泡沫消防車的金屬腐蝕與防護措施分析

摘要：泡沫消防車的主要功能是執行滅火救援任務。泡沫消防車由多個不同材料的模塊組成，不同模塊受到腐蝕的程度也不盡相同，惡劣的作業環境和滅火劑的特殊性導致了泡沫消防車比其他專用車輛更容易受到腐蝕。首先，這種腐蝕可能會降低泡沫消防車的結構強度，當腐蝕達到一定程度時，可能會導致結構斷裂甚至事故；其次，這種腐蝕可能會導致車載設備的救援功能效率降低甚至徹底喪失，從而嚴重影響了人民生命和財產的救援。因此在泡沫消防車的設計和使用的過程中，做好整車的防腐控制和處理顯得尤為重要。據此，首先闡述了泡沫消防車的腐蝕機理，然后從材料選型、技術應用、維護保養等角度入手，提出了可供選擇的多種防腐策略和處理方法，以減緩泡沫消防車的腐蝕速度，從而達到延長泡沫消防車使用壽命的目的。

關鍵詞：泡沫消防車；金屬腐蝕；電化學腐蝕；陰極保護；犧牲陽極

中圖分類號：U469.6 收稿日期：2022-10-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.02.011

1 前言

隨著社會經濟的不斷發展，人們對火災的救援越來越重視，各級應急救援單位對承擔滅火救援任務的泡沫消防車的質量要求也越來越高。影響泡沫消防車質量的因素有很多，交付前的質量影響因素主要有材料、結構、工藝等，交付后的質量影響因素主要有金屬材料的腐蝕和非金屬材料的老化。

泡沫消防車是應急救援單位執行滅火救援任務的主要車型，是指裝備車用消防泵、水罐、泡沫液罐和水－泡沫液混合設備的消防車［1］。泡沫消防車一般由碳鋼、不銹鋼、鋁合金、非金屬等多種材料的零部件通過焊接、粘接、螺栓聯結等方式制造而成，金屬材料則是構成泡沫消防車的主要材料。

泡沫消防車的作業環境比較惡劣。a. 泡沫消防車使用的工作介質主要是泡沫及其混合液，而泡沫液的pH 值一般在6.0～9.5 之間［2］，pH 值過低或過高意味著泡沫液呈較強的酸性或堿性，這種泡沫液對采用金屬材料的罐體、消防管道及其附件的腐蝕性較大。b. 泡沫消防車的主要用戶和救援對象之一是石化企業，這些企業的產品有的是較強的酸性或堿性物質，當泡沫消防車因日常訓練或執行滅火救援任務等原因較長時間的暴露在這些環境中時，一旦遇到空氣潮濕或者下雨天氣，泡沫消防車的金屬表面就會受到比較嚴重的腐蝕，由表及里。c. 一些泡沫消防車在沿海地區使用，一方面泡沫消防車在執行任務時有時會直接用比淡水腐蝕性更強的海水當作滅火劑，另一方面海洋大氣環境的腐蝕性很強，泡沫消防車的金屬零部件在這樣的使用環境中更容易發生腐蝕，而且腐蝕的速度也更快。

泡沫消防車的金屬腐蝕按表現形式可以分為外觀腐蝕、結構腐蝕和穿孔腐蝕。外觀腐蝕將直接影響泡沫消防車的外觀，破壞泡沫消防車的視覺效果，例如泵室、爬梯、扶手等部位的腐蝕；結構腐蝕則是發生在泡沫消防車的結構件中，對于泡沫消防車的安全性與穩定性極具威脅性，是減少泡沫消防車使用壽命的主要原因之一，例如副車架、踏板骨架等的腐蝕；穿孔腐蝕通常發生在車身內腔與外部面板的接縫處，這些區域由于結構的特殊性和防腐處理相對薄弱，很容易遭到腐蝕，穿孔腐蝕的初期產生的影響不明顯，但是持續腐蝕將會導致銹蝕穿孔的問題，對車身結構造成嚴重損害，例如會導致泡沫消防車罐體中的泡沫液和水相互滲透的現象，從而影響了泡沫的滅火效果。

綜上所述，泡沫消防車的金屬腐蝕現象普遍存在，不可避免。同時，這種金屬腐蝕是可以干預和可控的，因此我們要想辦法盡可能降低腐蝕的速度和危害，確保腐蝕對泡沫消防車的影響在可以接受的范圍內。本文從防腐材料選型、防腐技術應用和防腐維護保養等角度提出了多種關于泡沫消防車的防腐策略和方法，為從事泡沫消防車設計、使用、維護等相關工作的人員提供參考。

2 泡沫消防車的腐蝕機理

泡沫消防車發生的腐蝕主要是金屬腐蝕，金屬腐蝕按產生的機理分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類［3］。化學腐蝕是由于金屬表面與介質直接發生化學作用引起的，其特點是在腐蝕進行過程中沒有電流產生，例如泡沫消防車在對某些發生火災的化工廠進行滅火救援后，車上的鋁制零部件（例如爬梯、扶手等）表面往往會出現很多不同于原色的灰色斑點或斑區，這種腐蝕一般為化學腐蝕；電化學腐蝕是金屬表面與離子導電性介質發生電化學作用引起的，其特點是在腐蝕進行過程中有電流流動，例如有的螺母在潮濕的環境中使用多年后其周邊會隆起一定厚度的鐵銹等。

電化學腐蝕是金屬腐蝕中最常見的腐蝕，大多數金屬腐蝕都具有電化學的性質。例如，鋼鐵在潮濕的空氣或水溶液中會發生腐蝕（即生銹），發生的機理如下：

鐵在水中溶解變成二價鐵離子：

b. 水化鐵離子與水中的OH-生成Fe（OH）2：

c.Fe（OH）2 繼續氧化：

3 防腐材料選型

導致腐蝕發生的原因主要有兩個：a. 材料本身；b. 材料所處的環境。材料是金屬發生腐蝕的內因，不同的材料具有不同的抗腐蝕能力，一旦材料確定，這種材料的防腐能力也就確定了，為了提高泡沫消防車抵抗腐蝕的能力，首先要從材料的選型上考慮。下面從影響泡沫消防車功能的主要模塊來進行材料的選型分析。

3.1 罐體材料選型

罐體是泡沫消防車的重要組成模塊之一，其主要作用是裝載泡沫消防車滅火救援所需要的水和泡沫液。為了達到能夠隨時可以出發并展開滅火救援的要求，罐體內要求隨時都是裝滿了水和泡沫液，罐體與水、泡沫液是長期接觸的。

泡沫消防車罐體大多數是由鋼板或者不銹鋼板制成。一方面，選用的泡沫液呈現弱酸性或者弱堿性，在與鋼制罐體內表面接觸的過程中可以直接發生化學反應，形成化學腐蝕；另一方面，這種鋼制罐體內表面的鐵原子（Fe）在水和泡沫液中容易溶解、水化和氧化成紅色鐵銹（Fe（OH）3）。

為了減緩上述鋼制罐的腐蝕速度，建議從以下兩個方面考慮罐體的選材：

a. 選用耐腐蝕的不銹鋼板為泡沫消防車罐體的材料。由于304 不銹鋼板在實際應用過程中的質量參差不齊，導致有些304 罐體在裝載泡沫液時會發生明顯的金屬銹蝕，因此現在很多客戶都明確要求選用316 不銹鋼板為泡沫消防車罐體的材料。

b. 選用非金屬材料（例如聚丙烯塑料）作為泡沫消防車罐體的材料，這樣可以直接避免罐體發生金屬腐蝕。實踐表明，近年來越來越多的消防車生產廠家開始選用聚丙烯材料來制作泡沫消防車的罐體。

3.2 消防泵及管路材料選型

消防泵及管路也是泡沫消防車的重要組成模塊之一，其主要作用是將水和泡沫液從罐體內吸出，通過加壓輸送到各消防炮及消防槍出口，達到滅火救援的目的。

消防泵及管路接觸的主要介質是水和泡沫液，因此發生金屬腐蝕的機理與罐體基本相同。目前消防泵及管路的材料應用現狀主要如下：a. 泵殼：常用的材料主要有鑄鐵、鋁合金或銅合金；b. 泵軸：常用的材料主要是不銹鋼；c. 葉輪：常用的材料主要有鋁合金或銅合金；d. 泵管路：常用的料質主要有鋼和不銹鋼。

為了延緩滅火劑對消防泵及管路的腐蝕，建議從以下兩個方面考慮選材：

a. 如果泡沫消防車是在沿海地區、島礁或者石化廠區等惡劣環境使用，建議泵殼和葉輪的材料盡量選用銅合金，管路的材料盡量選用316 不銹鋼。

b. 如果防腐涂層質量無法把握時，建議消防泵管路的材料采用304 不銹鋼，有條件的地方盡量選用316 不銹鋼。

3.3 緊固件材料選型

緊固件廣泛分布于底盤、副車架、上裝結構、泵炮及管路系統等各個模塊，是典型的需要同時兼顧外觀和聯結功能的零件。緊固件的防腐能力對比如下：不銹鋼材質＞電鍍鋅鎳≈鋅鋁涂覆＞電鍍鋅鐵＞電鍍鋅［5］。在考慮連接件的防腐時，如果泡沫消防車是在沿海地區、島礁或者石化廠區等惡劣環境下使用時，則建議在保證連接強度的情況下選用不銹鋼聯結件，正常使用環境下則可以參考上述緊固件的防腐能力對比結果選用合適的緊固件。

4 防腐技術應用

環境是金屬發生腐蝕的外因。不同的使用環境對于同一金屬零部件來說，其腐蝕的程度也是不同的。為了減緩泡沫消防車發生腐蝕的速度，我們也可以通過改變金屬零部件表面所處的環境來實現。下面從泡沫消防車的表面防護、結構防護和犧牲陽極的陰極保護技術來說明防腐技術的應用。

4.1 表面直接防護

表面防護主要是指在金屬的表面覆蓋一層保護膜，將金屬表面與導致腐蝕發生的水、液等環境隔離，從而達到阻止腐蝕的發生。表面防護的技術多樣，而且各有特點，主要如下：

a. 噴涂技術。噴涂工藝是指通過噴涂方式將基材的表面覆蓋一層有機涂料，以達到保護、裝飾和特殊功能的目的。例如在泡沫消防車罐體內壁噴涂環氧底漆，在整車外表面噴涂消防紅面漆等，這種噴涂方式施工簡單，但不容易實現自動化。

b. 電泳技術。電泳涂裝是將具有導電性的被涂工件浸漬在裝水稀釋的、濃度比較低的電泳涂料槽中作為陰極（或陽極），在槽中另投置與其相對應的陽極（或陰極），在兩極間通上一定時間的直流電，通過物理、化學作用將漆沉積在被涂工件上，形成漆膜的一種涂裝方法。電泳涂裝具有施工高效、漆膜均勻、安全無火災風險等優勢，發展至今在汽車行業已經成為不可替代的車輛表面處理技術。

c. 達克羅技術。達克羅技術是指在鐵基的金屬表面上，涂覆一層達克羅溶液（即含有片狀鋅、鋁、Cr2O3 及專用有機物的混合水溶液），經保溫烘烤一定的時間后生成復合鉻鹽化合物，冷卻后在金屬表面覆蓋了一層很薄的銀灰色達克羅防腐涂層。該涂覆過程不用進行酸洗、磷化，全過程無污染。

d. 防護蠟技術。防護蠟技術是指通過噴蠟或是注蠟的方式對車身結構件和表面、內腔等部分進行防腐處理，例如，需要海運的車輛在裝船之前往往會在車輛表面噴涂一層防腐蠟，非全封閉式的副車架內腔往往也會噴涂一層防腐蠟。但是這種防護蠟往往會吸附大氣中的灰塵等雜質，時間長了會影響噴涂表面的美觀。

4.2 結構間接防護

結構防護主要是指采用有形的結構件來阻止或者阻礙金屬表面接觸容易導致腐蝕的液體，例如雨水等。具體可以從以下三個方面考慮：

a. 密封件。這里的密封件主要是指密封膠和密封條，這些密封件的主要作用是阻止雨、水進入或者滲透到金屬件的周圍，密封的區域多為條形區域。泡沫消防車是由許多不同的零部件裝配而成的，這些零部件之間可能的裝配間隙在雨、水進入或者滲透時容易導致周圍金屬件的腐蝕。為了避免這種腐蝕，往往在這些間隙之間涂抹密封膠，例如泡沫消防車各頂板之間接縫處的密封膠就屬于此類；泡沫消防車在使用過程中有些零部件是有相對運動的，運動件與固定件之間的間隙在雨水進入或者滲透時也容易導致周圍金屬件的腐蝕。為了避免這種腐蝕，往往在運動件與固定件之間安裝密封條，例如卷簾門與門框之間的橡膠密封條即屬于此類。

b. 防護板。防護板的主要作用是阻擋雨、水進入或者滲透到金屬件的周圍，而且防護區域的面積一般比較大，例如泡沫消防車車身的各種面板；防護板還有一個作用就是阻止石頭、沙粒等硬物對金屬涂裝表面的損傷，從而防止雨、水對這些金屬的腐蝕。例如輪胎上方的翼子板，這種翼子板往往由塑料或玻璃鋼等非金屬材料制成，本身是不會發生金屬腐蝕的。

c. 地漏。地漏的主要作用是及時排出車內底板上的積水、積液，使車內隨時保持干爽，從而減少對周圍金屬的腐蝕。泡沫消防車的管路系統在拆卸各種接口（例如悶蓋、水帶、吸水管等）時往往會有余水、余泡沫液流淌到泵室內，如果不能及時排出泵室則容易造成金屬腐蝕，因此往往在泵室的底板上裝有若干地漏來排水、排液。

4.3 犧牲陽極的陰極保護技術

陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態，使金屬表面各點達到同一負電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。

犧牲陽極是一種比鋼鐵電位更負的金屬或合金（例如鋁、鎂等），當它與鋼鐵電性連接后，依靠自身不斷腐蝕溶解（犧牲），產生電流，使鋼鐵獲得陰極極化而受到保護。

大部分泡沫消防車罐體由鋼制材料（例如不銹鋼304、碳鋼等）制成，罐內長時間裝有水和泡沫，這兩種滅火劑（尤其是泡沫）對罐體的腐蝕比較大，因此往往采用犧牲陽極的陰極保護法來防止罐體的腐蝕。具體來講，就是在罐體內裝入某種犧牲陽極，此時罐體成了陰極，犧牲陽極將先于陰極（即罐體）受到腐蝕，從而保護了陰極。

5 防腐維護

泡沫消防車的防腐維護主要有以下三個方面：

a. 及時維護。泡沫消防車在每一次完成滅火救援任務后都要對泡沫管路進行清洗，防止積液對金屬管路的腐蝕。

b. 定期清洗。金屬罐體需要每年至少清洗一次，以便清除雜質，減少金屬腐蝕。

c. 定期檢查和更換。對于新裝的陽極犧牲鋁，一般要半年內檢查一次，然后是每月檢查一次，在即將腐蝕完的時候要及時更換新的陽極犧牲鋁，同時清除已經腐蝕的雜質；其他與防腐有關的緊固件、結構件等一般要半年內至少檢查一次，如果發生銹蝕、松動等現象應及時更換、緊固或重新做防腐處理。

6 結語

泡沫消防車的防腐是一項非常復雜的工作，無論是設計選材、防腐技術應用還是維護保養，每個環節都會影響到泡沫消防車的使用壽命和運行可靠性。選材是指直接選用耐腐蝕的材料來制造金屬零部件，是本質的、直接的防腐措施；防腐技術應用是指改變金屬零部件周圍的原有環境，阻止滋生金屬腐蝕的主要環境因素（雨、水等）的進入或者滲透，是輔助的、間接的防腐措施；防護維護則主要是針對防腐技術應用效果的監控和及時處理。

金屬腐蝕是泡沫消防車上普遍存在的現象，且具有緩慢性和隱蔽性的特點，容易被忽視；而當腐蝕明顯時，可能已經威脅到了材料、結構和系統的性能，很容易導致安全隱患和功能失靈。金屬腐蝕無法杜絕，但是可以采取措施延緩和控制的。建議從事泡沫消防車或類似車輛設計開發、使用、維護的人員重視金屬腐蝕存在的客觀性，了解車輛的使用環境，從產品的設計、制造到使用、維護出發系統的考慮整車的防腐方案和實施措施。

參考文獻：

［1］GB 79561-2014 消防車第1 部分：通用技術條件［S］

［2］GB 15308-2006 泡沫滅火劑［S］

［3］王金鑫船舶防腐與涂裝［M］2 版哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2019

［4］方志剛艦船防腐防漏工程［M］1 版北京：國防工業出版社，2017

［5］沈洋，李萌，郭秋彥，等整車防腐靜態主觀評價方法的探索［J］環境技術，2021，39（5）：181-184

作者簡介：

劉云端，男，1976 年生，工程師，研究方向為消防車等專用車輛和裝備。