水工金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合防腐涂層附著力影響因素分析

許旭東 吳 飛

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225002；2.南通市城市河道建設(shè)管理中心，江蘇 南通 226006）

0 引言

水工金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)常在淡水或者海水環(huán)境中運(yùn)行，表面設(shè)置防腐涂層是防止其腐蝕的主要手段，常用的防腐涂層是由金屬噴涂層和涂料層組成的復(fù)合防腐涂層。防腐涂層的附著力關(guān)系到涂層的使用性能和使用壽命，筆者對影響防腐涂層附著力的幾點(diǎn)因素進(jìn)行分析和探討，提出提高涂層附著力的有效方法。

1 防腐涂層材料

1.1 金屬噴涂材料

金屬噴涂是熱噴涂技術(shù)，利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。金屬噴涂材料與基體均為金屬材料，具有良好的結(jié)合力，通常金屬噴涂層與基體的附著力≥3.5 MPa，其附著力高于涂料層與金屬基體的附著力。根據(jù)不同的環(huán)境應(yīng)選擇合適的金屬噴涂材料，淡水環(huán)境中的金屬熱噴涂材料宜采用鋅、鋅鋁合金；海水環(huán)境中的金屬熱噴涂材料宜采用鋁、鋁合金、鋅鋁合金、鋅。當(dāng)材料為鋅或者鋁時，其含量越高則附著力越好；反之，則附著力下降。故選擇金屬噴涂材料時，鋅絲中的鋅含量應(yīng)大于99.99%，鋁絲中的鋁含量應(yīng)大于99.5%，鋅鋁合金應(yīng)選用Zn-Al15。

1.2 涂料層材料

涂料層的化學(xué)組成、機(jī)械性能對涂層附著力有著直接的影響，尤其是柔韌性，柔韌性好的涂層，附著力往往較好；硬或者脆的涂層，附著力往往較差。對于同樣厚度的涂層，多道涂層比一道涂層的附著力要好，故涂料層系統(tǒng)宜由底漆、中間漆和面漆組成。底漆應(yīng)具有良好的附著力和防銹性能，中間漆應(yīng)具有屏蔽性能且與底、面漆結(jié)合良好，面漆應(yīng)具有耐久性和耐水性。選擇涂料時，各層油漆應(yīng)盡量采用同一涂料廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，如果一個涂層系統(tǒng)采用不同廠家的產(chǎn)品，其配套性難以保證，若因特殊情況需采用非同一廠家產(chǎn)品，建議通過試驗(yàn)確認(rèn)其配套效果。

2 表面預(yù)處理質(zhì)量

表面預(yù)處理是指噴涂前對金屬底材表面進(jìn)行凈化、粗化等處理，以形成所希望或者規(guī)定的表面狀況而進(jìn)行的工作。表面預(yù)處理主要包括脫脂凈化、除銹處理。脫脂凈化是去除基體金屬表面的油、脂、機(jī)加工潤滑劑等有機(jī)物，常用方法一般有機(jī)械除油和化學(xué)脫脂兩類。除銹主要以噴砂拋丸為主，目的有兩個方面：一是除去銹蝕斑點(diǎn)和表面氧化皮以及舊漆層；二是對基體進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，同時噴砂拋丸可適當(dāng)增加基體表面的粗糙度，增大基體表面與有機(jī)涂層間的接觸面積，有助于提高涂層的表面附著力。表面預(yù)處理質(zhì)量的好壞決定著底層防腐涂層與金屬基體之間附著力的強(qiáng)度，在平滑的表面，涂層附著主要靠分子的化學(xué)活性；在粗糙的表面，涂層的附著以機(jī)械附著力為主，同時由于表面粗糙，接觸面積增大，通過分子活性發(fā)生的附著力也隨之加強(qiáng)［1］。

大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，決定水工金屬結(jié)構(gòu)防腐涂層附著力的最主要因素就是表面預(yù)處理質(zhì)量。涂層在處理不良的金屬基體表面上無法發(fā)揮其最佳的結(jié)合能力，良好的表面處理，將有效提高涂層的附著力，延長涂料的使用壽命。當(dāng)金屬基體表面的清潔度和粗糙度達(dá)到規(guī)范要求的范圍時，涂層和基底才能較好融合，從而具有理想的附著力。SL 105 要求在噴砂處理后基體金屬表面清潔度等級不低于GB 8923 中規(guī)定的Sa2.5級，表面粗糙度值應(yīng)在RZ40～150 μm 范圍內(nèi)。局部缺陷部位可采用手工和動力工具進(jìn)行局部修理，表面清潔度等級應(yīng)達(dá)到《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》中規(guī)定的St3 級。

3 施工工藝

3.1 環(huán)境溫濕度的影響

噴涂涂層需在晴朗干燥的天氣進(jìn)行施工，因?yàn)闇囟群蜐穸葘绊懫涓街Α－h(huán)境溫度過高將在噴涂過程中使溶劑揮發(fā)，漆液黏度上升，表面過快凝結(jié)，氣泡留存于油漆層中；環(huán)境溫度過低，涂料流動性較差，分子活性低，不易粘結(jié)。環(huán)境濕度過大時，已經(jīng)過預(yù)處理的鋼材容易再次發(fā)生氧化，噴涂時潮氣容易滲入漆膜以下，出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。因此，噴涂涂層時，環(huán)境空氣相對濕度應(yīng)低于85%，金屬表面溫度應(yīng)不低于露點(diǎn)以上3℃。

3.2 噴涂過程的影響

金屬熱噴涂施工與表面預(yù)處理的間隔時間應(yīng)盡可能縮短，為了避免鋼材再次發(fā)生氧化，在潮濕或者工業(yè)大氣等環(huán)境下，應(yīng)在2 h 內(nèi)噴涂完畢；在晴天或者濕度不大的條件下，最長不應(yīng)超過8 h。

金屬熱噴涂常采用火焰或電弧加熱的方法將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，加熱時溫度需控制得當(dāng)，否則金屬涂層易出現(xiàn)熔融粗顆粒、起皮等缺陷，導(dǎo)致附著力降低。噴涂操作時應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行：

（1）噴涂用的壓縮空氣應(yīng)清潔、干燥，壓力不小于0.4 MPa；

（2）噴嘴與基體表面距離宜為100～200 mm；

（3）噴槍應(yīng)盡可能與基體表面垂直，噴束中心線與基體表面法線之間的夾角最大不應(yīng)超過45°；

（4）相鄰噴幅之間應(yīng)重疊1/3；

（5）上下兩遍之間的噴槍走向應(yīng)相互垂直。

金屬噴涂層經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)在任何冷凝發(fā)生之前進(jìn)行涂料封閉，涂料封閉宜采用刷涂或者高壓無氣噴涂的方式施工，不宜使用輥涂等容易產(chǎn)生針孔或夾雜等缺陷的方式。若涂料說明書有特殊規(guī)定時，應(yīng)按相關(guān)要求進(jìn)行施工。

表1 涂層推薦厚度表

4 涂層厚度

涂層和金屬底材及其相互間的作用力主要為內(nèi)聚力和附著力。內(nèi)聚力是涂層本身發(fā)生內(nèi)聚的力，它隨涂層厚度的增加而增大；附著力是涂層與底材相結(jié)合的能力。在有多道涂層的情況下，當(dāng)涂層厚度增加時，內(nèi)聚力增大，而附著力不會增大，于是內(nèi)聚力與附著力的比例發(fā)生了變化，附著力所占比例減小［2］。所以，涂層厚度的增加會導(dǎo)致內(nèi)聚力與附著力的比例向著不利于附著力的方向發(fā)展。即：內(nèi)聚力越大時，涂層附著力越差；反之，附著力越好。這就是涂層很薄時不易剝落、涂層較厚時則容易呈片狀剝落的主要原因。

僅從附著力的角度來講，涂層不能過厚，但是從防腐效果和耐磨損程度來說，涂層又必須有一定的厚度。根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及各地施工使用情況，可結(jié)合表1 中各涂層的推薦厚度和工程實(shí)際情況合理選擇涂層厚度，在不影響附著力的基礎(chǔ)上獲得最好的防腐效果。

5 結(jié)語

防腐材料選擇、表面預(yù)處理質(zhì)量、施工工藝及涂層厚度控制是影響水工金屬結(jié)構(gòu)防腐涂層附著力的幾個主要因素。優(yōu)質(zhì)的防腐材料，良好的表面預(yù)處理，規(guī)范的施工噴涂，合理的涂層厚度能有效提高復(fù)合防腐涂層的附著力，從而提高涂層的整體防腐性能和使用壽命。

［1］王金鑫.淺談表面預(yù)處理對鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層附著力的影響［J］.中國涂料，2008（5）：66-68.

［2］陳山南.涂層附著力的影響因素［J］.涂料工業(yè)，1994（5）：21-25.