防腐涂料_(5)防腐蚀涂装的前处理

5 防腐蚀涂装的前处理

     将防腐蚀涂料均匀地涂布在被涂物表面使之形成连续、致密的保护性覆盖层(或涂层)的过程称之防腐蚀涂装。在不同的被涂物表面进行不同涂料的涂装，具有不同的工艺特点。在涂装工艺中，涂料的质量和性锸腔竦糜胖释坎愕幕础；而涂装技术、涂装工艺则是涂层质量的关键。也就是说，涂层的优劣在更大程度上取决于涂层的施工工艺与施工技术。随着防腐蚀涂料的推陈出新、涂布工艺技术的进步和现代化，防腐蚀涂装已发展成一项系统工程。在各种基材表面的涂装工艺技术中，涂装前基材表面处理对涂装后的涂层的质量起着非比寻常的作用，尤其是在防腐蚀涂装工程中。

5.1 涂装前的表面处理 

    为了获得与被涂物表面具有良好附着的耐蚀性能的涂层，必须根据被涂物的表面状态、所选择的涂料的性能要求及涂装工艺的要求在被涂物表面进行严格而必要的表面处理。这是因为任何材料在储存、运输、加工的工程中，其表面一定会附着一些污物、水分、锈斑、氧化皮等，这些杂质不被去除，就必然影响到保护性涂层与被涂物表面的分子间的粘结力。同时，残存在涂膜与钢材表面的氧化皮、锈蚀产物和污物幕岫酝坎愕谋；すδ芷鹌苹底饔茫形成涂层下的腐蚀现象，造成被涂物表面的涂膜与基底的过早剥离，使涂层的防腐功能失效。

    例如：钢表面的氧化皮是钢材在热轧时高温下形成的，由于其与钢材的膨胀系数并不相同，而且并不完整，因此在钢材热胀乃醯淖饔孟拢氧化皮的脱落是不可避免的。氧化皮的不完整还会造成钢表面产生小阳极大阴极的局部腐蚀，或诱发涂层下腐蚀。这些都会影响涂层的有效性和使用寿命，也使人们对涂装前的钢材的表面处理格外的关注。

    为了保证防腐层的涂装质量，延耐坎愕氖褂檬倜，在任何一种被涂物表面进行涂装作业，都必须进行涂装前的表面处理，无论是在金属材料表面还是在非金属材料表面。

5．1．1 表面预处理在防腐蚀涂装中的作用

    涂装的前处理是指涂装前为获得规定的表面清洁度和拿娲植诙龋对被涂物表面进行的机械和(或)化学的预处理过程。它是涂料施工的基础工序。涂装前的表面处理的作用如下。

    (1)可提高涂膜材料与表面的附着力

    (2)可提高涂料的润湿性

(3)增强涂层的耐腐蚀性能

5．1．2 表面预处理的内容和程序

    钢材的表面预处理应去除钢材表面的油脂、水分、污物、氧化皮、锈斑、旧涂层。非铁金属材料(有色金属)的表面处理与钢材一样，也要去除金属表面的油脂、水分、污物、氧化皮、锈斑，只不过所采用的表面处理的方法不同。非金属材料的表面处理如对水泥和混凝土结构物表面的处理，所要去除的仍然是油污、水分、旧涂层及水泥和混凝土表面的松散物，除此之外，还应对水泥或混凝土表面进行化学中和处理、干燥处理等。

    对于钢材表面预处理的程序一般为：

    ①除油或脱脂；

    ②除锈斑、氧化皮；

    ③表面的清洁和机械性污物，如粉尘、毛刺等的清除；

④表面的化学转化处理。

5．2 钢结构的表面预处理

5．2．1 脱脂(去污)

    钢结构物体在储存、运输中，或者在加工过程中，常常会与动植物油脂、矿物油脂接触，从而在钢结构物的表面存有油污。去除油污的方法有多种<利用各种溶剂清洗钢结构物的表面是去除油污的主要方法。除此之外，对于难于清洗的油污也常常使用化学反应或物理作用来处理。常用的脱脂方法如表5—18所示。

                     表5一18钢结构物表面的脱脂方法

    清洗的主要方法是浸渍式与喷淋式。碱液清洗、表面活性剂清洗和超声波清洗大多采用浸渍式，<渍式清洗时一般加温清洗液至60℃，并应有搅拌。其设备简单但占地面积大，处理时间长。

    上述清洗当使用喷淋方式时，可将清洗液的温度降低至40℃，还可将清洗处理的时间缩短到浸渍式的1／3—1／10。

    控制清洗液的温度以及避免使用高温强碱是脱脂工艺要注意的问题。

脱脂后的钢结构物表面，可采用水膜法或擦拭法来检查脱脂的质量。

5．2．2 除锈

    除锈就是去除钢铁结s物表面的氧化皮、铁锈产物等物质。常见的氧化物有氧化亚铁(FeO，灰色)、三氧化二铁(赤色)、水合三氧化二铁(Fe203·nH20，橙黄色)和氧化铁(Fe304·nH20，蓝黑色)。

    除锈的方法可采用化学法(酸洗)和物理方法(手工除锈、动力工具除锈、喷砂或抛丸除锈)两类。

    (1)酸洗除锈

    也称为化学除锈，是利用化学反应或电化学反应，溶解钢结构物表面的锈斑、氧化皮及各种腐蚀产物的一种除锈方法，但不能影响基底金属材料的性能。机酸或有机酸都可用于酸洗。

    为避免基底金属受到酸溶液的侵害，而产生腐蚀或氢脆现象，在酸洗溶液中常常加入缓蚀剂。一般认为缓蚀剂的分子与金属表面有很强的吸附能力，阻止了酸与金属的腐蚀反应的发生。除此之外还需要加入一些表面活性剂来缩短除锈的时间。

    化学除锈应随时调整洗液的浓度，控制洗液的温度、时间，以及适当的搅拌等，还应注意由于酸液挥发而对操作人员的身体健康的损坏等安全保健、酸洗车间的通风等事项。

    (2)物理除锈

    ①手工除锈   手工除锈是人们利用钢丝刷、刮刀、砂布等工具的除锈方法。方法简单，但劳动强度大、生产效率低、除锈质量差。因为该法只能去除钢结构物表面的较疏松的铁锈和与钢表面结合不牢的氧化皮，但对与钢表面)合力较大的氧化皮则无能为力。

    ②动力工具除锈人们使用以电动机带动或以压缩空气驱动的除锈工具，如：电动砂轮、电动刷等进行除锈作业的除锈方式。此法与人工除锈相比在一定程度上提高了除锈效率，但除锈的质量仍不理想，钢结构物表面无法获得表面均一的粗糙度和清洁状况。动力工具可以除去所有松散的氧化皮、锈斑和其他有害介质，也不能除掉与钢表面附着牢固的氧化皮和铁锈。

    ③喷射除锈  喷射除锈是以压缩空气为动力，将磨料以一定的速度喷向被处理的钢结构表妫以除去钢结构表面的铁锈、氧化皮及其他污物，并使钢结构表面获得～定的表面粗糙度的表面处理方法。

    喷射除锈可使用的磨料有金属磨料、非金属磨料两类，金属磨料包括铸铁、铸钢丸、钢丝段等；非金属磨料典型的有石英砂、石榴石、橄榄石等。石英砂是最常用的非金属磨料，适合于要求较高的钢结构物的除锈处理，但由于粉尘大、且消耗量也大，又会造成工人的矽肺，其使用已受到限制。

    喷射除锈又可分为喷砂除锈、抛丸除锈。喷砂除锈的方法又可分为：干喷砂、湿喷砂、真空喷砂等方法。各种喷射除锈方法的比较见表5一19。  

表5—19钢材表面喷射除锈方法比较

    喷射除锈系统应由空压机、配气系统、喷丸设备、磨料回收、通风除尘等几部分组成。典型的喷丸除锈系统的示意图如下：

    压缩空气应先经过油水分离器后进入配气罐，配气罐将一部分气输入喷丸缸，另一部分输入过滤器。喷丸缸内的铁丸在压缩空气的作用下，经导管进入喷枪，射l待处理的钢结构表面，喷出的丸粒经过在集丸坑内收集后回收处理，喷丸室内的灰尘、粉尘通过风机吸进除尘设备。

    开放式的喷砂除锈方式设备更简单，适合于野外的流动作业，但由于没有粉尘回收装置因此对环境的污染大、噪声高，尤其在使用石英砂时易使人患矽肺。

    湿喷砂是用很细的砂子和水混合成泥浆，在使用压缩空气将其喷出。该法可以克服干喷砂的缺点，不会产生粉尘的污染。还有一种湿喷砂的方法是利用专用的喷枪，使水和砂子分别进入喷嘴并在出口处汇合，高压空气将水和砂子高速喷出，水在砂子外形成水罩，防止了粉尘的产生，水中应加放缓蚀剂。

    抛丸除锈是利用抛丸机的叶轮在高速旋转时所产生的离心力和抛力，把磨料以很高的线速度射向待处理的钢结构物的表面，抛出的铁丸以一定的扇形区域作用在钢材的表面，并产生打击、磨削作用，可有效去除钢结构物表面的氧化皮、铁锈并使其脱落，同时使钢材的表面具有均一的粗糙度。不仅如此，抛丸除锈还可以强化钢材的表面，消除残余应力，是一种高效优质的表面处理手段，在钢结构物的表面预处理中广泛使用。

    影响喷射除锈效果的主要因素在于：空气的压力、磨料的种类、喷枪的口径及磨料的投射角度等。例如：磨料投射速度与距离可直接影响到表面的清理效率；而喷枪喷管的内径和长度、喷枪的出口压力等也是保证表面清理效率的关键。

④高压水喷射除p高压水喷射除锈是主要应用于工业领域、海洋工程、以及管道内修复工程中的相对钢结构物的表面除锈技术。美国腐蚀工程师协会(NACE)和钢结构涂装技术委员会(SSPC)制定了相对应的标准规范。在规范中根据所使用的高压水的压力，将高压水喷射除锈的使用场合进行了分类，并将除锈后p表面状态进行了分类。

5．2．3 磷化处理(化学转化膜)

    磷化处理是指使用化学或电化学手段，通过化学反应在金属表面形成一层难溶的、非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜的过程。所生成的薄膜也称为化p转化膜，或磷化膜。

    磷化处理是表面处理的手段之一，其目的就是在基体表面形成一种能改进基体表面活性的薄膜，并提高材料在腐蚀环境中的使用性能和使用寿命。除磷化膜外还有钝化膜等，有色金属的表面处理中常常使用此项技术方法，如锌和锌合金表面的磷化和氧化，镁和镁合金等。

在磷化处理前，金属必须除油、除锈。磷化时可采用铁、锰、锌、镉的正磷酸盐溶液，通过喷淋磷化、槽浸、涂刷和电化学磷化的方法，金属表面所生成的是一层不溶性保护膜，可提高金属的耐腐蚀性。这层磷化膜是针状烤В除可增强涂膜和金属的附着力外，还具有耐蚀性，可作为金属保护性涂层的底层。粉末喷涂中常常采用磷化膜打底。

    磷化处理的方法有常温磷化、热磷化、喷涂磷化和电化学磷化的方法。钢铁表面磷化后，在显微镜下观察可以看到致密的结晶层覆盖于金属的表面，这层结晶层使金属表面与环境隔离，而提高了金属的耐蚀性，同时又加大了金属表面的粗糙度，使涂层与磷化膜间的附着力增强。磷化膜一般厚度在5～10um，磷化膜的形成还可以提高金属的耐热性和电绝缘性。

由于磷化处理的设备简单、易于操作、成本较低，比较多地应用于碳钢的处理。磷化还可用于钢结构表面除锈后不能马上涂装时的表面防锈措施，或者与其他表面处理手段配合使用，作为防腐蚀涂层的底层。大型钢结构物的涂装工艺中常常使用。

5．3 非铁金属、混凝土的表面预处理

5．3．1非铁金属的表面预处理

    在工程上常常使用的非铁金属有：铝合金、锌合金、镁合金等。它们的表面处理与钢材相比既有相同的一面，也有不同的特点。主要包括两方面：其一是表面除锈，常常采用与钢结构相同的机械除锈的方法，目的也是为了获得必要3表面清洁度和粗糙度，但材质不同，处理的方法也有所区别。其二是非铁金属表面的氧化或化学转化，表面氧化或化学转化是为了提高金属表面的耐蚀性和对涂层的附着力。采用的方法有化学氧化法和电化学阳极化法。

    (1)铝及铝合金

    由于铝在化学上是非常活泼的金属，与氧在大气中很容易形成一层氧化物的薄膜。该膜具有一定的耐蚀性，但由于结构疏松、不均匀，因此直接在其上涂装则会造成涂膜的附着力差。工程上采用化学氧化或电化学氧化的方法，在铝及铝合金的表面形成一层化>转化膜。

   化学方法可采用酸性氧化、碱性氧化或磷酸一铬酸法；电化学氧化则常用阳极氧化法。

    (2)锌及锌合金

    随着对钢铁基底材料的耐蚀性能要求的提高，锌合金>工程上的使用日益广泛，有许多钢结构物要求在镀锌后再涂装，因此了解锌及锌合金的表面处理是很有必要的。

    锌及锌合金的表面比较平滑，与涂膜的附着力较差。而且涂料中的游离成分与锌的次生反应还会影响涂膜的固化性能。工程上采用磷化和氧化两种方法使锌及锌合金的表面产生转化膜。

用磷化处理后的表面会产生磷酸锌的致密薄膜；用铬酸盐氧化处理过的表面会形成耐蚀性很好的氧化膜。

5．3．2 水泥、混凝土结构物的表面处理

    混凝土是由水、砂石填充料经水化过程形成的建筑材料，与钢材不同，新浇注的混凝土表面呈碱性，与金属材料相比其机械强度要差很多，具有多孔性。因此，对于需要满足重防腐要求的场合，必须进行防腐蚀涂层的涂装，如：很多工程建筑如港湾、桥梁、污水处理系统、水利设施中的混凝土结构物等

    水泥、混凝土类结构物在进行防腐蚀涂装之前，也必须进行与钢材表面相类似的表面预处理。其中以喷砂和酸蚀手段为主，使混凝土表面清洁，并具有一定的表面粗糙度(或称之为打毛)。混凝土类基材防腐蚀涂装的表面处理应注意以下几点：

    ①水泥、混凝土底材必须经过充分的养护；

    ②由于水泥、混凝土是多孔结构物，因此在表面处理时应首先去除水泥、混凝土表面的任何疏松物质；

    ③应清除水泥、混凝土表面的油污或油脂；

    ④用粗磨料喷射混凝土的表面，使其表面被打毛，或者采用10％的盐酸刻蚀混凝土表面，使其变得毛糙，再用水将酸液冲净；

    ⑤严格控制混凝土表面的含水量，应在5％以下；

    ⑥混凝土表面的pH值应控制在10以下；

    ⑦混凝土表面的缺陷如：裂纹、坑、微孔等必须修复。