构材料，凭借其优异的性能应用于国民经济的各个领域。但由于金属腐蚀这一普遍现象的存在，而导致钢制品的腐蚀。从而所带来的巨大经济损失。故此，通过深入研究钢结构的腐蚀类型，从而积极研究并开发出。

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责任编辑：韩鑫

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