水工钢闸门的腐蚀危害与防腐蚀设计

□张志军（河南省白龟山水库管理局）

0 引言

钢铁腐蚀引起的危害是非常严重的，全世界每年约有10%的钢铁因为腐蚀而成为废铁，大约30%的机械设备因此而损坏，由钢铁腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的2～4%。长期以来，人们不断地探索各种有效的方法，尽可能地降低钢铁腐蚀所带来的危害。文章就水工钢闸门的腐蚀危害与防腐蚀设计进行探讨。

1 水工钢闸门的腐蚀环境

水工钢闸门长期在阴暗潮湿、高速流水、干湿交替、风浪腐蚀环境下工作，其表面普遍会产生不同程度的腐蚀，随着现代工业的发展，还有大量的工业废水和生活污水非法排入河道及水库，使地表水系遭到严重污染，生态环境严重恶化，水体中酸、碱、盐等腐蚀性强的污染物含量增大，加快了水工钢闸门的腐蚀速度。据国家有关部门统计，水工钢闸门在淡水环境中的平均腐蚀速度为0.02~0.04mm/s，而实际上很多水工钢闸门的腐蚀速度远大于此。

2 腐蚀对水工钢闸门的危害

水工钢闸门是水工建筑物的重要部分，水工钢闸门腐蚀轻者容易引起止水不严，启闭不灵活等，重者会使闸门失事或不能启闭，会给下游群众生命财产造成极大危害。因此，为了水工钢闸门的安全运行，延长其使用寿命，应每隔7-10年对其进行一次防腐蚀处理，使其始终保持最佳安全运行状态。

3 水工钢闸门的防腐蚀设计

3.1 水工钢闸门的表面处理

对水工钢结构进行防腐蚀之前，应对基体表面进行除锈，其标准达到GB8923-88中Sa3级：钢材表面应无可见的油污、污垢、氧化皮、铁锈和油漆层等附着物，该表面应显示均匀的金属光泽。一般采用喷砂（石英砂）除锈的方法，喷射用磨料要干燥，无油污，清洁无杂物。

喷砂除锈施工工艺参数如下：

环境温度>5℃；空气湿度不宜超过85%；基体表面温度>露点温度3℃；喷砂距离100~300mm；喷砂角度60~70°；空气压力0.50~0.70MPa；砂粒大小1.00~2.50mm；喷砂嘴孔径8~15mm；砂枪移动速度以保证质量为原则。

3.2 金属热喷涂防腐蚀

金属热喷涂是利用热源将金属材料熔化、半熔化或软化，并以一定的速度喷射到基体表面，形成涂层的方法。金属喷涂从材料进入热源到形成涂层，一般经历4个阶段：加热熔化阶段→熔滴雾化阶段→雾滴飞行阶段→强烈碰撞阶段。金属涂层的形成过程：碰撞→变形→凝固→收缩。

根据以往类似工程的施工经验及防腐蚀效果，水工闸门防腐宜选用锌丝作为金属喷涂材料,锌涂层厚度≥100um。锌是一种银白色的金属，具有金属光泽，密度7.14 g/cm3，熔点419.50℃，锌的电极电位较低。锌在大气及中性水溶液中，其表面会逐渐被氧化，生成一层致密的保护膜，具有优良的耐腐蚀性能。

目前用于金属喷涂的热源主要有燃气和电，主要的喷涂类型有丝材火焰喷涂和电弧喷涂。

丝材火焰喷涂通常是采用氧气-乙炔燃烧火焰做热源。对喷涂材料的加热熔化和雾化是通过线材火焰喷枪（俗称气喷枪）实现的。喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气和压缩空气，乙炔和氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰。喷枪内的驱动机通过送丝滚轮带动线材连续地通过喷嘴中心孔送入火焰，在火焰中被加热熔化，压缩空气通过空气帽呈锥形的高速气流，使熔化的材料从线材端部脱离，并雾化成细微的颗粒，在火焰及气流的推动下，喷射到经过预处理的基材表面形成涂层。

电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，利用其端部产生的电弧作热源来熔化金属，用压缩气流雾化的热喷涂方法。端部成一定角度（30~60°）的连续送进的两根金属丝，分别接直流电源的正、负极。在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，接触点产生高热，使得在两根金属丝间产生电弧。在电源的作用下，维持电弧稳定燃烧。在电弧发生点的背后由喷嘴喷射出的高速气流（通常是压缩空气），使熔化的金属脱离并雾化成颗粒，在高速气流的推动下喷射到经过预处理的基材表面形成涂层。

金属喷涂施工工艺参数如下：

空气湿度不宜超过85%；乙炔压力0.08MPa；空气压力不低于0.50MPa；氧气压力根据施工进行调整；送丝速度根据施工进行调整；喷涂距离100~150mm；喷涂角度不能>45°，一般为60~90°;喷枪和工件移动速度一般为7~18m/min。

3.3 封闭处理

金属喷涂涂层的孔隙率可以从小于1%到大于15%,孔隙有连贯和不连贯的，有的涂层孔隙互相连接并且从表面延伸到基体。封孔作为一种后处理方法，以填充这种孔隙，防止或阻止腐蚀介质浸入到基材表面。

选择封闭涂料要适应环境，在所用环境中不会发生腐蚀、溶解、溶胀的现象。要便于施工，选用常温固化的材料，否则无法施工。来源要方便，必须在施工当地容易采购到，否则难以保证。

封闭涂料的设计方案一:环氧富锌底漆2道,环氧云铁2道,氯化橡胶2道。方案二:氯磺化聚乙烯底漆3道,氯磺化聚乙烯面漆2道。

封闭涂料的施工可采用刷涂、辊涂或喷涂等方法。施工环境温度以<30℃为宜，相对温度≤85%，被涂基体金属表面温度应高于露点3°以上，材料温度高于60℃时，不得进行涂装，遇雨、雾、大风天气不得进行施工。

3.4 金属喷涂层的缺陷与原因

熔融颗粒粗大，涂层中甚至出现一段段未熔化的丝材。原因是雾化气体的压力和流量不均匀；送丝速度快。

涂层剥离。原因是喷涂前的基体表面处理不符合要求，喷涂工艺规范选择不当，喷嘴与基体表面距离太远，喷涂角度太小，涂层太厚，基体预热温度不当。

涂层龟裂。原因是涂层的过热现象。在喷涂过程中，由于喷涂距离太近或喷枪与工件的相对移动速度太慢，而引起了涂层过热现象，一旦涂层冷却后，其表面便会出现龟裂现象。电流过高、粉末材料中含有较多的热裂冷碎元素硫和磷、剧冷及涂层厚度不均匀，都会出现局部龟裂现象。

涂层致密度低。原因是喷涂距离太远，使涂层中氧化物增多造成的。等离子喷涂中粉末粒度不均匀，造成细粒度粉末易氧化和烧损，降低了涂层的致密度等。

4 结语

金属喷涂防腐蚀技术是世界上迄今为止对大型及重要钢结构防腐蚀处理的最好办法，可以长期有效地保护钢结构，特别是水工钢结构。白龟山水库结合实际情况，于2012年8月，对腐蚀较严重的南干渠渠首闸检修门实施了金属喷涂防腐蚀处理，效果非常明显，目前运行比较良好。