镀锌波纹板腐蚀与有机涂层配套设计探讨

邝雷 蔡晓旭 周军 徐正斌

摘 要：文章论述了为进一步提高镀锌波纹板的耐腐蚀期限，采用有机涂层是最有效、最经济、最适用的方法。本文先介绍了影响镀锌波纹板的腐蚀因素及涂层的防腐蚀机理，然后依据ISO 12944-2设计了合适的防腐涂料及配套体系并进行试验论证。指出镀锌波纹板涂层中增加具有屏蔽作用的中漆后，具有良好的防腐蚀性能，满足苛刻的腐蚀环境要求。

关键词：镀锌波纹板；腐蚀因素；涂层防腐蚀机理；涂层配套设计；盐雾试验

1. 前言

镀锌波纹板是指表面镀有一层锌的钢板，其表面的金属锌可以起到一定的防腐作用。常规的表面镀锌有冷镀锌和热镀锌两大类，目前港机产品机房围棚较多采用镀锌的波纹板，此板是用镀锌的薄板压制而成。由于镀锌薄板是流水线方式进行镀锌，而且镀层太厚会导致压制过程中镀锌层破坏，因此一般镀锌层都很薄。这种镀锌波纹板，在潮湿特别是盐雾的环境中易发生腐蚀，使其表面形成白色的腐蚀产物或变成灰暗色，影响了镀锌波纹板的外观质量和镀锌层的抗蚀性。为了进一步提高镀锌波纹板的耐腐蚀性能，几乎所有镀锌波纹板都采用表面覆涂有机涂层的方法，而有机涂层亦是镀锌波纹板防腐最有效、最经济和最普遍的方法之一。但研究发现单靠镀锌波纹板锌层和传统的涂层配套是达不到理想防腐效果。如某码头采用传统的涂层配套在使用未满5年后发生腐蚀的情况（见图1）。为此，根据目前镀锌波纹板的锌层厚度情况，结合锌层表面原有的传统的涂层配套，通过变更相关的涂层配套及其试验，寻求符合产品防腐耐久年限要求的镀锌波纹板有机涂层配套。

图1 未满5年镀锌的波纹板发生腐蚀

2. 镀锌钢板腐蚀的因素

港机产品所处的潮湿盐雾环境是造成镀锌波纹板锈蚀的主要原因。经调查发现其腐蚀问题主要来自于如下几个方面：

（1） 潮湿造成的腐蚀。沿海地区大气中夹杂的大量盐类颗粒和氯化物，很容易黏附在漆膜表面，特别是NaCl、MgCl等氯化物，具有很強的吸湿性，在空气湿度较大的情况下，极易在涂膜表面形成水膜，由于水的溶解作用，这层水膜实质上是一层含有溶解盐的电解液膜。这层电解液膜对漆膜具有较强的腐蚀性。而沿海地区大气的盐含量很高，会加速表面液膜的形成。同时氯离子本身又具有很强的侵蚀性，它是形成点蚀的主要因素。点蚀一旦形成，镀锌波纹板就会很快腐蚀。因而沿海大气的高含盐量对镀锌波纹板有机涂层漆膜的破坏起到主要作用。

（2）表面处理及施工不当。如波纹板表面有油污、灰尘，焊道表面处理不干净等，以及涂料施工时或涂层固化时的参数不符合相关要求，这些均易造成锈蚀。

（3）风沙侵蚀。沿海地区通常会受到海风和亚热带季风的侵袭，常年风力较大，风携带港口附近的海沙、露天堆放的矿砂对表面涂层的常年高速冲击，造成对漆膜的机械磨蚀，使涂膜变薄，直至失效。

（4）有机涂层配套设计方案不佳。如传统的涂层配套：环氧底漆（50μm）+聚氨酯面漆（50μm）。

（5）未及时定期维护。镀锌波纹板腐蚀分为均匀腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀这3种类型。特别要注意的是点蚀及缝隙腐蚀。点蚀会随着时间的增加不断地往纵深处腐蚀；缝隙腐蚀常发生在焊缝或连接部。点蚀及缝隙腐蚀因不易察觉而常会被忽略维护。

依据ISO 12944-2：1998（见表1）对镀锌波纹板所处区域的大气腐蚀环境进行腐蚀等级判定，并依据镀锌波纹板预期寿命（见表2）设计合适的防腐涂料及涂装体系。

3. 有机涂层防腐蚀机理

有机涂层之所以能对镀锌波纹板进行防腐蚀保护来自于有机涂层对环境介质具有良好的屏蔽作用，可以阻止或抑制侵蚀性粒子、水、氧和离子透过涂层，使腐蚀介质与镀锌波纹板隔离。

此外，很多涂层通过在颜填料中加入缓蚀性物质或牺牲阳极型物质来进一步提高耐蚀性。

有机涂层与镀锌波纹板之间的良好黏合力也对防止镀锌波纹板腐蚀有一定的作用。

以上的各种机理综合起来，从而使有机涂层可以全面抑制腐蚀反应的发生和发展。

在镀锌钢板升的有机涂层的防腐作用可以通过下图2进行表述。

图2 密闭的涂层系统能有效保护镀锌波纹板表面

从涂层对镀锌波纹的防腐蚀基本理论得出：密闭的涂层系统提供惰性的屏蔽层保护镀锌波纹板表面，通过底漆组份中的主要成膜物质与镀锌波纹板表面形成牢固的粘附力，以及中层漆减慢水份通过，而形成对镀锌波纹板表面的屏蔽效应，达到防腐保护效果。

4. 有机涂层配套的涂装设计

目前，有机涂层的涂装设计可参考2个标准，一个是ISO 12944-1998，另一个是ISO 20340-2003。

ISO 12944-1998 Paints and varnishes — Corrosion protection of steel structures by protective paint systems，是国际标准化委员会关于钢结构重防腐涂料防腐蚀保护标准。它有8个章节，其中ISO 12944-2是关于腐蚀环境的定义，完全适用于镀锌波纹板有机涂层，如在C5大气腐蚀环境条件下，暴露1年后，低碳钢损失650～1500g/m?，锌层质量损失30～60 g/m?，相当于膜厚损失4.2-8.4μm，若发生点腐，局部膜厚的损失将会更大。又如ISO 12944-5中，详细规定了重防腐涂料涂装配套方案以及腐蚀环境、使用寿命和漆膜厚度的关系。即热浸镀锌钢材在C5环境中的有机涂层配套总干膜厚度至少要≥160μm。

标准指出，涂装配套系统的中期耐久性年限为5～15年，但在实际的操作过程中，我们必须综合考虑产品的使用环境、耐久性年限的要求，进行产品涂层配套的设计。

同时，必须澄清，在ISO 12944标准中，耐久性不是商业上的担保时间，而是指配套涂层达到第一次大修前的时间，此时涂层状态达到ISO 4628-3的Ri3级，锈蚀面积为1%。除使用寿命外，这些定义和范围均适用于镀锌波纹板有机涂层配套。