起重機械腐蝕機理及防護措施的研究*

楊用增，安林超，程雪利

(1.新鄉(xiāng)市起重廠有限公司，河南新鄉(xiāng)453002;2.河南機電高等專科學校，河南 新鄉(xiāng)453000)

伴隨著我國工業(yè)技術的迅速發(fā)展，工業(yè)結構發(fā)生了深刻變化，工業(yè)生產(chǎn)門類日益增加，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境日益復雜和多樣化。特別是隨著石油化工、海洋化工、航海運輸業(yè)的發(fā)展，有腐蝕性的作業(yè)環(huán)境和領域愈來愈廣，普通的起重機械很難適應這種腐蝕性環(huán)境［1，2］。還有一些電鍍、酸洗、蒸煮、熱處理、鑄造、船用的起重機械，常常由于金屬結構腐蝕造成整機可靠性下降、壽命縮短、電氣漏電失效，以至于出現(xiàn)設備毀壞和人身事故災害。統(tǒng)計顯示，全世界每年因金屬腐蝕造成的損失達7000億美元，我國因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失也占了國民總值的4%［3］。而起重機械金屬結構占整機重量的90%以上，因此研究起重機械的腐蝕機理及防護措施有重要的現(xiàn)實意義。

1 起重機械金屬結構腐蝕機理

起重機械金屬結構的腐蝕，主要是由于在常溫大氣環(huán)境中使用，受空氣中的水分和其他污染物的化學、電化學的作用而引起的，它是在金屬結構表面極薄的一層水膜下進行的，這些水膜是由于水分的直接沉降或由于大氣溫度的突然變化而產(chǎn)生的凝露。這些水膜又能溶入大氣中的氣體(如 O2、CO2、SO2、H2S等)、鹽類、塵土及其他污染物，再加上起重機械在生產(chǎn)制造、運輸及使用過程中人為污染因素，所有這些都會提高水膜的導電性而使腐蝕過程加速。當金屬表面形成連續(xù)的電解液層時，便形成電化學腐蝕過程。一方面，含O2水膜中由于氧的去極化作用產(chǎn)生吸氧腐蝕，其總的反應為:

整個過程表現(xiàn)為陰極得電子O2+2H2O+4e→4OH－，在陽極鐵被氧化成 Fe2+，F(xiàn)e－2e→Fe2+，在形成的Fe(OH)3及脫水后的Fe2O3，便是鐵銹的主要成分。

另一方面，金屬表面電解質溶液中會溶有一定的量的CO2、SO2、H2S等，加上水的電離便產(chǎn)生析氫反應，即:

鐵及其雜質在 H+、OH－、等離子溶液中形成腐蝕電池，F(xiàn)e－2e→Fe2+，F(xiàn)e2++2OH－=Fe(OH)2，水膜中的H+從陰極中獲得電子生成H2放出，即2H++2e→H2。產(chǎn)物Fe(OH)2繼續(xù)氧化形成的Fe(OH)3及脫水后形成Fe2O3。

上述金屬結構發(fā)生的腐蝕過程表明，起重機械金屬結構都是作為陽極發(fā)生氧化反應而遭受到腐蝕，整個過程具有以下三個環(huán)節(jié)組成:①在陽極金屬失去電子變成金屬離子進入溶液，F(xiàn)e－2e→Fe2+。②電子由陽極流向陰極。③在陰極，流來的電子被溶液中能吸收電子的物質接受生成還原物質(2H++2e→H2，O2+2H2O+4e→4OH－)。在這三個環(huán)節(jié)中進行最慢的一個環(huán)節(jié)將決定金屬結構整個腐蝕過程的速度［3，4］。

起重機械金屬結構的腐蝕按照發(fā)生的部位分均勻腐蝕和局部腐蝕。

均勻腐蝕是指腐蝕介質對不能形成保護膜的材料表面的均勻腐蝕。它能使材料厚度逐漸減薄，使材料產(chǎn)生韌性破壞。

局部腐蝕是指腐蝕介質通過各種形式作用在金屬結構的局部部位，對金屬產(chǎn)生的腐蝕作用。包括孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、氫腐蝕等?？赘g通常發(fā)生在表面上有鈍化膜或有保護膜的金屬結構上，當鈍化膜被局部破壞，微小的破口處和破口周圍的膜形成兩極，產(chǎn)生電化腐蝕;縫隙腐蝕發(fā)生在起重機械金屬結構焊接的焊縫處，焊縫易沉積腐蝕物質，腐蝕破壞將由縫隙開始延伸逐漸擴大;晶間腐蝕是由金屬表面沿晶界向內(nèi)部深入，使晶界呈網(wǎng)狀腐蝕，使金屬的強度、塑性下降;氫腐蝕是指在高溫高壓下，氫侵入金屬表面，與某種元素發(fā)生化學反應，使金屬被破壞。但無論是均勻腐蝕還是局部腐蝕，發(fā)生腐蝕的機理都是一樣的。

2 起重機械金屬結構防腐蝕的措施

根據(jù)起重機械金屬結構的電化學腐蝕原理，從三個環(huán)節(jié)和腐蝕的部位來看，必須消除產(chǎn)生腐蝕電池的各種條件，只有防止或破壞腐蝕電池的形成，防止電解溶液在金屬表面沉降和凝結，才能夠防止各種腐蝕介質的侵入，完成金屬結構的防腐過程。

2.1 金屬結構表面涂料涂裝法

涂料涂裝法利用涂料的屏蔽作用(即達到一定厚度而致密無孔的涂膜能夠把金屬與環(huán)境隔離開，阻止腐蝕進程)、緩蝕作用(一些氧化性的顏料與鋼鐵接觸時能夠發(fā)生一定的化學反應，形成保護膜，使金屬表面鈍化，提高涂層的保護作用)和電化學保護作用(在涂料中使用活性比鐵高的填料，如鋅，會起到犧牲陽極的保護作用)。

在起重機械行業(yè)的實踐中，常用的涂料涂裝法有表面鍍層、表面噴涂、表面涂漆。在一般的大氣環(huán)境下的金屬結構采用鍍鋅保護法，如鋼絲繩的鍍鋅抗腐蝕(應采用甲級鍍鋅，有酸性氣體的環(huán)境要鍍鉛)。在海洋性等潮濕環(huán)境中使用鍍鉻保護;對于起重機金屬結構中的鑄鍛件可采用熱噴法保護表面，增加抗腐蝕能力，如減速器外殼采用粉末噴涂加環(huán)氧漆的抗腐蝕辦法。對于起重機金屬結構中的主梁、端梁、小車架、卷筒組等必須采用表面涂漆的辦法來防腐蝕。涂漆前應拋丸除銹，為了提高涂層的質量在施工過程中必須注意要嚴格按相關標準除銹等級執(zhí)行，確保表面清潔度與粗糙度滿足要求。在輕度腐蝕環(huán)境使用的起重機，選用耐腐蝕性能一般的鐵紅醇酸底漆和醇酸面漆。對于在中度腐蝕環(huán)境或潮濕、多雨地區(qū)使用的起重機，選用附著力好、耐酸堿性能好的環(huán)氧類底漆和耐水性好、保光保色性好、耐腐蝕性能較好的丙烯酸面漆。

2.2 金屬結構表面熱處理保護法

對裸露在大氣環(huán)境中的鋼制零部件(開式齒輪、傳動軸、卷筒、鋼制滑輪、法蘭等)可以采用氧化、磷化、鈍化表面處理，提高這些零件的抗腐蝕能力。

2.3 加強密封保護法

有目的地封閉環(huán)境，盡量隔離腐蝕介質區(qū)域，部分或全部消除腐蝕因素。如電器控制柜、電機、減速器、聯(lián)軸器節(jié)等要加強密封，嚴防灰塵、水和腐蝕介質進入殼體內(nèi)。

2.4 設計合理的結構防腐蝕

設計金屬結構時，避免采用易于積灰、積水及涂料達不到的截面;合理選擇連接方式和焊接方式，盡量減少縫隙的存在，比如鉚接、螺紋連接、搭接焊的金屬接觸面極易造成O2的濃度差形成縫隙腐蝕，要保證接頭不滲透，金屬與非金屬(如橡膠、塑料等)的連接一定要緊密，潮濕的部位要盡量能更換;盡可能采用表面積最小的圓管和方管的管形截面，閉口截面在節(jié)點處盡可能封閉，防止水汽侵入，桿件為開口時，開口應朝下［5，6］。

3 開發(fā)新型防腐蝕起重機的可能性及遇到的問題

20世紀80年代，國內(nèi)有學者以防爆電動葫蘆做過模擬防腐試驗，采用HF－45A型化工氣體腐蝕試驗箱體構成腐蝕環(huán)境，對防爆電動葫蘆在升溫、高溫高濕、降溫、低溫高濕等條件下進行了模擬試驗與測定，并積累了一定的試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。20世紀90年代，國內(nèi)的起重機生產(chǎn)廠家主要對金屬結構的部件密封技術做了大量研究工作，試制出了粉塵防爆葫蘆式起重機。近年來，有起重機械生產(chǎn)廠家已經(jīng)研制出專門的船用電動葫蘆，這些都為我國盡快研制生產(chǎn)新型防腐蝕起重機打下了良好的基礎［1］。

目前，國內(nèi)的起重機械行業(yè)還停留在對部分金屬結構表面加強防護措施的階段，還沒有專門的廠家來研制、生產(chǎn)防腐蝕起重機的整機，國家也沒有出臺防腐起重機的相關標準。起重機生產(chǎn)企業(yè)缺乏交流，相關配套設備的防腐技術落后，防腐技術的試驗檢測條件也不成熟［7，8］。

4 結束語

起重機械金屬結構的腐蝕是不可避免的，我們只有了解了金屬結構的腐蝕機理，研究出有效的防腐措施，才能更好地防護起重機的腐蝕，開發(fā)出新型的防腐起重機。使起重機械在化工、水利、電力、冶金等領域發(fā)揮更大的作用。

［1］ 宮本智.葫蘆式起重機［M］.天津:天津科學技術出版社，2009.

［2］ 陳剛.岸邊起重機結構表面防腐涂料的發(fā)展趨勢［J］.港口機械，2008，(3):5 －9.

［3］ 王錫春，姜英濤.涂裝技術［M］.北京:化學工業(yè)出版社，1986.

［4］ 卞廣強，等.鑄造環(huán)境中起重機控制柜的安全防護［J］.起重運輸機械，2010，(7):75－79.

［5］張質文，王金諾，虞和謙，等.起重機設計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1998.

［6］ TSGQ0002—2008，起重機械安全技術監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機［S］.

［7］ GB 6067—1985，起重機械安全規(guī)程［S］.

［8］ GB/T 3811—2008，起重機設計規(guī)范［S］.