水工鋼閘門的腐蝕危害與防腐蝕設計

□張志軍（河南省白龜山水庫管理局）

0 引言

鋼鐵腐蝕引起的危害是非常嚴重的，全世界每年約有10%的鋼鐵因為腐蝕而成為廢鐵，大約30%的機械設備因此而損壞，由鋼鐵腐蝕造成的直接經濟損失約占國民生產總值的2～4%。長期以來，人們不斷地探索各種有效的方法，盡可能地降低鋼鐵腐蝕所帶來的危害。文章就水工鋼閘門的腐蝕危害與防腐蝕設計進行探討。

1 水工鋼閘門的腐蝕環境

水工鋼閘門長期在陰暗潮濕、高速流水、干濕交替、風浪腐蝕環境下工作，其表面普遍會產生不同程度的腐蝕，隨著現代工業的發展，還有大量的工業廢水和生活污水非法排入河道及水庫，使地表水系遭到嚴重污染，生態環境嚴重惡化，水體中酸、堿、鹽等腐蝕性強的污染物含量增大，加快了水工鋼閘門的腐蝕速度。據國家有關部門統計，水工鋼閘門在淡水環境中的平均腐蝕速度為0.02~0.04mm/s，而實際上很多水工鋼閘門的腐蝕速度遠大于此。

2 腐蝕對水工鋼閘門的危害

水工鋼閘門是水工建筑物的重要部分，水工鋼閘門腐蝕輕者容易引起止水不嚴，啟閉不靈活等，重者會使閘門失事或不能啟閉，會給下游群眾生命財產造成極大危害。因此，為了水工鋼閘門的安全運行，延長其使用壽命，應每隔7-10年對其進行一次防腐蝕處理，使其始終保持最佳安全運行狀態。

3 水工鋼閘門的防腐蝕設計

3.1 水工鋼閘門的表面處理

對水工鋼結構進行防腐蝕之前，應對基體表面進行除銹，其標準達到GB8923-88中Sa3級：鋼材表面應無可見的油污、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆層等附著物，該表面應顯示均勻的金屬光澤。一般采用噴砂（石英砂）除銹的方法，噴射用磨料要干燥，無油污，清潔無雜物。

噴砂除銹施工工藝參數如下：

環境溫度>5℃；空氣濕度不宜超過85%；基體表面溫度>露點溫度3℃；噴砂距離100~300mm；噴砂角度60~70°；空氣壓力0.50~0.70MPa；砂粒大小1.00~2.50mm；噴砂嘴孔徑8~15mm；砂槍移動速度以保證質量為原則。

3.2 金屬熱噴涂防腐蝕

金屬熱噴涂是利用熱源將金屬材料熔化、半熔化或軟化，并以一定的速度噴射到基體表面，形成涂層的方法。金屬噴涂從材料進入熱源到形成涂層，一般經歷4個階段：加熱熔化階段→熔滴霧化階段→霧滴飛行階段→強烈碰撞階段。金屬涂層的形成過程：碰撞→變形→凝固→收縮。

根據以往類似工程的施工經驗及防腐蝕效果，水工閘門防腐宜選用鋅絲作為金屬噴涂材料,鋅涂層厚度≥100um。鋅是一種銀白色的金屬，具有金屬光澤，密度7.14 g/cm3，熔點419.50℃，鋅的電極電位較低。鋅在大氣及中性水溶液中，其表面會逐漸被氧化，生成一層致密的保護膜，具有優良的耐腐蝕性能。

目前用于金屬噴涂的熱源主要有燃氣和電，主要的噴涂類型有絲材火焰噴涂和電弧噴涂。

絲材火焰噴涂通常是采用氧氣-乙炔燃燒火焰做熱源。對噴涂材料的加熱熔化和霧化是通過線材火焰噴槍（俗稱氣噴槍）實現的。噴槍通過氣閥分別引入乙炔、氧氣和壓縮空氣，乙炔和氧氣混合后在噴嘴出口處產生燃燒火焰。噴槍內的驅動機通過送絲滾輪帶動線材連續地通過噴嘴中心孔送入火焰，在火焰中被加熱熔化，壓縮空氣通過空氣帽呈錐形的高速氣流，使熔化的材料從線材端部脫離，并霧化成細微的顆粒，在火焰及氣流的推動下，噴射到經過預處理的基材表面形成涂層。

電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作自耗性電極，利用其端部產生的電弧作熱源來熔化金屬，用壓縮氣流霧化的熱噴涂方法。端部成一定角度（30~60°）的連續送進的兩根金屬絲，分別接直流電源的正、負極。在金屬絲端部短接的瞬間，由于高電流密度，接觸點產生高熱，使得在兩根金屬絲間產生電弧。在電源的作用下，維持電弧穩定燃燒。在電弧發生點的背后由噴嘴噴射出的高速氣流（通常是壓縮空氣），使熔化的金屬脫離并霧化成顆粒，在高速氣流的推動下噴射到經過預處理的基材表面形成涂層。

金屬噴涂施工工藝參數如下：

空氣濕度不宜超過85%；乙炔壓力0.08MPa；空氣壓力不低于0.50MPa；氧氣壓力根據施工進行調整；送絲速度根據施工進行調整；噴涂距離100~150mm；噴涂角度不能>45°，一般為60~90°;噴槍和工件移動速度一般為7~18m/min。

3.3 封閉處理

金屬噴涂涂層的孔隙率可以從小于1%到大于15%,孔隙有連貫和不連貫的，有的涂層孔隙互相連接并且從表面延伸到基體。封孔作為一種后處理方法，以填充這種孔隙，防止或阻止腐蝕介質浸入到基材表面。

選擇封閉涂料要適應環境，在所用環境中不會發生腐蝕、溶解、溶脹的現象。要便于施工，選用常溫固化的材料，否則無法施工。來源要方便，必須在施工當地容易采購到，否則難以保證。

封閉涂料的設計方案一:環氧富鋅底漆2道,環氧云鐵2道,氯化橡膠2道。方案二:氯磺化聚乙烯底漆3道,氯磺化聚乙烯面漆2道。

封閉涂料的施工可采用刷涂、輥涂或噴涂等方法。施工環境溫度以<30℃為宜，相對溫度≤85%，被涂基體金屬表面溫度應高于露點3°以上，材料溫度高于60℃時，不得進行涂裝，遇雨、霧、大風天氣不得進行施工。

3.4 金屬噴涂層的缺陷與原因

熔融顆粒粗大，涂層中甚至出現一段段未熔化的絲材。原因是霧化氣體的壓力和流量不均勻；送絲速度快。

涂層剝離。原因是噴涂前的基體表面處理不符合要求，噴涂工藝規范選擇不當，噴嘴與基體表面距離太遠，噴涂角度太小，涂層太厚，基體預熱溫度不當。

涂層龜裂。原因是涂層的過熱現象。在噴涂過程中，由于噴涂距離太近或噴槍與工件的相對移動速度太慢，而引起了涂層過熱現象，一旦涂層冷卻后，其表面便會出現龜裂現象。電流過高、粉末材料中含有較多的熱裂冷碎元素硫和磷、劇冷及涂層厚度不均勻，都會出現局部龜裂現象。

涂層致密度低。原因是噴涂距離太遠，使涂層中氧化物增多造成的。等離子噴涂中粉末粒度不均勻，造成細粒度粉末易氧化和燒損，降低了涂層的致密度等。

4 結語

金屬噴涂防腐蝕技術是世界上迄今為止對大型及重要鋼結構防腐蝕處理的最好辦法，可以長期有效地保護鋼結構，特別是水工鋼結構。白龜山水庫結合實際情況，于2012年8月，對腐蝕較嚴重的南干渠渠首閘檢修門實施了金屬噴涂防腐蝕處理，效果非常明顯，目前運行比較良好。