海洋石油平臺常用涂層附著力檢測方法

王 猛 張富春 王 鑫 李 冬 秦玉良 付維民

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 前言

隨著海洋石油進軍深海計劃的實施，海洋石油平臺從淺海走向了深海，相應的腐蝕環(huán)境也更加苛刻，海洋平臺鋼結構處于嚴酷的腐蝕環(huán)境中[1]，對防護涂層的性能提出了更高的要求，涂層附著力是評價一個涂層或涂層體系最重要的一項指標[2]，對其進行研究討論是很有意義的。

1 涂層附著力的含義及影響因素

涂層的附著力是一種特殊的界面作用力，有機涂層的附著力包括兩方面：一是有機涂層與基體金屬表面的粘附力，其次是有機涂層本身的凝聚力。兩者在涂層防護的整個體系中是缺一不可的。附著力不好，再完好的涂層也起不到作用；而涂層本身凝聚力差，則漆膜容易龜裂。這兩者共同決定涂層的附著力。據(jù)研究，影響涂層附著力的基本因素主要有兩個，涂料對底材的濕潤性和底材的粗糙度。涂層對金屬底材的濕潤性越強，附著力越好；一定的表面粗糙度對涂層起到了咬合錨固的作用[3]。

2 涂層附著力的檢測方法

在海洋平臺鋼結構的涂裝過程中，施工現(xiàn)場常用的涂層附著力檢測方法有用刀具劃X、劃格法、拉開法、鑿擊法，以及針對鍍鋅層的劃痕法等，各種方法介紹如下：

2.1 劃X法

海洋平臺鋼結構涂層的干膜厚度通常為150微米-400微米，劃X法適用于干膜厚度高于125微米的涂層，所以經(jīng)常被使用，該方法的優(yōu)點是工具簡單、方便快捷，但是不能測出附著力的具體值，只能通過評級判斷附著力的好壞。檢測的主要工具有劃X法導向器、鋒利的刀片、25mm寬的半透明壓敏膠帶、橡皮擦以及照明燈源等[4]。

2.1.1 檢測步驟：

對涂層表面進行清潔干燥，表面潮濕、油污以及高溫等會影響附著力。

按標準選定檢測區(qū)域，借助劃X法導向器用刀具沿直線穩(wěn)定地切割漆膜至底材，夾角為30～45°，劃線長40mm，交叉點在線長的中間。

通過燈光照明查看鋼質基底的反射，觀察劃痕是否到底材，如果沒有，則在另一位置重線切割，不宜在同一位置重復劃線。

截取75mm長的膠帶，把膠帶中間處放在切割處的交叉點上，用手抹平，再用橡皮擦摩平，觀察透明膠帶的顏色確定與涂層接觸的狀態(tài)程度。

在90±30s內(nèi)，以180°從漆膜表面撕開膠帶，觀察涂層拉開后的狀態(tài)評定附著力級別。

2.1.2 附著力評級

標準中定義了六個級別，如圖1，通常2A級以上為可接受狀態(tài)。

5A：沒有脫落或脫皮；

4A：沿刀痕有脫皮或脫落的痕跡；

3A：刀痕兩邊都有缺口狀脫落達1.6mm；

2A：刀痕兩邊都有缺口狀脫落達3.2mm；

1A：膠帶下X區(qū)域內(nèi)大部分脫落；

0A：脫落面積超過了X區(qū)域。

圖1 附著力劃X法的涂層狀態(tài)

2.2 劃格法

劃格法適用于檢測干膜厚度小于125μm的涂層[4]，在海洋平臺鋼結構的涂裝過程中應用較少，主要用于檢測底漆的附著力，多用于實驗室中。有的標準中規(guī)定，劃格法可以檢測涂層厚度到250微米，此時劃格的間距要增大到3mm[5]，見表1。

檢測的主要工具有單刃刀具、透明壓敏膠帶、放大鏡、橡皮擦等。為了避免人為誤差，發(fā)展有電動劃格法附著力測試儀，可以自動劃格，例如德國Erichzen儀器公司生產(chǎn)的430型，可以進行多種規(guī)格的試驗。

2.2.1 檢測步驟：

(1)檢測涂層干膜厚度，判斷是否可用劃格法，并確定適當?shù)那懈铋g距；

(2)以穩(wěn)定的壓力，規(guī)定的間距，勻速地切割漆膜，直透底材表面；

(3)重復以上操作，以90°角再次平行等數(shù)切割漆膜，形成井字格；

(4)劃格完畢后，用軟刷輕掃表面；

(5)截取75mm長度的壓敏膠帶，從膠帶中間與劃線呈平行放在格子上，至少留有20mm長度在格子外以用手抓著，用手指摩平膠帶，用橡皮擦壓緊；

(6)抓著膠帶一頭，在0.5～1.0s內(nèi)，以接近60°角撕開膠帶；

(7)將撕下的膠帶黏貼到白紙上保存，檢查切割部位的狀態(tài)，評定級別。

2.2.2 附著力評級

ISO2409標準中定義了六個級別，見表2，0～5級由好到壞，通常2級以上為可接受狀態(tài)。ASTM D3359標準的分級有所不同，規(guī)定5～0B級為由好到壞，兩者的測試方法和描述基本相同。在海洋石油平臺鋼結構的涂裝過程中，對涂層附著力要求更加嚴格，通常要到達1級以上。

2.3 拉開法

在海洋石油平臺鋼結構的涂裝過程中，

若要準確測定涂層附著力，拉開法是最常用的方法，該方法可以直接測出附著力的數(shù)值(MPa或psi)，并判定涂層失效的部位[6,7]。

拉開法測試儀器有機械式Elcometer 106型，氣動式Elcometer 108型和液壓PAT M01等。機械式檢測受操作人員、環(huán)境等因素影響大，檢測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，在海洋平臺鋼結構的涂裝過程中，常用Elcometer 108型附著力檢測儀，見圖2。

表2 ISO 2409劃格法的附著力級別

圖2 Elcometer 108型儀器檢測涂層附著力

2.3.1 檢測步驟：

(1)測試用圓柱用240-400目細度的砂紙砂毛，使用前用溶劑擦洗除油；

(2)測試部位用溶劑除油除灰；

(3)按正確比例混合雙組份無溶劑環(huán)氧膠粘劑，涂抹上圓柱，壓在測試涂層表面，轉向360°，確保所有部位都有膠粘劑附著；

(4)用膠帶固定圓柱在涂層表面，雙組份環(huán)氧膠粘劑室溫下要固化24小時；

(5)測試前，先用刀具圍著圓柱切割涂層到底材，如果干膜厚度低于150微米時，可以不進行切割處理；

(6)用拉力儀套上圓柱，進行測試，記錄破壞強度，以及破壞狀態(tài)。用百分比表示出涂層與底材、涂層之間、涂層與膠水以及膠水與圓柱間的附著力強度及狀態(tài)。

2.3.2 附著力評估

破壞強度的數(shù)值可以直接從儀器上讀出，單位為MPa或psi。海洋平臺鋼結構的涂裝一般要求5MPa以上，一些要求比較嚴格的項目會要求7MPa以上。

2.4 鑿擊法

在海洋平臺鋼結構的涂裝中，防火漆是一種特殊的涂料，防火性能的保障除了要有足夠的膜厚外，同時還需具備良好的附著力，海洋平臺防火漆附著力的檢測一般不在工件上直接進行(除非業(yè)主要求)，而是采取做樣板的方式用鑿擊法檢測[8]。

2.4.1 檢測步驟：

(1)按防火漆的施工工藝噴涂一塊樣板；

(2)待油漆完全固化后，劃定一個250mm×250mm的區(qū)域；

(3)用一個鋒利的鑿子(寬度不大于50mm)鑿掉選定區(qū)域的油漆，觀察記錄油漆的剝落情況(見圖3)。

圖3 防火漆涂層附著力檢測

2.4.2 附著力評估

對于防火漆附著力的評估，沒有一個統(tǒng)一行業(yè)標準，各個企業(yè)的標準有所不同，例如某國際品牌油漆廠商規(guī)定，在選定的試驗區(qū)域(250mm×250mm)，鑿掉下的油漆塊數(shù)多余4塊，則認為該油漆附著力合格。

2.5 鍍鋅層附著力檢測

海洋石油平臺上，一些鋼結構(欄桿、格柵、踏步等)需要鍍鋅防腐，常用的鍍鋅方式為熱浸鋅。關于附著力的檢測，標準推薦的方法為劃痕法。

施加一定的壓力清楚鋅層，通過切割或用一把結實的刀以撬的方法來確定鋅層對基體金屬的附著力。在刀尖處，如果鋅層以層的方式剝離，就可以認為附著力不充分。不可在邊或角處(附著力較小的地方)進行測量，不能通過使用剝或切削清楚鋅層小顆粒的方法來確定失效[9,10]。

3 總結

海洋石油平臺鋼結構防腐過程中，涂層附著力的好壞直接影響涂料對基材的保護能力。附著力指標對于評價涂層的好壞非常重要，根據(jù)油漆厚度、種類、性能選擇合適的附著力檢測方法，對于正確評估油漆系統(tǒng)的性能是有重要意義的。

[1]陳勝利, 蘭志剛, 宋積文. 海洋石油平臺的腐蝕監(jiān)測技術[J]. 石油與天然氣, 2010, 24(6): 22-25.

[2]許君. 涂層附著力測試方法比較及影響因素探討[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2012,11(5): 18-20,27.

[3]宋玉蘇, 姚樹人. 涂層與基體金屬附著力的研究進展[J].材料保護, 1999,32(9): 21-23.

[4]ASTM D3359-08: Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test.

[5]ISO2409-07: Paints and varnishes - Cross-cut test.

[6]ISO4264: Paints and varnishes - Pull-off test for adhesion.

[7]ASTM4541: Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers.

[8]孫曉明, 劉曉斌. 海洋石油平臺防火涂料施工質量控制[J]. 2007年度海洋工程學術會議論文集，2007.

[9]ASTM A 153/A 153 M-09：Standard Specifica -tion for Zinc Coating (Hot-Dip) on Iron and Steel Hardware.

[10]ASTM A 123/A 123M-02: Standard Specif i ca -tion for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel. Products.