海洋环境下钢结构件涂层体系的选择

夏锡瑞

（中国电力工程有限公司，北京 100048）

进入21世纪，随着工业化的发展，能源危机日益加剧，环境压力日趋严重，已影响到人类的生存环境。开发海洋、利用海洋资源已成为沿海国家的共识，如：沿海火电、核电、海油钻井平台、海上航行舰船及其他沿海工业，几乎包括了所有工业设备及其管网。这些设施面临着严酷的海洋环境，设备中各种金属构件，机器设备腐蚀严重，经实验实践表明，一般的金属、合金材料难以有效抵抗海洋环境的腐蚀破坏并由此造成重大损失和事故[1-3]。采用有机涂层和复合涂层防护是一种有效、价廉并可定期维护的防护方法。钢铁结构件要使涂层材料对其达到良好的防护效果，采取合适的涂装材料和严格的工艺方法就成为主要因素[4-5]。文中针对这一问题进行了详尽的叙述。

防蚀涂层体系通常要求多层组合，方能满足使用要求。涂层体系中不同组分起着不同作用，通常要达到防海水、气体渗透的屏蔽作用。防涂料起泡、起皮、脱落。

1 底涂层

钢结构物许多部件的生产，首先在车间制造然后在现场拼装，中间有一段时间间隔。为防止部件的腐蚀，一般先进行预涂车间底漆保护。另外由于一些大型结构物的制作工程期较长，一般构件均预涂底漆加以防护[6]。表1列出了车间底漆性能比较。

表1中的磷化底漆是一种高效的金属表面预处理剂，其中含有的磷酸对金属基体有轻微的腐蚀作用，可增加金属基底的粗糙度使其有良好的附着力。由于金属铬对人体的有害作用，通常使用不含铬的磷化底漆。表1中的磷化底漆用于钢铁和有色合金构件，尤其适用于在海洋大气和湿热条件下的钢构件。表1中的环氧富锌底漆中含有电位较负的锌，在电化学腐蚀环境中，锌会被腐蚀牺牲掉，而对钢铁起到阴极保护作用。同时由于环氧树脂的作用，耐蚀性有进一步提高。由表1中可见，含锌底漆耐蚀性远高于其他底漆，前者室外防蚀期为6～9月，耐电位性为优，后者仅为3～4月。环氧无锌漆当作底漆使用时耐蚀性稍差。海洋腐蚀是包括电化学在内的综合腐蚀环境，耐电位性就成为一个衡量材料耐蚀性的主要指标。由表1可见环氧富锌底漆和无基富锌底漆的耐电位性均为优。环氧富锌底漆主要用于沿海电站、跨海大桥、海洋平台、输油输气管网等。从表1中还可见，环氧富锌底漆与其他材料的配套适用性是最好的（除油性类），是目前在严酷的海洋环境中广泛使用的底漆。

表1 车间底漆性能比较

2 面涂层

结构物根据所处海洋区带不同，对涂层的要求侧重点有差异。在水线下部，对面涂层来讲应有很好的抗水渗透能力。在这种远大于海洋大气的腐蚀条件下，环氧涂料是应用最为广泛的涂料。海洋环境下常用品种为环氧沥青漆、厚膜性环氧沥青漆、重防腐涂料等。在大气暴露的环境下，涂层应具有抗紫外光老化的能力。有些水下结构物需要进行防海生物污损的面涂层涂装。另外，有些海生物的附着还会破坏船体的有机防腐涂层。管道内如附有海生物会堵塞管道，影响设备正常运行，还需选择防污面涂层。实验表明抗水渗透能力由醇酸→酚醛改性醇酸→氯化橡胶→环氧→煤焦环氧依次增强，抗紫外线老化能力依次由聚氨酯树脂→有机硅树脂→氟树脂依次增强，可由此确定面漆的选择。由于环氧树脂结构式中苯环及醚键而易受日光中紫外线的照射而破坏，因此环氧类涂料耐候性较差不适于海洋大气。在海洋大气条件下需要考虑抗紫外线防老化的涂料。通常是聚氨酯类和有机硅树脂。氟树脂是最理想的抗紫外线涂料，但其价格昂贵非特殊条件下不宜采用。聚氨酯类是应用广泛的耐候性涂料，如舰船的上层建筑甲板、钻井平台等非水下部分适用的商品涂料为：聚氨酯清漆、聚氨酯工程漆、聚氨酯防腐漆、聚氨酯环氧沥青防腐涂料等[7-9]。

3 复合防护层体系

海船所处的使用环境恶劣，几乎处于所有的海水腐蚀区域，如：海洋大气、飞溅、全浸、生物腐蚀以及海水的中高速冲刷等。船体防护采取涂装具有很强的代表性和通用性[10-13]，以其为例进行复合防护介绍。

3． 1 水下

由于船体常浸于海水中，受到流动海水冲刷，海生物附着，要求涂层抗海水渗透性好，防污。

底涂层：环氧富锌、无机富锌。中间层：环氧云铁、环氧焦油云铁、环氧玻璃鳞片。防污漆：白抛光防污涂料。最佳配套：无机富锌（60 μm）/环氧薄雾状漆（30 μm）/环氧焦油云铁（200 μm）/无锡白抛光漆（250 μm）.

3.2 水线间断浸于海水

受海浪冲蚀，海生物附着，要求涂层，抗海水渗透性好，有一定机械强度。

底漆：环氧富锌、无机富锌。中间漆：环氧沥青、环氧云铁、聚氨酯漆。防污漆：白抛光防污涂料。最佳配套：无机富锌（60 μm）/环氧薄雾状漆（30 μm）/环氧云铁（240 μm）/无锡白抛光漆（200 μm）.

3.3 水线上

船体受海水雾气腐蚀，阳光紫外线老化。要求涂料耐蚀、耐侯。

底漆：环氧富锌、无机富锌。中间漆：环氧云铁、环氧玻璃鳞片、氯化橡胶、乙烯类漆。面漆：氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯。最佳配套：无机富锌（60 μm）/环氧云铁（160 μm）/丙烯酸聚氨酯（80 μm）.

3.4 上层建筑

受海洋大气腐蚀，阳光紫外线老化。要求涂料耐蚀、耐侯。

底漆：环氧富锌、无机富锌。中间漆：环氧云铁、氯化橡胶、乙烯类漆。面漆：氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯。最佳配套：无机富锌（100μm）/环氧云铁（160 μm）/丙烯酸聚氨酯（80 μm）.

3.5 甲板

受海水冲刷、海洋大气腐蚀，紫外光老化。要求涂料耐蚀、耐侯、耐磨。

底漆：环氧富锌、无机富锌。中间漆：环氧金刚砂、环氧云铁、弹性聚氨酯。面漆：改性环氧漆、聚氨酯漆。最佳配套：环氧富锌（100 μm）/环氧富铁（100 μm）/弹性聚氨酯（100 μm）.

3.6 船舱

受海水、潮气腐蚀。涂层要求抗海水、抗潮气腐蚀。

底漆：环氧富锌、无机富锌。中间漆：环氧沥青云铁、环氧云铁、氯化橡胶。面漆：环氧漆、氯化橡胶。

同时在涂层维护设计时要充分考虑涂层复涂性能[6]，见表 2.

表2 涂料间的复涂性能

在涂装体系选择时，还应从保护环境的目标出发，多选用与环境友好的涂层体系。涂膜厚度是影响保护层寿命的主要因素之一，在海上要维持长期稳定的防蚀性，应采取重防腐涂层，厚度必须在250 mm以上。

4 结 论

1）在大气、飞溅、全浸海洋环境不同区域，对涂层体系的选择要求为；海洋大气环境下主要考虑涂层材料的耐候性。飞溅区主要考虑涂层材料的耐候性、抗渗透性、及电化学腐蚀。全浸区主要考虑涂层材料的电化学腐蚀和抗渗透性。

2）聚氨酯类涂料主要用于大气和飞溅区腐蚀。环氧类涂料主要用于全浸区腐蚀。

3）聚氨酯类涂料、环氧类涂料和其他材料的合理搭配组成复合涂层可用于各种海洋环境腐蚀并获得良好的防护效果。