鍍鋅波紋板腐蝕與有機涂層配套設計探討

鄺雷 蔡曉旭 周軍 徐正斌

摘 要：文章論述了為進一步提高鍍鋅波紋板的耐腐蝕期限，采用有機涂層是最有效、最經濟、最適用的方法。本文先介紹了影響鍍鋅波紋板的腐蝕因素及涂層的防腐蝕機理，然后依據ISO 12944-2設計了合適的防腐涂料及配套體系并進行試驗論證。指出鍍鋅波紋板涂層中增加具有屏蔽作用的中漆后，具有良好的防腐蝕性能，滿足苛刻的腐蝕環境要求。

關鍵詞：鍍鋅波紋板；腐蝕因素；涂層防腐蝕機理；涂層配套設計；鹽霧試驗

1. 前言

鍍鋅波紋板是指表面鍍有一層鋅的鋼板，其表面的金屬鋅可以起到一定的防腐作用。常規的表面鍍鋅有冷鍍鋅和熱鍍鋅兩大類，目前港機產品機房圍棚較多采用鍍鋅的波紋板，此板是用鍍鋅的薄板壓制而成。由于鍍鋅薄板是流水線方式進行鍍鋅，而且鍍層太厚會導致壓制過程中鍍鋅層破壞，因此一般鍍鋅層都很薄。這種鍍鋅波紋板，在潮濕特別是鹽霧的環境中易發生腐蝕，使其表面形成白色的腐蝕產物或變成灰暗色，影響了鍍鋅波紋板的外觀質量和鍍鋅層的抗蝕性。為了進一步提高鍍鋅波紋板的耐腐蝕性能，幾乎所有鍍鋅波紋板都采用表面覆涂有機涂層的方法，而有機涂層亦是鍍鋅波紋板防腐最有效、最經濟和最普遍的方法之一。但研究發現單靠鍍鋅波紋板鋅層和傳統的涂層配套是達不到理想防腐效果。如某碼頭采用傳統的涂層配套在使用未滿5年后發生腐蝕的情況（見圖1）。為此，根據目前鍍鋅波紋板的鋅層厚度情況，結合鋅層表面原有的傳統的涂層配套，通過變更相關的涂層配套及其試驗，尋求符合產品防腐耐久年限要求的鍍鋅波紋板有機涂層配套。

圖1 未滿5年鍍鋅的波紋板發生腐蝕

2. 鍍鋅鋼板腐蝕的因素

港機產品所處的潮濕鹽霧環境是造成鍍鋅波紋板銹蝕的主要原因。經調查發現其腐蝕問題主要來自于如下幾個方面：

（1） 潮濕造成的腐蝕。沿海地區大氣中夾雜的大量鹽類顆粒和氯化物，很容易黏附在漆膜表面，特別是NaCl、MgCl等氯化物，具有很強的吸濕性，在空氣濕度較大的情況下，極易在涂膜表面形成水膜，由于水的溶解作用，這層水膜實質上是一層含有溶解鹽的電解液膜。這層電解液膜對漆膜具有較強的腐蝕性。而沿海地區大氣的鹽含量很高，會加速表面液膜的形成。同時氯離子本身又具有很強的侵蝕性，它是形成點蝕的主要因素。點蝕一旦形成，鍍鋅波紋板就會很快腐蝕。因而沿海大氣的高含鹽量對鍍鋅波紋板有機涂層漆膜的破壞起到主要作用。

（2）表面處理及施工不當。如波紋板表面有油污、灰塵，焊道表面處理不干凈等，以及涂料施工時或涂層固化時的參數不符合相關要求，這些均易造成銹蝕。

（3）風沙侵蝕。沿海地區通常會受到海風和亞熱帶季風的侵襲，常年風力較大，風攜帶港口附近的海沙、露天堆放的礦砂對表面涂層的常年高速沖擊，造成對漆膜的機械磨蝕，使涂膜變薄，直至失效。

（4）有機涂層配套設計方案不佳。如傳統的涂層配套：環氧底漆（50μm）+聚氨酯面漆（50μm）。

（5）未及時定期維護。鍍鋅波紋板腐蝕分為均勻腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕這3種類型。特別要注意的是點蝕及縫隙腐蝕。點蝕會隨著時間的增加不斷地往縱深處腐蝕；縫隙腐蝕常發生在焊縫或連接部。點蝕及縫隙腐蝕因不易察覺而常會被忽略維護。

依據ISO 12944-2：1998（見表1）對鍍鋅波紋板所處區域的大氣腐蝕環境進行腐蝕等級判定，并依據鍍鋅波紋板預期壽命（見表2）設計合適的防腐涂料及涂裝體系。

3. 有機涂層防腐蝕機理

有機涂層之所以能對鍍鋅波紋板進行防腐蝕保護來自于有機涂層對環境介質具有良好的屏蔽作用，可以阻止或抑制侵蝕性粒子、水、氧和離子透過涂層，使腐蝕介質與鍍鋅波紋板隔離。

此外，很多涂層通過在顏填料中加入緩蝕性物質或犧牲陽極型物質來進一步提高耐蝕性。

有機涂層與鍍鋅波紋板之間的良好黏合力也對防止鍍鋅波紋板腐蝕有一定的作用。

以上的各種機理綜合起來，從而使有機涂層可以全面抑制腐蝕反應的發生和發展。

在鍍鋅鋼板升的有機涂層的防腐作用可以通過下圖2進行表述。

圖2 密閉的涂層系統能有效保護鍍鋅波紋板表面

從涂層對鍍鋅波紋的防腐蝕基本理論得出：密閉的涂層系統提供惰性的屏蔽層保護鍍鋅波紋板表面，通過底漆組份中的主要成膜物質與鍍鋅波紋板表面形成牢固的粘附力，以及中層漆減慢水份通過，而形成對鍍鋅波紋板表面的屏蔽效應，達到防腐保護效果。

4. 有機涂層配套的涂裝設計

目前，有機涂層的涂裝設計可參考2個標準，一個是ISO 12944-1998，另一個是ISO 20340-2003。

ISO 12944-1998 Paints and varnishes — Corrosion protection of steel structures by protective paint systems，是國際標準化委員會關于鋼結構重防腐涂料防腐蝕保護標準。它有8個章節，其中ISO 12944-2是關于腐蝕環境的定義，完全適用于鍍鋅波紋板有機涂層，如在C5大氣腐蝕環境條件下，暴露1年后，低碳鋼損失650～1500g/m?，鋅層質量損失30～60 g/m?，相當于膜厚損失4.2-8.4μm，若發生點腐，局部膜厚的損失將會更大。又如ISO 12944-5中，詳細規定了重防腐涂料涂裝配套方案以及腐蝕環境、使用壽命和漆膜厚度的關系。即熱浸鍍鋅鋼材在C5環境中的有機涂層配套總干膜厚度至少要≥160μm。

標準指出，涂裝配套系統的中期耐久性年限為5～15年，但在實際的操作過程中，我們必須綜合考慮產品的使用環境、耐久性年限的要求，進行產品涂層配套的設計。

同時，必須澄清，在ISO 12944標準中，耐久性不是商業上的擔保時間，而是指配套涂層達到第一次大修前的時間，此時涂層狀態達到ISO 4628-3的Ri3級，銹蝕面積為1%。除使用壽命外，這些定義和范圍均適用于鍍鋅波紋板有機涂層配套。