金屬涂層失效機(jī)制及相應(yīng)對(duì)策分析

【摘要】在設(shè)備表面涂上電鍍層、噴鍍層以及刷鍍層，不僅能夠保持設(shè)備的美觀，同時(shí)也能夠起到防腐防銹的作用，因此，這種涂層防護(hù)措施廣泛的被使用在各個(gè)方面，但是近年來隨著時(shí)代發(fā)展與研究的深入，金屬涂層失效的問題也逐漸凸顯出來。文章針對(duì)幾種常見的金屬涂層失效機(jī)制進(jìn)行了探討，并提出了對(duì)金屬涂層的保護(hù)措施，為提高金屬涂層的使用效率提供參考。

【關(guān)鍵詞】金屬涂層；失效機(jī)制；防護(hù)對(duì)策；防腐防銹

一、前言

金屬涂層的主要作用是防止設(shè)備等與空氣中的水分接觸，生銹或者被腐蝕。由于這一特性，金屬涂層在與空氣接觸時(shí)間久之后就會(huì)出現(xiàn)不同程度的褪色、老化、脫落等現(xiàn)象，并且這種現(xiàn)象受到不同環(huán)境因素的影響，表現(xiàn)也有所不同。在相同地區(qū)不同材料的損壞程度也是不盡相同。因此，涂層本身的性質(zhì)以及環(huán)境因素是決定涂層使用效果與使用壽命的決定性因素。

有機(jī)涂層老化的主要原因是受到太陽輻射、環(huán)境溫度和環(huán)境濕度；次要原因是指空氣污染、生物現(xiàn)象、酸雨、風(fēng)沙等，這些因素的綜合作用導(dǎo)致了涂層的老化也即防腐蝕涂層的失效[1]。金屬涂層的失效是指由于金屬長期暴露于大氣中，引起涂層的各種物理和化學(xué)性能的衰變，并使其失去原有性能，部分或全部失去對(duì)基體金屬材料的保護(hù)作用[2]。

二、金屬涂層失效機(jī)制的研究

在對(duì)金屬涂層的失效機(jī)制與保護(hù)性能等方面，我國相關(guān)工作人員與科研人員開展了長期的研究工作，取得了較大進(jìn)展。失效機(jī)制研究主要有光化學(xué)老化以及水解老化等方面的問題。

1、光化學(xué)老化研究

在對(duì)金屬涂層失效的主要因素進(jìn)行研究中，太陽輻射導(dǎo)致的材料老化是導(dǎo)致金屬涂層失效的主要原因。在老化過程中產(chǎn)生一定的自由基反應(yīng)，受到紫外線的影響，材料在光化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生很多易流失的小分子，如酸、醇等，這些小分子形成后不斷被水分帶走，導(dǎo)致涂層的質(zhì)量以及涂層機(jī)理發(fā)生較大變化，出現(xiàn)涂層的開裂、脫皮等現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在含有顏料的涂層中表現(xiàn)得較為明顯。由于涂層中的高聚物損失導(dǎo)致顏料的體積增加，出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。表層材料的質(zhì)地較硬，下底層材料的質(zhì)地較軟，容易開裂。

2、由水降解引起的老化研究

涂層在戶外環(huán)境中不僅受到太陽輻射影響發(fā)生降解反映，同時(shí)也會(huì)受到環(huán)境中水分作用的影響導(dǎo)致涂層材料出現(xiàn)水降解的反應(yīng)。涂層材料中如果存在容易被水分降解的胺，醚等分子，受到環(huán)境中水降解的影響就更大，在研究中發(fā)現(xiàn)，排除紫外線的影響下，在濕潤環(huán)境中的材料比在干燥環(huán)境中的材料老化更快。大部分金屬涂層在受到太陽輻射的影響后，產(chǎn)生降解反應(yīng)，降解后在涂層中產(chǎn)生較多的親水性分子，同時(shí)又產(chǎn)生水降解反應(yīng)。在涂層老化的過程中，光化學(xué)老化與水降解同時(shí)存在與材料老化過程中，不能割裂開來[3]。

3、涂層起泡導(dǎo)致的失效研究

從擴(kuò)散角度分析涂層的失效。涂層的失效是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程。同時(shí)也是一個(gè)包含諸多因素、相當(dāng)復(fù)雜的過程。在材料降解過程中，首先與水分以及氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕，并逐漸擴(kuò)散到涂層中，水分在金屬材料中不斷滲透，由于水分的作用，涂層對(duì)材料的附著能力持續(xù)降低引起涂層的脫落現(xiàn)象；另一種是對(duì)于強(qiáng)勢(shì)附著力體系或由于形成腐蝕產(chǎn)物，側(cè)向壓力小于水側(cè)向發(fā)展的阻力，使得水只能在原始位置積累，從而引起局部起泡[4]。

三、金屬涂層失效的對(duì)策分析

普通涂層的防護(hù)方式是在金屬材料的表面進(jìn)行噴涂，涂層主要有底漆、中層漆以及面漆三部分組成，這三部分按照不同的特性共同發(fā)揮作用以保護(hù)材料使用效果。底漆能夠起到一定的防銹作用，具有較強(qiáng)的附著力，中層漆主要是防止外界水分子滲透，表面的漆則是起到抵抗外部材料腐蝕的作用。因此，在對(duì)預(yù)防涂層失效方面，著重從以下結(jié)構(gòu)方面入手：

1、注意漆層厚度對(duì)失效機(jī)制的影響

在進(jìn)行金屬涂層保護(hù)過程中，注意對(duì)金屬涂漆的厚度進(jìn)行取舍，涂層太厚或者太薄都會(huì)對(duì)材料作用的發(fā)揮造成影響。如果涂的太厚，一方面會(huì)造成材料的浪費(fèi)，另一方面會(huì)降低涂層的使用性能，使涂層的防腐特性不能得到有效發(fā)揮，影響了涂層使用效果。涂料太薄則更容易失效，不能達(dá)到預(yù)期的使用效果，因此，涂層的厚度應(yīng)當(dāng)依據(jù)金屬材料的使用環(huán)境與使用條件進(jìn)行選擇，環(huán)境腐蝕性的強(qiáng)弱與材料的用途都會(huì)對(duì)漆層的涂刷厚度造成影響。

2、注重對(duì)金屬表面作除銹處理

在對(duì)金屬涂層失效的研究中，發(fā)現(xiàn)有一部分涂層失效是由于金屬表面的除銹工作不恰當(dāng)導(dǎo)致的。金屬表面的除銹是保障金屬涂層能夠有效發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。在金屬材料的表面如果有浮灰、氧化皮等附著物，在進(jìn)行涂刷前，要注意將附著物清理掉，否則即使有金屬涂層保護(hù)材料不受外界的環(huán)境因素的腐蝕，也會(huì)由于材料本身存在的灰塵等導(dǎo)致材料起皮，達(dá)不到保護(hù)材料的效果。涂裝施工質(zhì)量的好壞，對(duì)漆膜的使用壽命有較大的影響。而施工質(zhì)量則受到漆膜的質(zhì)量以及金屬材料的除銹工作、漆膜種類與施工工藝等的影響，因此要特別注重對(duì)金屬材料的除銹與選擇。

在對(duì)材料的表面進(jìn)行處理的過程中，要注意遵循一定的處理方法，首先，對(duì)材料的打磨最好使用噴砂的方式，這種方法能夠增加噴漆表面的粗糙程度，且處理時(shí)金屬表面粗糙度不宜超過漆膜厚度的1/3，這樣的話可增加漆膜和金屬表面結(jié)合力，延長金屬涂層的使用壽命，從而更好的延長金屬的使用壽命。

四、總結(jié)

綜上所述，延長金屬涂層使用壽命與使用效果的主要方法是注意涂層的厚度的選擇以及加強(qiáng)對(duì)金屬表面的防銹處理。在施工中注意金屬涂層的厚度要適宜，依據(jù)環(huán)境以及材料要求來選擇施工厚度。對(duì)材料的表面處理也是涂層質(zhì)量好壞的主要影響因素之一，受到施工中對(duì)材料表面處理不當(dāng)而導(dǎo)致的涂層失效問題占涂層問題中的一半以上，因此要加強(qiáng)對(duì)這一問題的認(rèn)知。

參考文獻(xiàn)

[1]陶蕾，宋詩哲，金威賢.基于圖像顏色特征的涂層老化失效檢測(cè)方法[J].化工學(xué)報(bào)，2010，61（2）：410-418.

[2]龐然，左禹，唐聿明等.環(huán)氧/聚氨酯涂層在4種環(huán)境中失效行為的EIS[J].化工學(xué)報(bào)，2010，61（10）：2657-2659.

[3]劉純波，林鋒，蔣顯亮.熱障涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2011，17（1）：2-3.

[4]何毅，徐中浩，陳航宇，唐艷麗，陳丹.金屬材料防腐技術(shù)的研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2013，42（11）：2065-2067.