钢铁高温防氧化涂料

金属表面氧化与防护——铁表面的氧化与防护摘要随着社会的进步，时代的发展，铁的应用越来越广，但是铁表面氧化却一直是让人们烦恼的问题。

因此对铁表面氧化的研究不仅在理论上而且特别是在实际应用上有重大意义。

每年因钢铁大量氧化而造成的损失是巨大的，多年来对铁表面和氧相互作用后在近表面区生成什么氧化物进行了很多表面分析和表面研究，从而通过这些分析研究结果来强化铁表面，对铁表面进行强化保护。

关键词：铁；氧化反应；界面；锈蚀；防护人们最早认识的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为圣物，此时的铁主要用于祭祀或是用于作饰物，这是人类对铁的最早应用，而人工铁的出现则相对较晚，距今约三千四百年，最早锻造出人工铁，约公元前一千年，古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器，，约公元前五世纪，欧洲大陆普遍使用铁器，中国最早使用人工铁器始于春秋战国时期，从公元前一千四百年前起，人类开始逐步掌握比较熟练的也炼铁的技术，铁从此被大量生产。

继西台帝国之后，小亚细亚、埃及、美索不达米亚平原相继进入铁器时代。

随着人们对铁应用的广泛，人们对铁使用起来的问题也逐渐关注，如何对铁表面进行防护是近几年人们研究的焦点，同时，对铁的防护也具有非常客观的使用价值。

金属的锈蚀有化学锈蚀和电化学锈蚀两种，铁在空气中的锈蚀属于电化学锈蚀，即铁和电解质溶液作用而发生氧化的过程。

铁在空气中锈蚀的机理。

铁锈不象其它金属的锈蚀产物那样形成紧附在金属表面上的致密的保护膜，而是疏松多孔:当钢铁跟水接触或吸收空气中的水分在表面形成水膜时，电化学腐蚀便开始进行，腐蚀过程是无数微电池作用的过程。

钢铁中的铁作阳极，杂质作阴极，溶有SO2、CO3 酸性水溶液为电解质，电池变化为阳极：Fe+2e-→Fe2+阴极:H++2e-→H2 析氢腐蚀或阴极1/2O2+2e-+H2O→2OH- 吸氧腐蚀。

由于后一阴极反应的电极电位比前一过程高，所以除强酸性介质外，一般都以吸氧腐蚀为主。

如果金属离子在阳极区氧化析出时，立即跟阴离子结合生成难溶化合物。

无机富锌底漆特点:一、组成：该漆由碱金属硅酸盐为成份一，锌粉及颜料为组份二，组成的双组份分装产品。

二、特性：该漆具有优良的防腐蚀作用，以水为溶剂，无火灾危险，能耐400℃高温，耐原油耐溶剂优异。

三、用途：该漆可用于油罐、油舱、溶剂舱、压载水舱及环境和条件较苛刻的海洋钢铁结构、桥梁、烟囱等，还可以做为防锈耐热涂料。

四、技术要求：项目指标漆膜颜色及外观红灰色至深灰色，色调不足，漆膜平整粘度（涂-4杯）S ≥ 20附着力（胶带法）漆膜不脱落干燥时间min ≤ 表干15实干45耐水性(1d) 允许轻微变色、无锈、无泡耐盐雾性（10d）允许轻微变色、无锈、无泡耐湿热性(10d) 允许轻微变色、无锈、无泡耐汽油性(10d) 无变化耐热性（400℃,10h 允许轻微变色耐溶剂(甲苯，1d) 无变化五、施工参考1、底材应先去油污后，再经喷丸，喷砂处理，并将底材清除干净。

2、两组份按照规定的比例混合，混合时应把锌粉及颜料组份慢慢倒进基剂组中，两组必须充分混合均匀，在施工时应随时搅拌以防其沉淀，若有漆皮或杂质，必须滤除，施工方法以空气喷涂为主。

3、充分混合均匀后，应静置熟化30min后再进行施工。

4、适用期：8h(25℃)5、当温度低于5℃相对湿度大于85%时不宜施工。

6、涂装间隔：大于48h(25℃)7、配套面漆：脂肪族聚氨酯面漆，环氧漆，乙烯漆等。

六、运输、贮存产品在运输时，应防止雨淋，日光曝晒，避免碰撞，并应符合交通部门的有关规定。

本品属于水性涂料，运输时不能低于0℃，产品应存放于阴凉通风、干燥处，防止日光直接照射，冬季注意保暖，贮存温度不能低于0℃。

七、安全防护施工场地应有良好的通风设施，油漆工应戴好眼镜、手套、口罩等，避免皮肤接触和吸入漆雾。

无机硅酸锌底漆特点重防腐蚀底漆，只需一道涂层即可作防腐蚀之用。

在不同大气条件下具有优越的施工性能。

可用无空气喷涂或传统喷涂法施工，甚至在高温条件下也可形成光滑的漆膜。

热镀锌工艺与热喷锌工艺有什么不同由于钢铁结构件长期处在各种气氛（包括海洋、工业城市、田野、矿井）、不同水质（海水、淡水）的浸渍和不同的浸蚀环境中，均受不同程度的腐蚀而失效。

据资料介绍，全世界每年生产的钢铁约有十分之一变成铁锈，大约有30%的钢铁设备因腐蚀而失效。

工业发达的国家，每年由于金属腐蚀所造成的直接经济损失约占国民经济总产值的2~4％，我国这方面的经济损失每年也达数千亿元。

热喷锌、热喷铝及其合金涂层，外加封闭处理，就可以制备长效防护复合涂层。

有效防护期一般可达20~30年，最长有效记录国外已有60年之久的记录。

随着我国热喷涂技术的发展与提高，锌、铝及其合金涂层将逐渐取代了传统的刷油漆工艺。

该项技术已在国民经济各领域得到了广泛应用，取得了良好的经济效益，且应用前景广阔。

1. 锌、铝及其合金涂层的防护机理1.1 锌、铝涂层腐蚀速率研究表明，钢铁件在大气和水介质中由于电化学腐蚀原因，在没有保护的情况下，碳钢的平均腐蚀速率比锌高5~20倍，比铝高40~100倍。

采用普通的油漆防护时，由于漆膜与钢铁基体的粘附强度低，耐冲刷和颗粒磨损能力低，使用过程中老化变质等原因，往往容易造成局涂层脱落、损坏，而使钢铁基体锈蚀，导致油漆层大面积起泡脱落，致使短期内防护失效。

图1 碳钢在不同腐蚀环境中的渗透深度与暴露时间曲线1-工艺大气2-海洋大气其3-乡村大气材料平均腐蚀速率（μm/年）乡村大气城市大气工业大气海洋大气碳钢4~65 23~71 26~175 26~104锌0.2~3 2~16 2~16 0.5~8铝0~0.1 ~1 ~1 0.4~0.6表1 碳钢、锌和铝在各种大气中的腐蚀速率1.2 锌、铝涂层的特点热喷涂锌、铝及其合金涂层对钢铁基体有双重保护作用。

一方面，可以象涂料那样（尤其是经过封闭处理的涂层）起着物理覆盖作用，将钢铁与水和空气等腐蚀介质隔离开来，从而起到防护作用。

另一方面，由于锌和铝的电化学性能比较活泼，电极电位比铁低，在这个腐蚀电池中，锌或铝是负极，铁则为正极，锌、铝失去电子，变成离子进入电介质溶液中而被腐蚀，其自由电子流向钢铁，使钢铁极化而受到保护。

防腐蚀处理方法腐蚀是一种常见的物质破坏现象，它使金属、混凝土、陶瓷等材料的性能受到损害。

为了有效地延长建筑、设备和设施的使用寿命，防止腐蚀对其造成的不利影响，采取适当的防腐蚀处理方法是必要的。

本文将介绍几种常见的防腐蚀处理方法。

1. 防腐涂料防腐涂料是最常用的防腐蚀方法之一。

它能够形成一层保护膜，隔绝被保护物质与外界环境的接触，防止腐蚀物质的侵蚀。

常见的防腐涂料包括油漆、树脂、聚合物等，其防腐蚀效果取决于涂料的成分和质量。

在选择和应用防腐涂料时，需考虑被保护物质的特性、工作环境的要求以及涂料的施工工艺等因素。

2. 防腐蚀封涂剂防腐蚀封涂剂是一种特殊的涂层材料，具有重要的防腐蚀功能。

它能够在被保护物质表面形成一层紧密的保护层，阻隔腐蚀物质的侵入。

防腐蚀封涂剂的种类较多，包括热浸镀锌、涂覆聚烯烃、喷射涂层等。

这些封涂剂通常具有耐腐蚀性、耐磨损性和耐高温性能，适用于不同的应用环境。

3. 防腐蚀阻隔层防腐蚀阻隔层是一种防止物质发生腐蚀的隔离层。

它通常由金属、塑料或陶瓷等材料制成，能够有效地隔绝被保护物质与腐蚀物质的接触。

常见的防腐蚀阻隔层有涂覆物、包覆物、包装材料等，其选择需要考虑被保护物质的性质、腐蚀环境的要求以及阻隔层的可靠性等因素。

4. 防腐蚀表面处理防腐蚀表面处理是一种将腐蚀物质从物体表面清洗或处理的方法。

例如，化学处理（如酸洗、酸碱中和、钝化等）可以去除表面的腐蚀产物，形成一层保护性的氧化膜；机械处理（如研磨、抛光等）可以去除表面的锈蚀和破损，使物体表面更加光滑。

防腐蚀表面处理的选择取决于物体的材料和腐蚀程度。

5. 防腐蚀电流防腐蚀电流是一种利用外加电流来减缓或阻止金属腐蚀的方法。

它基于金属腐蚀是一种电化学过程的原理，通过外加电流改变金属表面的电位，从而达到防腐蚀的效果。

防腐蚀电流常用于埋地管道、船舶和钢铁结构等的防腐蚀处理，可以减少维护成本和延长使用寿命。

总结起来，防腐蚀处理方法有许多种，如防腐涂料、防腐蚀封涂剂、防腐蚀阻隔层、防腐蚀表面处理和防腐蚀电流等。

喷锌热喷涂工艺
喷锌热喷涂是将涂料颗粒在1000℃以上的温度熔化,以压力把熔融涂料枪口排出,使之朝一定方向喷至基体表面,并形成固化膜层的涂装工艺,是一种广泛应用于金属零件表面保护的优良工艺,其主要原理是把材料溶于载气中质量浓度高的熔融方式,以压力直接喷射到基体表面,形成合理的涂层的工艺流程和技术.喷锌热喷涂也就是通过高温度,可以将熔融锌在金属表面形成一层不锈钢膜,依靠其化学还原特性,具有良好的防护性能,可以抗腐蚀,有效防止金属材料受到空气因素、水份、有害气体等恶劣作用,保护金属表面不磨损和腐蚀.
1.清洗涂层：用轻压高速喷枪清洗基体表面涂层，这样可以使基体表面更干净，可以仔细查看金属的病害，以及判断不锈钢的类型。

2.给墨：根据涂层的抗腐蚀性，对不同金属进行相应的抗腐蚀处理，我们根据需要使用特定的抗腐蚀剂给部件墨，以增强表面抗腐蚀性确保更好的喷涂效果。

3.热喷涂：用喷涂枪传递加热空气，使喷涂室内空气温度升高，快速逐渐上升至固相熔融温度，使锌粉悬浮于空气中，以熔融形态进入控制室，随着高速喷锌风流实现流变，喷涂至被覆物表面，达到防腐作用。

4.如果需要的话，还可以进行表面处理：表面处理不仅可以提高喷锌产品的耐磨性和抗腐蚀性，而且表面造型也更加美观。

喷锌热喷涂具有优良的抗腐蚀性、良好的绝缘性、良好的机械性能、低成本，是一种普遍存在的表面处理。

一般在金属零件的表面处理中，喷锌热喷涂是最有效和最常用的工艺，特别适用于抗腐蚀等要求没有太高的场合。

喷锌热喷涂不仅可以防腐耐磨，它的产品表面有良好的装饰效果，不仅仅是防腐蚀的作用，而且可以提升装备或材料的外观质量。

喷锌热喷涂还具有防氧化、防蒸发、耐高温和耐低温，可以在室内外温度下工作。

重要无机涂料来源：世界化工网：无机涂料是涂料工业中最重要的组成部分。

一般说来，以水溶液无机聚合物为粘结剂的涂料就叫无机涂料。

在世界范围内，无机涂料占建筑涂料总量的40%左右。

传统的石灰水，大白粉，可赛银等就是以生石灰，碳酸钙，滑石粉等为主要原料加适量东周胶配制而成的内墙涂刷材料。

他们的耐水性差，涂膜质地疏松，易起粉，早已被以合成树脂为基础配制成的各种涂料所取代。

但硅溶胶，水玻璃的出现，又赋予无机涂料以新的生命。

80年代末我国开始研制，现已开始生产的以硅酸钾为主要粘结剂的JH80-1和以硅溶胶为主要粘结剂的JH80-2系列无机涂料，已成功地用于内外墙的建筑装饰。

另外还开发了用于桥梁，石油钻井平台，石油贮槽，造船以及海洋及结构方面的无机富锌底漆，磷酸盐系列涂料以及适于涂覆陶瓷，玻璃，水泥制品，塑料，木材等表面上的新型陶瓷涂覆剂等。

人么对无机涂料的要求也会越来越高，今后将趋于高装饰性，噶耐久性及高性能涂料的方向发展。

建筑涂料按其化学成分分为有机涂料和无机涂料两大类。

尽管有机高分子建筑涂料具有粘结强度高，装饰性和韧性好等优点；但从防燃性，耐酸碱性，低温成膜性及节约能源，防污染方面看，无机涂料具有有机涂料无法达到的性能。

概括起来无机涂料有以下特点:①原料资源丰富，生产工艺比较简单，价格较低，节约能源，减少环境污染；②粘结力较强，对基层处理要求不是很严；③材料的耐久性好，遮盖力强，装饰效果好；④温度适应范围宽；⑤颜色均匀，保色性能持久；⑥有良好的耐热性，防火性，无毒等。

可见，无机涂料是一种极具发展前途的建筑涂料。

一、碱金属硅酸盐涂料1.成膜特征与典型配方碱金属硅酸盐（M2O·mSiO2·nH2O）又称水玻璃，常指硅酸钠，硅酸钾，硅酸锂，还包括硅酸按在内的四种水溶液。

其中，常用的是硅酸钠和硅酸钾作为主要成膜物。

他们的成膜特征见表7-2.以硅酸钾为主要成膜物的建筑涂料耐水性较好，与水泥基层粘结牢固，又有较优异的耐候性，以及成膜温度低等特点，所以该类产品发展迅速，按目前国内使用时间较长的箭镞涂料进行比较，有工程实例可查的建筑外墙涂料，能坚持10年以上涂膜无大裱花的仅有2~3种，其中之一就是硅酸钾作为主要成膜物的涂料。

7.2 钢铁的化学氧化处理和磷化处理7.2.1、钢的氧化处理钢的氧化处理(又称发蓝或发黑):钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程。

根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化可分为高温化学氧化法和常温化学氧化法。

这两种方法所用处理液成分不同，膜的组成不同，成膜机理也不同。

1.钢铁高温化学氧化(碱性化学氧化)<1>化学反应机理：高温化学氧化是传统的发黑方法，一般是在强碱溶液里添加氧化剂（如硝酸钠和亚硝酸钠），在140ºc左右的温度下处理15～90分钟，生成以F e3O4为主要成分的氧化膜，膜厚一般为0.5～1.5微米，最厚可达2.5微米。

氧化膜具有较好的吸附性。

将氧化膜浸油或做其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。

由于氧化膜很薄，对零件尺寸和精度几乎没有影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器及机器制造业中得到广泛应用。

其化学反应机理为：3F e＋N a N O2＋5N a O H－－>3N a2F e O2＋H2O＋N H36N a2F e O2＋N a N O2＋5H2O－－>3N a2F e2O4＋7N a O H＋N H3N a2F e O2＋N a2F e2O4＋2H2O－－>F e3O4+4N a O H在钢铁表面附近生成的F e3O4，其在浓碱性溶液中的溶解度极小，很快就从溶液中结晶析出，并在钢铁表面形成晶核，而后晶核逐渐长大形成一层连续致密的黑色氧化膜。

在生成F e3O4的同时，部分铁酸钠可能发生水解而生成氧化铁的水合物N a2F e2O4＋（m＋1）H2O－－>F e2O3·m H2O+2N a O H含水氧化铁在较高温度下失去部分水而形成红色沉淀物附在氧化膜表面，成为红色挂灰，或称“红霜”，这是钢铁氧化过程中常见的故障，应尽量避免。

<2>钢铁高温氧化工艺：钢铁高温氧化工艺见表7－1。

2.钢铁常温化学氧化(酸性化学氧化)<1>钢铁常温发黑机理：钢铁常温化学氧化是80年代以来迅速发展的新技术，与碱性高温氧化工艺相比,这种新工艺具有氧化速度快,膜层抗蚀性好,节能、高效,成本低,操作简单,环境污染小等优点。

各类防腐涂料性能一、IPN8710 互穿网络防腐涂料“IPN”是英文“interpenetrating polymer networks”的缩写，中文译为互穿网络。

互穿网络型聚合物是近一、二十年研究、开发的新型高分子防腐涂料，具有非寻常高分子材料的优异性能，是当今高分子材料开发的热点之一，有高聚物"合金"的美誉。

IPN系列防腐涂料是一种蓖麻油型聚氨酯和聚取代乙烯互穿网络高分子共聚物, 在涂料混合固化过程中，前者的橡胶网络和后者的塑料网络互相贯穿、渗透、牢固地附着在被涂物表面。

对材料表面产生防腐保护和装饰作用。

“IPN”系列防腐涂料具有高强度、高韧性、耐冲磨、耐老化、耐酸碱盐腐蚀，附着力强，耐水解、耐汽油、煤油等介质，无毒和不燃烧等优良性能。

因此用途广泛，不但适用于钢材防腐，在混凝土、木质等非金属构件也能应用。

近年来已广泛应用于自来水工程、电厂、化工、化肥等工业部门的设备，输油、输气、输水管道系统以土建结构等地下和地上的工程防腐。

其综合性能特点如下：1、产品为带锈防腐涂料，施工时允许金属表面留有薄锈，涂料成膜固化时可渗透到锈层中，将铁锈分隔包围，阻止金属进一步锈蚀，因此在钢铁等金属层上应用不需要前处理，可带锈施工，大大简化了防腐作业工序，施工简单方便；2、产品为弹性涂层，涂层伸长率为100%。

在各种基层材料的自由伸缩或机械伸缩下，涂层均能适应，保证不脱落，不开裂，确保了涂层的防腐质量和使用寿命；3、产品为高固体份涂料，清漆固体份60%，色漆更高，高于其它防腐涂料。

减少了施工道数，节约了涂料用量。

二、环氧防腐涂料系列环氧树脂涂料主要是由环氧树脂和屏蔽性高的防锈颜料、填料、触变剂、防锈添加剂、固化剂和混合溶剂等配制而成。

由于使用的环氧树脂分子量大小差异以及比例的不同，添加剂的各异，所得到的产品性能、用途也就各不相同。

环氧树脂涂料，具有独特优良的防腐蚀性能。

据中国环氧树脂行业协会()专家介绍，主要具有如下特性：1、优异的耐腐蚀性能。

冷镀锌涂料冷镀锌涂料配方组成主要由无机硅氧烷树脂及高纯度进口锌组成的长效双重作用的新型钢结构重防腐材料。

主要特性长效性：锌膜纯锌含量≥96％，耐盐雾≥3000小时，涂装体系具备25年以上的防腐周期，其同类产品在国外有50年以上的成功实例；环保性：不含异氰酸酯、笨类等毒性化学本品。

抗滑移：抗滑移系数≥0.55，可用于高强螺栓连接面的防腐；耐焊接：带涂层焊接不影响焊接质量，且涂层不受切割及焊接损伤；耐高温：持续抗高温能力为300℃；耐低温：可持续承受-60℃的低温；快干性：25℃时表面干燥时间15分钟，实干为18小时。

用途对钢铁具有优异的阴极保护与屏蔽功能。

施工简便，可喷涂、刷涂、滚涂，是替代传统热浸锌、热镀锌、热喷锌（铝）最佳材料。

它适用于船舶、钢桥、钢屋架、钢网架、电力设施、管道、贮罐等重防腐领域。

基本参数颜色锌灰色光泽无光干膜含锌量96％干膜厚度100μm理论用量690g/m2干燥时间（25℃）表干≤0.5h，实干≤24h复涂间隔时间底材温度5℃25℃40℃最短24h 12h 6h最长不限制，但在复涂前必须清除锌盐表面处理所有表面必须清洁、干燥且无污染。

应按照ISO8504进行评估和处理。

裸钢清洁度：喷砂处理至Sa2.5级（ISO8501-1：1998）。

根据暴露情况，亦可用动力工具清洁，最低St2级，无氧化皮（ISO8501-1：1988）。

涂有车间底漆的钢材清洁、干燥和完好的经认可的车间底漆。

涂有油漆的表面清洁、干燥和完好的配套底漆，请咨询仲鈺技术部。

其它表面该产品用于其它底材,请咨询仲鈺技术部。

建议配套体系钻井平台工程重防腐涂装（建议）方案电力工程重防腐涂装（建议）方案桥梁工程重防腐涂装（建议）方案施工条件底材温度在-20~50℃之间可进行施工。

底材温度高于40℃时，必须使用喷涂；底材温度高于60℃时不适宜施工。

温度过高时应避免干喷。

为避免干喷，应加大稀释剂用量。

施工方法喷涂：无气喷涂或有气喷涂。