陰極保護(hù)與涂層

一、涂層檢測方法常規(guī)檢測方法，一般是將涂層試樣或?qū)嶋H儲罐放置在一定的腐蝕條件下，經(jīng)過一段時間后，用目測的方式檢查涂層對腐蝕介質(zhì)所表現(xiàn)出來的反應(yīng)，如銹蝕、氣泡、脫落等，并根據(jù)此反應(yīng)分析評價涂層耐腐蝕性能。根據(jù)不同的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件，常規(guī)檢測主要包括物理性能測試、機(jī)械性能測試、化學(xué)浸演加速試驗(yàn)I等多種方法。物理性能測試主要是研究涂層的物理性能，包括外觀、粘度、細(xì)度、固體分含量等。機(jī)械性能測試主要研究涂層力學(xué)性能的變化規(guī)律，指標(biāo)參數(shù)包括硬度、附著力、柔韌性、沖擊強(qiáng)度等。根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測定漆膜的機(jī)械性能，參照標(biāo)準(zhǔn)有：《漆膜硬度測定法》，《漆膜附著力測定方法》，《漆膜耐沖擊性測定法》及《漆膜柔鑰性測定法》等化學(xué)浸漬加速試驗(yàn)是將涂層試樣放置在一定的腐蝕條件下，經(jīng)過一段時間后，觀察涂層對腐獨(dú)介質(zhì)的反應(yīng)，如繡蝕、起泡、剝離等，常規(guī)的化學(xué)浸漬加速試驗(yàn)包括耐鹽霧試驗(yàn)、耐濕熱試驗(yàn)、浸泡試驗(yàn)等。耐鹽霧試驗(yàn)是將試樣放置在鹽霧條件的試驗(yàn)箱中，設(shè)置溫度為35±2°,試驗(yàn)箱中噴霧濃度為5%Nacl［溶液，定期檢查涂層基體的腐蝕、涂層起泡情況。參照標(biāo)準(zhǔn)：《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測試》。鹽霧試驗(yàn)的咸濕環(huán)境能夠很好地模擬沿海設(shè)備、船艦等腐蝕，該試驗(yàn)結(jié)果對涂層耐腐蝕性能的評價和預(yù)測設(shè)備的使用壽命具有十分重要的意義。耐濕熱試驗(yàn)是將試樣放置在濕熱箱中，一般設(shè)置溫度為(47±1)℃,濕度為96±2%定期觀察涂層表面失光、起泡、脫落等基本腐蝕情況，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《漆膜耐濕熱測定法》判定涂層在一定時間的失效等級，用此粗略評價涂層耐腐蝕性能的好壞。浸泡試驗(yàn)是在一定試驗(yàn)條件下，將試樣直接浸泡在腐蝕介質(zhì)中，浸泡一段時間后，觀察涂層表面是否有失光、變色、起泡等形態(tài)，并檢驗(yàn)涂層破壞所需的腐蝕時間，根據(jù)腐蝕時間及試樣表面腐蝕形態(tài)對涂層進(jìn)行評價。浸泡試驗(yàn)分為耐酸堿試驗(yàn)、耐水試驗(yàn)以及各種有機(jī)溶液試驗(yàn)，參照標(biāo)準(zhǔn)有《色漆和清漆耐液體介質(zhì)測定》。交流阻抗譜法(因只施加很小的擾動信號，不會對試樣體系造成不可逆的影響，并可以測量涂層電容，電阻，涂層與金屬界面雙電層電容、反應(yīng)電阻等有關(guān)電化學(xué)參數(shù)，因此,交流阻抗譜法是研究金屬涂層體系主要方法之一。涂層的硬度是指涂層抵抗壓力而引起涂層表面層塑性變形的能力實(shí)質(zhì)上，硬度是用來反映涂層表面層抗刻劃性、耐磨性及抗壓的能力。涂層硬度兩種指標(biāo)為擺桿硬度和鉛筆硬度。擺桿硬度用玻璃硬度作參比，鉛筆硬度宜接在涂層表面刻劃。本文研究擬采用擺桿硬度測試法。涂層的附著力，又稱涂層的粘附力。實(shí)質(zhì)上，附著力是漆膜與金屬基材之間的結(jié)合力的量度，該力受金屬基體的表面粗糙度、材質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等影響，它是涂層與金屬基體之間表面物質(zhì)的分子間作用力大小的體現(xiàn)。涂層的附著力包括涂層與金屬之間的粘附力和涂層內(nèi)部自身的凝聚力。這兩方面的作用力是涂層防護(hù)體系中必不可少的。附著力測定一般采用圓滾線劃痕法。涂層的抗沖擊性，又稱沖擊強(qiáng)度，是指涂層受外界沖擊負(fù)荷時吸收能量的能力。實(shí)質(zhì)上是涂層在高速重力作用下發(fā)生快速變形而不出現(xiàn)開裂或涂層從金屬基體上脫落的能力?？箾_擊性測定是以一定重量的小球落在涂層試樣上，涂層沒有破壞的最大高度，通常表示為kg?cm。該值越大，說明其抗沖擊強(qiáng)度越高。環(huán)氧玻璃麟片底漆和環(huán)氧富梓底漆。將測試玻璃板涂層朝上，放置在水平工作臺上，然后慢慢降落擺桿到玻璃板上，調(diào)整標(biāo)尺零點(diǎn)與靜止時位置處于同一垂直位置。然后將擺桿拉起并停在偏轉(zhuǎn)為5.5°的位置，松開擺桿，當(dāng)擺桿擺至5°開始計(jì)時，記錄擺幅由5°減小到2°所需要的時間。為減少實(shí)驗(yàn)誤差，同一塊玻璃板至少取3個不同位置，記錄每次所需的時間，并取平均值。按照公式（3?1）計(jì)算涂層硬度：x=%。 ⑺）式中X—涂層硬度；，一擺桿在涂層表面上從5°擺至2°的時間，s；1。一擺桿在玻璃板表面上從5°擺至2°的時間，s。二、陰極保護(hù)與涂層陰極保護(hù)是一種用于防止金屬在電介質(zhì)（海水、淡水及土壤等介質(zhì)）中腐蝕的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是對被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程就會得到有效抑制。根據(jù)提供陰極電流的方式不同，陰極保護(hù)又分為犧牲陽極法和外加電流法兩種，前者是將一種電位更負(fù)的金屬（如鎂、鋁、鋅等）與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物電性連接，通過電負(fù)性金屬或合金的不斷溶解消耗，向被保護(hù)物提供保護(hù)電流，使金屬結(jié)構(gòu)物獲得保護(hù)。后者是將外部交流電轉(zhuǎn)變成低壓直流電，通過輔助陽極將保護(hù)電流傳遞給被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物，從而使腐蝕得到抑制。不論是犧牲陽極法還是外加電流法，其有效合理的設(shè)計(jì)應(yīng)用都可以獲得良好的保護(hù)效果。陰極保護(hù)和涂覆層的聯(lián)合應(yīng)用，可以使地下或水下金屬結(jié)構(gòu)物獲得最經(jīng)濟(jì)和有效的保護(hù)。良好的涂覆層可以保護(hù)構(gòu)筑物99%以上的外表面不受腐蝕，地下或水下的金屬結(jié)構(gòu)物通常在使用前涂覆防護(hù)涂層用以將金屬與電介質(zhì)環(huán)境電絕緣隔離。如果金屬構(gòu)筑物能夠做到完全電絕緣隔離，金屬在電介質(zhì)中的腐蝕電池的形成將受到抑制，腐蝕電流將無法產(chǎn)生，從而防止金屬的腐蝕。然而，完全理想的涂覆層是不存在的，由于施工過程中的運(yùn)輸、安裝及補(bǔ)口，熱應(yīng)力及土壤應(yīng)力、涂層的老化及涂層微小針孔的存在，金屬結(jié)構(gòu)物的外涂層總會存在一些缺陷，而這些缺陷最終將導(dǎo)致金屬的局部腐蝕產(chǎn)生。陰極保護(hù)技術(shù)和涂層聯(lián)合應(yīng)用則可以有效解決這一問題。一方面陰極保護(hù)可有效地防止涂層破損處產(chǎn)生的腐蝕，延長涂層使用壽命，另一方面涂層又可大大減少保護(hù)電流的需要量，改善保護(hù)電流分布，增大保護(hù)半徑,使陰極保護(hù)變得更為經(jīng)濟(jì)有效，對于裸露或防腐涂層很差的地下或水下金屬構(gòu)筑物，陰極保護(hù)甚至是腐蝕防護(hù)的唯一可選擇的手段。陰極保護(hù)的費(fèi)用通常只占被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物造價的1%?5%,而結(jié)構(gòu)物的使用壽命則可因此而成倍甚至幾十倍地延長，因此，這項(xiàng)技術(shù)得到人們的普遍認(rèn)可，并已在船舶、港工設(shè)施、海洋工程、石化、電力、市政等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，前景十分廣闊。涂層一般涂覆大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮差區(qū)，全浸區(qū)和海泥區(qū)一般用陰極保護(hù)（犧牲陽極或外加電流）。原因是陰極保護(hù)的效果足夠好（海水的電導(dǎo)率很高，如果保護(hù)土壤中的管道，常常是涂料結(jié)合陰極保護(hù)）。當(dāng)然，業(yè)主或設(shè)計(jì)單位要求全部涂，可以把涂料延伸到全浸區(qū)和海泥區(qū)（沒有標(biāo)準(zhǔn)說一定不能或能把涂料使用在這些區(qū)域）。陰極保護(hù)使用的場合較多，它通常由一個電源變壓器和一個橋型整流器組成。陰極保護(hù)的電壓是可以調(diào)節(jié)的，使用的電源負(fù)荷較大。它把交流220V電源通過變壓器和整流電路變成直流，將負(fù)電極接至金屬外皮，正電極接地，確保線纜外皮對地保持適當(dāng)?shù)呢?fù)電位，這樣線纜的金屬外皮就不容易受到腐蝕了。陰極保護(hù)設(shè)備如果不用交流電，也可以用直流電池供電。但注意陰極設(shè)備應(yīng)安裝在線纜外皮平均正電位最高的地點(diǎn)。金屬一電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負(fù)移，金屬陽極氧化反應(yīng)過電位na減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù)。由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)（失電子反應(yīng)）受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。兩種陰極保護(hù)法：外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽極保護(hù)。1、犧牲陽極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個被保護(hù)金屬處于一個較負(fù)的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾,廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲罐等。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，最多5年。犧牲陽極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)時，除了嚴(yán)格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。2、外加電流陰極保護(hù)是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長輸埋地管道，大型罐群等。1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在被保護(hù)結(jié)構(gòu)周圍同一電解質(zhì)環(huán)境中埋設(shè)輔助陽極，通過一直流電源以輔助陽極為陽極，以被保護(hù)結(jié)構(gòu)為陰極，構(gòu)成供電回路，將直流電通向被保護(hù)的金屬，使被保護(hù)金屬強(qiáng)制變成陰極以實(shí)施陰極保護(hù)。2）什么是犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)？犧牲陽極法是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護(hù)其它金屬的方法。3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測試樁、電流測試樁、保護(hù)效果測試片、電絕緣裝置、電絕緣保護(hù)裝置。4）電源的作用是什么？電源的作用是向陰極保護(hù)系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。5）電源的類型主要有哪幾種？從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開關(guān)?？煽毓韬痛棚柡秃汶娢粌x體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低（低于70%）不易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20%以下的輸出無法控制。數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90%以上）。6）輔助陽極的作用是什么？輔助陽極的作用是通過介質(zhì)（如土壤、水）與管道之間形成電回路。通過在陽極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，不斷向陰極結(jié)構(gòu)提供電子，從而使陰極極化到保護(hù)電位。7）輔助陽極的種類有多少？輔助陽極根據(jù)有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽極、柔性陽極、貴金屬電極等。8）控制參比電極的有那些？控制參比電極主要有長壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來設(shè)計(jì)。9）為什么需要采用電絕緣？在陰極保護(hù)技術(shù)中，要求被保護(hù)結(jié)構(gòu)需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護(hù)電流會流失到未被保護(hù)的金屬構(gòu)筑物上，設(shè)計(jì)的電流需求量可能不足，保護(hù)效果不理想，另外，可能會產(chǎn)生雜散電流的干擾。電絕緣要根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行考慮。10）測試樁的作用是什么？測試樁的作用主要是用于檢測陰極保護(hù)效果和運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測試樁、電流測試樁、保護(hù)效果測試片測試樁樁。11）