化工機械設備電化學腐蝕與防護方法研究

魏者聰 高陽 王長紅 張鶴

摘要：化工機械設備中最為常見的、嚴重的腐蝕是電化學腐蝕，所以對電化學腐蝕進行研究可以降低化工機械設備的腐蝕程度。文章首先對化工機械設備發生電化學腐蝕的原因進行分析，然后通過研究化工機械設備的改性無溶劑防腐蝕涂料。通過化學實驗的方式對該涂層效能進行分析，結果表明硅烷偶聯劑A16和有機硅環氧樹脂加入到無溶劑防腐蝕涂料中，可以達到很好的防止電化學腐蝕發生。

關鍵詞：化工機械設備;電化學腐蝕;防腐蝕方法

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0107-04

1化工機械設備的電化學腐蝕原因

電化學腐蝕是由鐵和氧形成的兩個電極組成腐蝕原電池，電流不對外做功，電子自耗于腐蝕電池內陰極的還原反應中。電化學腐蝕是化工機械設備中眾多腐蝕類型中最為常見的一種類型，而且該類型腐蝕對化工機械設備能夠造成非常嚴重的后果。其發生腐蝕原因的化學方程式如下所示，該反應發生的是氧化還原反應。

Fe+2H⁺→Fe²⁺+H²

圖1為化工機械設備表面發生電化學腐蝕后的現象，從圖1可以看出，發生的腐蝕現象是使金屬表面形成很多的小鼓包，然后還有黑色的被腐蝕的小坑。這樣會造成化工機械設備的使用壽命變短，極大的造成了經濟損失，還減慢了化工生產的速度，嚴重的還會對生態環境造成影響甚至是員工的人生安全。一般情況下，化工機械設備發生電化學腐蝕的原因有兩種，一種是化工機械設備的自身的組成和結構，二是外界環境中的腐蝕性物質與化工機械設備相接觸。由于電化學腐蝕會對機械設備造成嚴重的影響，所以對其進行防腐工作至關重要。

2化工機械設備電化學腐蝕防護方法

目前，對于防止化工機械設備電化學腐蝕的出現，已經出現很多方法，比如犧牲陽極保護法、外加電流陰極保護法等，這些方式都可以減少電化學腐蝕的發生，本文將從化工機械設備的防腐涂料人手，研究納米二氧化硅改性環氧樹脂的涂層防腐蝕性能效果。

2.1實驗原料

雙酚A無溶劑環氧防腐蝕涂料、二氧化硅改性環氧樹脂、改性胺固化劑、活性稀釋劑、有機硅環氧雜化樹脂，硅烷偶聯劑A16，為了突出該改性防腐蝕涂料能夠對化工機械設備起到很好的防治電化學腐蝕，制作普通的雙酚A無溶劑環氧防腐蝕涂料與之形成對比試驗。

2.2試驗過程

制作試驗試樣：由于化工機械設備制作材料很多采用鋼板材料，所以本文在鋼板上進行涂抹防腐蝕涂料，首先需要先將鋼板除銹、除塵、除油，即鋼板表面進行除污處理，然后將改性后的涂料涂在上面，再用普通的涂料涂在另一塊鋼板上，這樣的涂層鋼板多準備幾塊，放于常溫環境下7天干燥，然后選擇涂層厚度最為均勻的鋼板作為實驗的樣本。

2.3結果討論

2.3.1改性環氧樹脂對涂層性能的影響

為了研究改性環氧樹脂的防腐性能，選擇了只含有改性環氧樹脂的涂料涂抹在鋼板上的試樣進行實驗研究，實驗結果如表1所示，從表1中可以看出，當改l生環氧的的含量由0增加到10%時，試樣的附著力、柔韌性、沖擊性、耐熱堿、耐鹽霧性能是越來越好，當含量大于10%后，各方面的性能開始下降，所以可知，當改性環氧樹脂的含量為10%時，最有利于試樣的性能。

2.3.2硅烷偶聯劑A16對涂層的影響

將硅烷偶聯劑A16加人到無溶劑改性環氧涂料中，研究涂層的附著力。研究結果如圖2所示，其中設置的改性環氧樹脂的含量為10%，從圖2可以看出，含有硅烷偶聯劑A16的涂層，其附著力明顯增大。當附著力增大后，能夠保障防腐涂料長時間的粘附在金屬表面，能達到長期防腐的效果，所以加人硅烷偶聯劑A16更有利于化工機械設備的化學防腐。

2.3.3有機硅環氧樹脂對涂層的影響

經過上面的兩個實驗可知，改性環氧樹脂含量為10%、含有2%的硅烷偶聯劑A16有利防腐蝕的作用，所以本實驗的涂層中也含有這兩種成分。有機硅環氧樹脂的實驗結果如表2所示，從表2中可以看出，當增加有機硅環氧樹脂的含量時，耐堿腐蝕性能剛開始會增加很陜，當有機硅環氧樹脂繼續增大時，耐堿腐蝕l生能就會保持在一個穩定數值內。還可以看出涂層與水的接觸角度隨著有機硅環氧樹脂的含量增大而增大，但是對于附著力、抗沖擊的性能并沒有什么明顯的變化。

有機涂層的防腐原理就是將鋼板與腐蝕介質隔開，從而阻止腐蝕介質腐蝕金屬表面，但是這種方式不能將金屬與腐蝕介質完全隔開。因為溶劑會揮發，出現這種情況后有機涂層表面就會出現很多針眼和分子結構之間的縫隙，腐蝕性的物質就會從這些縫隙中滲透到金屬材料的表面，造成金屬發生腐蝕現象。如果涂層的各方面的性能越好，金屬被腐蝕的風險就越小。所以當腐蝕性的物質與金屬表面接觸所花的時間越長，說明該防腐蝕性的涂層越好，反之，時間越短，涂層性能就越不好。Hulden M研究出涂層的滲水率可以推測出涂層的耐腐蝕性能，因為涂層就相當于一個擋箭牌的作用，當這個擋箭牌出現漏洞時，就失去了它的作用，金屬表面就容易發生腐蝕現象。所以涂層的阻擋效果可以用涂層對水的滲透速率和吸水能力表示，而抗滲透性能可以用涂層飽和吸水率的大小來判斷。

如表3所示有機硅環氧雜化樹脂對涂層阻隔效果的影響，從表3中可以看出，當有機硅環氧雜化樹脂用量越來越多時，涂層的吸水率、滲水率和飽和滲水率都越來越小，說明了有機硅環氧雜化樹脂有助于防腐涂層的阻隔效果，能夠避免金屬受到腐蝕，出現這種現象的原因很大程度上是因為有機硅環氧雜化樹脂有助于提高涂層的疏水性。

涂層達不到防腐效果最主要原因就是腐蝕性的物質穿過涂層進人到了金屬表面，當腐蝕性的物質積累到一定程度后就會出現腐蝕現象。如圖3為有機硅環氧雜化樹脂的涂料的電化學阻抗譜，該涂層浸泡有60d，如表4所示，即為涂層的孔隙電阻及雙電層電容。從圖3中可以看出，當防腐涂層中不加入有機硅環氧雜化樹脂時，電化學阻抗譜有一點擴散現象，這時候腐蝕性的物質比較容易穿過涂層，金屬的表面開始出現腐蝕的情況了，此時的防腐涂層已經達不到防腐作用了。從表4中可以看出當加人的有機硅環氧雜化樹脂的量越來越大時，R。值越來越大，說明有機硅環氧雜化樹脂與抗滲透性能成正比關系。但是當有機硅環氧雜化樹脂的量由5%開始越來越大后，孔隙電阻也會越來越大，但增速減小。

從上面的實驗結果可知，當在防腐涂層中加人有機硅環氧雜化樹脂后，能夠使涂層的抗滲透性能變好，使防腐介質很難穿過涂層，從而對化工機械設備有更好的防腐效果。加入的有機硅環氧雜化樹脂量越多，防腐蝕效果是越好好，但是實際情況中該物質加人得越多，就會使材料成本增加，所以既能起到很好的防腐作用又能節約成本，將有機硅環氧雜化樹脂的量設置為10%最為合理。

2.4改性涂層防腐蝕性能研究

為了驗證優化后的涂層的防腐蝕效果，與普通的雙酚A無溶劑環氧防腐蝕涂料對比。將刷有兩種防腐蝕涂層的試樣放于堿性污水中浸泡，然后通過顯微鏡進行觀察，圖4和圖5所示，為兩種防腐涂料的觀察結果。從圖4中可以看出，普通的防腐涂料浸泡的時間越來越長后，涂層的孔隙率越來越大，而且表面的粗糙程度也越來越大，與未浸泡的試樣相比，浸泡了1000h的粗糙程度增大了6倍，并且當浸泡的時間越來越長后，增幅程度也將會越來越大。如圖5所示為改性后的防腐蝕涂料的試樣結果，從圖中可以看出，與普通的涂層一樣，當浸泡時間越來越長時，涂層的孔隙率和粗糙深度都會越來越大，但是改性后的涂層很明顯粗糙深度變化得很慢，浸泡時間1000h的與沒浸泡的相比粗糙程度只增大了不大一倍。說明了改性后的涂料對化工機械設備的防腐效果很好。

通過上面所有的實驗結果表明，當無溶劑環氧樹脂中添加改性環氧樹脂和有機硅環氧雜化樹脂后，能夠極大程度的阻止腐蝕性的物質與金屬表面接觸，降低化工機械設備中的電化學腐蝕。

3結語

電化學腐蝕作為化工機械設備中的最為常見且最為嚴重的腐蝕類型，對其進行防腐工作非常有必要。又由于化工機械設備的工作環境比較特殊，經常會與具有腐蝕作用的物質接觸，于是作者研究了防止出現電化學腐蝕的納米二氧化硅改性環氧樹脂涂料，該涂料具有很好的防腐蝕作用，當向其加人硅烷偶聯劑A16和有機硅環氧樹脂時，可以明顯的增加化工機械設備的電化學腐蝕。防止化工機械設備出現腐蝕方式有很多，經過研究防腐蝕涂層作為防腐方式能夠達到較好的作用，但是還是不能完全的保證化工機械設備不受到腐蝕侵害，所以今后需要對化工機械設備的防腐蝕方法進一步的研究，將防腐工作越做越好，可以減少很多的經濟損失。