陰極保護與涂層

一、涂層檢測方法常規(guī)檢測方法，一般是將涂層試樣或實際儲罐放置在一定的腐蝕條件下，經(jīng)過一段時間后，用目測的方式檢查涂層對腐蝕介質(zhì)所表現(xiàn)出來的反應，如銹蝕、氣泡、脫落等，并根據(jù)此反應分析評價涂層耐腐蝕性能。根據(jù)不同的試驗方法和試驗條件，常規(guī)檢測主要包括物理性能測試、機械性能測試、化學浸演加速試驗I等多種方法。物理性能測試主要是研究涂層的物理性能，包括外觀、粘度、細度、固體分含量等。機械性能測試主要研究涂層力學性能的變化規(guī)律，指標參數(shù)包括硬度、附著力、柔韌性、沖擊強度等。根據(jù)相關國家標準測定漆膜的機械性能，參照標準有：《漆膜硬度測定法》，《漆膜附著力測定方法》，《漆膜耐沖擊性測定法》及《漆膜柔鑰性測定法》等化學浸漬加速試驗是將涂層試樣放置在一定的腐蝕條件下，經(jīng)過一段時間后，觀察涂層對腐獨介質(zhì)的反應，如繡蝕、起泡、剝離等，常規(guī)的化學浸漬加速試驗包括耐鹽霧試驗、耐濕熱試驗、浸泡試驗等。耐鹽霧試驗是將試樣放置在鹽霧條件的試驗箱中，設置溫度為35±2°,試驗箱中噴霧濃度為5%Nacl［溶液，定期檢查涂層基體的腐蝕、涂層起泡情況。參照標準：《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測試》。鹽霧試驗的咸濕環(huán)境能夠很好地模擬沿海設備、船艦等腐蝕，該試驗結果對涂層耐腐蝕性能的評價和預測設備的使用壽命具有十分重要的意義。耐濕熱試驗是將試樣放置在濕熱箱中，一般設置溫度為(47±1)℃,濕度為96±2%定期觀察涂層表面失光、起泡、脫落等基本腐蝕情況，根據(jù)國家標準《漆膜耐濕熱測定法》判定涂層在一定時間的失效等級，用此粗略評價涂層耐腐蝕性能的好壞。浸泡試驗是在一定試驗條件下，將試樣直接浸泡在腐蝕介質(zhì)中，浸泡一段時間后，觀察涂層表面是否有失光、變色、起泡等形態(tài)，并檢驗涂層破壞所需的腐蝕時間，根據(jù)腐蝕時間及試樣表面腐蝕形態(tài)對涂層進行評價。浸泡試驗分為耐酸堿試驗、耐水試驗以及各種有機溶液試驗，參照標準有《色漆和清漆耐液體介質(zhì)測定》。交流阻抗譜法(因只施加很小的擾動信號，不會對試樣體系造成不可逆的影響，并可以測量涂層電容，電阻，涂層與金屬界面雙電層電容、反應電阻等有關電化學參數(shù)，因此,交流阻抗譜法是研究金屬涂層體系主要方法之一。涂層的硬度是指涂層抵抗壓力而引起涂層表面層塑性變形的能力實質(zhì)上，硬度是用來反映涂層表面層抗刻劃性、耐磨性及抗壓的能力。涂層硬度兩種指標為擺桿硬度和鉛筆硬度。擺桿硬度用玻璃硬度作參比，鉛筆硬度宜接在涂層表面刻劃。本文研究擬采用擺桿硬度測試法。涂層的附著力，又稱涂層的粘附力。實質(zhì)上，附著力是漆膜與金屬基材之間的結合力的量度，該力受金屬基體的表面粗糙度、材質(zhì)、化學性質(zhì)等影響，它是涂層與金屬基體之間表面物質(zhì)的分子間作用力大小的體現(xiàn)。涂層的附著力包括涂層與金屬之間的粘附力和涂層內(nèi)部自身的凝聚力。這兩方面的作用力是涂層防護體系中必不可少的。附著力測定一般采用圓滾線劃痕法。涂層的抗沖擊性，又稱沖擊強度，是指涂層受外界沖擊負荷時吸收能量的能力。實質(zhì)上是涂層在高速重力作用下發(fā)生快速變形而不出現(xiàn)開裂或涂層從金屬基體上脫落的能力?？箾_擊性測定是以一定重量的小球落在涂層試樣上，涂層沒有破壞的最大高度，通常表示為kg?cm。該值越大，說明其抗沖擊強度越高。環(huán)氧玻璃麟片底漆和環(huán)氧富梓底漆。將測試玻璃板涂層朝上，放置在水平工作臺上，然后慢慢降落擺桿到玻璃板上，調(diào)整標尺零點與靜止時位置處于同一垂直位置。然后將擺桿拉起并停在偏轉為5.5°的位置，松開擺桿，當擺桿擺至5°開始計時，記錄擺幅由5°減小到2°所需要的時間。為減少實驗誤差，同一塊玻璃板至少取3個不同位置，記錄每次所需的時間，并取平均值。按照公式（3?1）計算涂層硬度：x=%。 ⑺）式中X—涂層硬度；，一擺桿在涂層表面上從5°擺至2°的時間，s；1。一擺桿在玻璃板表面上從5°擺至2°的時間，s。二、陰極保護與涂層陰極保護是一種用于防止金屬在電介質(zhì)（海水、淡水及土壤等介質(zhì)）中腐蝕的電化學保護技術，該技術的基本原理是對被保護的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當金屬的電位負于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程就會得到有效抑制。根據(jù)提供陰極電流的方式不同，陰極保護又分為犧牲陽極法和外加電流法兩種，前者是將一種電位更負的金屬（如鎂、鋁、鋅等）與被保護的金屬結構物電性連接，通過電負性金屬或合金的不斷溶解消耗，向被保護物提供保護電流，使金屬結構物獲得保護。后者是將外部交流電轉變成低壓直流電，通過輔助陽極將保護電流傳遞給被保護的金屬結構物，從而使腐蝕得到抑制。不論是犧牲陽極法還是外加電流法，其有效合理的設計應用都可以獲得良好的保護效果。陰極保護和涂覆層的聯(lián)合應用，可以使地下或水下金屬結構物獲得最經(jīng)濟和有效的保護。良好的涂覆層可以保護構筑物99%以上的外表面不受腐蝕，地下或水下的金屬結構物通常在使用前涂覆防護涂層用以將金屬與電介質(zhì)環(huán)境電絕緣隔離。如果金屬構筑物能夠做到完全電絕緣隔離，金屬在電介質(zhì)中的腐蝕電池的形成將受到抑制，腐蝕電流將無法產(chǎn)生，從而防止金屬的腐蝕。然而，完全理想的涂覆層是不存在的，由于施工過程中的運輸、安裝及補口，熱應力及土壤應力、涂層的老化及涂層微小針孔的存在，金屬結構物的外涂層總會存在一些缺陷，而這些缺陷最終將導致金屬的局部腐蝕產(chǎn)生。陰極保護技術和涂層聯(lián)合應用則可以有效解決這一問題。一方面陰極保護可有效地防止涂層破損處產(chǎn)生的腐蝕，延長涂層使用壽命，另一方面涂層又可大大減少保護電流的需要量，改善保護電流分布，增大保護半徑,使陰極保護變得更為經(jīng)濟有效，對于裸露或防腐涂層很差的地下或水下金屬構筑物，陰極保護甚至是腐蝕防護的唯一可選擇的手段。陰極保護的費用通常只占被保護金屬結構物造價的1%?5%,而結構物的使用壽命則可因此而成倍甚至幾十倍地延長，因此，這項技術得到人們的普遍認可，并已在船舶、港工設施、海洋工程、石化、電力、市政等領域得到越來越廣泛的應用，前景十分廣闊。涂層一般涂覆大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮差區(qū)，全浸區(qū)和海泥區(qū)一般用陰極保護（犧牲陽極或外加電流）。原因是陰極保護的效果足夠好（海水的電導率很高，如果保護土壤中的管道，常常是涂料結合陰極保護）。當然，業(yè)主或設計單位要求全部涂，可以把涂料延伸到全浸區(qū)和海泥區(qū)（沒有標準說一定不能或能把涂料使用在這些區(qū)域）。陰極保護使用的場合較多，它通常由一個電源變壓器和一個橋型整流器組成。陰極保護的電壓是可以調(diào)節(jié)的，使用的電源負荷較大。它把交流220V電源通過變壓器和整流電路變成直流，將負電極接至金屬外皮，正電極接地，確保線纜外皮對地保持適當?shù)呢撾娢?，這樣線纜的金屬外皮就不容易受到腐蝕了。陰極保護設備如果不用交流電，也可以用直流電池供電。但注意陰極設備應安裝在線纜外皮平均正電位最高的地點。金屬一電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應過電位na減小，反應速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護效應。利用陰極保護效應減輕金屬設備腐蝕的防護方法叫做陰極保護。由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應所需，從而使金屬氧化反應（失電子反應）受到抑制。當金屬氧化反應速度降低到零時，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應。兩種陰極保護法：外加電流陰極保護和犧牲陽極保護。1、犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾,廣泛應用于保護小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結構。如，城市管網(wǎng)、小型儲罐等。根據(jù)國內(nèi)有關資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓，認為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，最多5年。犧牲陽極陰極保護失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設計犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)時，除了嚴格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。2、外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，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(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，使被保護金屬結構電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結構，如：長輸埋地管道，大型罐群等。1）什么是強制電流陰極保護系統(tǒng)？強制電流陰極保護系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在被保護結構周圍同一電解質(zhì)環(huán)境中埋設輔助陽極，通過一直流電源以輔助陽極為陽極，以被保護結構為陰極，構成供電回路，將直流電通向被保護的金屬，使被保護金屬強制變成陰極以實施陰極保護。2）什么是犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)？犧牲陽極法是用一種電位比所要保護的金屬還要負的金屬或合金與被保護的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護其它金屬的方法。3）強制電流陰極保護系統(tǒng)的組成有什么？強制電流陰極保護系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測試樁、電流測試樁、保護效果測試片、電絕緣裝置、電絕緣保護裝置。4）電源的作用是什么？電源的作用是向陰極保護系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。5）電源的類型主要有哪幾種？從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開關。可控硅和磁飽和恒電位儀體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低（低于70%）不易實現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20%以下的輸出無法控制。數(shù)控高頻開關恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90%以上）。6）輔助陽極的作用是什么？輔助陽極的作用是通過介質(zhì)（如土壤、水）與管道之間形成電回路。通過在陽極表面發(fā)生電化學反應，不斷向陰極結構提供電子，從而使陰極極化到保護電位。7）輔助陽極的種類有多少？輔助陽極根據(jù)有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽極、柔性陽極、貴金屬電極等。8）控制參比電極的有那些？控制參比電極主要有長壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來設計。9）為什么需要采用電絕緣？在陰極保護技術中，要求被保護結構需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護電流會流失到未被保護的金屬構筑物上，設計的電流需求量可能不足，保護效果不理想，另外，可能會產(chǎn)生雜散電流的干擾。電絕緣要根據(jù)結構的實際情況進行考慮。10）測試樁的作用是什么？測試樁的作用主要是用于檢測陰極保護效果和運行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測試樁、電流測試樁、保護效果測試片測試樁樁。11）