金屬涂層失效機制及相應對策分析

【摘要】在設備表面涂上電鍍層、噴鍍層以及刷鍍層，不僅能夠保持設備的美觀，同時也能夠起到防腐防銹的作用，因此，這種涂層防護措施廣泛的被使用在各個方面，但是近年來隨著時代發展與研究的深入，金屬涂層失效的問題也逐漸凸顯出來。文章針對幾種常見的金屬涂層失效機制進行了探討，并提出了對金屬涂層的保護措施，為提高金屬涂層的使用效率提供參考。

【關鍵詞】金屬涂層；失效機制；防護對策；防腐防銹

一、前言

金屬涂層的主要作用是防止設備等與空氣中的水分接觸，生銹或者被腐蝕。由于這一特性，金屬涂層在與空氣接觸時間久之后就會出現不同程度的褪色、老化、脫落等現象，并且這種現象受到不同環境因素的影響，表現也有所不同。在相同地區不同材料的損壞程度也是不盡相同。因此，涂層本身的性質以及環境因素是決定涂層使用效果與使用壽命的決定性因素。

有機涂層老化的主要原因是受到太陽輻射、環境溫度和環境濕度；次要原因是指空氣污染、生物現象、酸雨、風沙等，這些因素的綜合作用導致了涂層的老化也即防腐蝕涂層的失效[1]。金屬涂層的失效是指由于金屬長期暴露于大氣中，引起涂層的各種物理和化學性能的衰變，并使其失去原有性能，部分或全部失去對基體金屬材料的保護作用[2]。

二、金屬涂層失效機制的研究

在對金屬涂層的失效機制與保護性能等方面，我國相關工作人員與科研人員開展了長期的研究工作，取得了較大進展。失效機制研究主要有光化學老化以及水解老化等方面的問題。

1、光化學老化研究

在對金屬涂層失效的主要因素進行研究中，太陽輻射導致的材料老化是導致金屬涂層失效的主要原因。在老化過程中產生一定的自由基反應，受到紫外線的影響，材料在光化學反應過程中產生很多易流失的小分子，如酸、醇等，這些小分子形成后不斷被水分帶走，導致涂層的質量以及涂層機理發生較大變化，出現涂層的開裂、脫皮等現象。這種現象在含有顏料的涂層中表現得較為明顯。由于涂層中的高聚物損失導致顏料的體積增加，出現脆化現象。表層材料的質地較硬，下底層材料的質地較軟，容易開裂。

2、由水降解引起的老化研究

涂層在戶外環境中不僅受到太陽輻射影響發生降解反映，同時也會受到環境中水分作用的影響導致涂層材料出現水降解的反應。涂層材料中如果存在容易被水分降解的胺，醚等分子，受到環境中水降解的影響就更大，在研究中發現，排除紫外線的影響下，在濕潤環境中的材料比在干燥環境中的材料老化更快。大部分金屬涂層在受到太陽輻射的影響后，產生降解反應，降解后在涂層中產生較多的親水性分子，同時又產生水降解反應。在涂層老化的過程中，光化學老化與水降解同時存在與材料老化過程中，不能割裂開來[3]。

3、涂層起泡導致的失效研究

從擴散角度分析涂層的失效。涂層的失效是一個從量變到質變的過程。同時也是一個包含諸多因素、相當復雜的過程。在材料降解過程中，首先與水分以及氧氣發生反應，產生腐蝕，并逐漸擴散到涂層中，水分在金屬材料中不斷滲透，由于水分的作用，涂層對材料的附著能力持續降低引起涂層的脫落現象；另一種是對于強勢附著力體系或由于形成腐蝕產物，側向壓力小于水側向發展的阻力，使得水只能在原始位置積累，從而引起局部起泡[4]。

三、金屬涂層失效的對策分析

普通涂層的防護方式是在金屬材料的表面進行噴涂，涂層主要有底漆、中層漆以及面漆三部分組成，這三部分按照不同的特性共同發揮作用以保護材料使用效果。底漆能夠起到一定的防銹作用，具有較強的附著力，中層漆主要是防止外界水分子滲透，表面的漆則是起到抵抗外部材料腐蝕的作用。因此，在對預防涂層失效方面，著重從以下結構方面入手：

1、注意漆層厚度對失效機制的影響

在進行金屬涂層保護過程中，注意對金屬涂漆的厚度進行取舍，涂層太厚或者太薄都會對材料作用的發揮造成影響。如果涂的太厚，一方面會造成材料的浪費，另一方面會降低涂層的使用性能，使涂層的防腐特性不能得到有效發揮，影響了涂層使用效果。涂料太薄則更容易失效，不能達到預期的使用效果，因此，涂層的厚度應當依據金屬材料的使用環境與使用條件進行選擇，環境腐蝕性的強弱與材料的用途都會對漆層的涂刷厚度造成影響。

2、注重對金屬表面作除銹處理

在對金屬涂層失效的研究中，發現有一部分涂層失效是由于金屬表面的除銹工作不恰當導致的。金屬表面的除銹是保障金屬涂層能夠有效發揮作用的基礎。在金屬材料的表面如果有浮灰、氧化皮等附著物，在進行涂刷前，要注意將附著物清理掉，否則即使有金屬涂層保護材料不受外界的環境因素的腐蝕，也會由于材料本身存在的灰塵等導致材料起皮，達不到保護材料的效果。涂裝施工質量的好壞，對漆膜的使用壽命有較大的影響。而施工質量則受到漆膜的質量以及金屬材料的除銹工作、漆膜種類與施工工藝等的影響，因此要特別注重對金屬材料的除銹與選擇。

在對材料的表面進行處理的過程中，要注意遵循一定的處理方法，首先，對材料的打磨最好使用噴砂的方式，這種方法能夠增加噴漆表面的粗糙程度，且處理時金屬表面粗糙度不宜超過漆膜厚度的1/3，這樣的話可增加漆膜和金屬表面結合力，延長金屬涂層的使用壽命，從而更好的延長金屬的使用壽命。

四、總結

綜上所述，延長金屬涂層使用壽命與使用效果的主要方法是注意涂層的厚度的選擇以及加強對金屬表面的防銹處理。在施工中注意金屬涂層的厚度要適宜，依據環境以及材料要求來選擇施工厚度。對材料的表面處理也是涂層質量好壞的主要影響因素之一，受到施工中對材料表面處理不當而導致的涂層失效問題占涂層問題中的一半以上，因此要加強對這一問題的認知。

參考文獻

[1]陶蕾，宋詩哲，金威賢.基于圖像顏色特征的涂層老化失效檢測方法[J].化工學報，2010，61（2）：410-418.

[2]龐然，左禹，唐聿明等.環氧/聚氨酯涂層在4種環境中失效行為的EIS[J].化工學報，2010，61（10）：2657-2659.

[3]劉純波，林鋒，蔣顯亮.熱障涂層的研究現狀與發展趨勢[J].中國有色金屬學報，2011，17（1）：2-3.

[4]何毅，徐中浩，陳航宇，唐艷麗，陳丹.金屬材料防腐技術的研究進展[J].應用化工，2013，42（11）：2065-2067.