化工機(jī)械設(shè)備電化學(xué)腐蝕與防護(hù)方法研究

魏者聰 高陽 王長(zhǎng)紅 張鶴

摘要：化工機(jī)械設(shè)備中最為常見的、嚴(yán)重的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，所以對(duì)電化學(xué)腐蝕進(jìn)行研究可以降低化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕程度。文章首先對(duì)化工機(jī)械設(shè)備發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因進(jìn)行分析，然后通過研究化工機(jī)械設(shè)備的改性無溶劑防腐蝕涂料。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)該涂層效能進(jìn)行分析，結(jié)果表明硅烷偶聯(lián)劑A16和有機(jī)硅環(huán)氧樹脂加入到無溶劑防腐蝕涂料中，可以達(dá)到很好的防止電化學(xué)腐蝕發(fā)生。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械設(shè)備;電化學(xué)腐蝕;防腐蝕方法

中圖分類號(hào)：TQ050.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）10-0107-04

1化工機(jī)械設(shè)備的電化學(xué)腐蝕原因

電化學(xué)腐蝕是由鐵和氧形成的兩個(gè)電極組成腐蝕原電池，電流不對(duì)外做功，電子自耗于腐蝕電池內(nèi)陰極的還原反應(yīng)中。電化學(xué)腐蝕是化工機(jī)械設(shè)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(duì)化工機(jī)械設(shè)備能夠造成非常嚴(yán)重的后果。其發(fā)生腐蝕原因的化學(xué)方程式如下所示，該反應(yīng)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)。

Fe+2H⁺→Fe²⁺+H²

圖1為化工機(jī)械設(shè)備表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕后的現(xiàn)象，從圖1可以看出，發(fā)生的腐蝕現(xiàn)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(huì)造成化工機(jī)械設(shè)備的使用壽命變短，極大的造成了經(jīng)濟(jì)損失，還減慢了化工生產(chǎn)的速度，嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響甚至是員工的人生安全。一般情況下，化工機(jī)械設(shè)備發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因有兩種，一種是化工機(jī)械設(shè)備的自身的組成和結(jié)構(gòu)，二是外界環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)與化工機(jī)械設(shè)備相接觸。由于電化學(xué)腐蝕會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備造成嚴(yán)重的影響，所以對(duì)其進(jìn)行防腐工作至關(guān)重要。

2化工機(jī)械設(shè)備電化學(xué)腐蝕防護(hù)方法

目前，對(duì)于防止化工機(jī)械設(shè)備電化學(xué)腐蝕的出現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)很多方法，比如犧牲陽極保護(hù)法、外加電流陰極保護(hù)法等，這些方式都可以減少電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，本文將從化工機(jī)械設(shè)備的防腐涂料人手，研究納米二氧化硅改性環(huán)氧樹脂的涂層防腐蝕性能效果。

2.1實(shí)驗(yàn)原料

雙酚A無溶劑環(huán)氧防腐蝕涂料、二氧化硅改性環(huán)氧樹脂、改性胺固化劑、活性稀釋劑、有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂，硅烷偶聯(lián)劑A16，為了突出該改性防腐蝕涂料能夠?qū)C(jī)械設(shè)備起到很好的防治電化學(xué)腐蝕，制作普通的雙酚A無溶劑環(huán)氧防腐蝕涂料與之形成對(duì)比試驗(yàn)。

2.2試驗(yàn)過程

制作試驗(yàn)試樣：由于化工機(jī)械設(shè)備制作材料很多采用鋼板材料，所以本文在鋼板上進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)備幾塊，放于常溫環(huán)境下7天干燥，然后選擇涂層厚度最為均勻的鋼板作為實(shí)驗(yàn)的樣本。

2.3結(jié)果討論

2.3.1改性環(huán)氧樹脂對(duì)涂層性能的影響

為了研究改性環(huán)氧樹脂的防腐性能，選擇了只含有改性環(huán)氧樹脂的涂料涂抹在鋼板上的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，從表1中可以看出，當(dāng)改l生環(huán)氧的的含量由0增加到10%時(shí)，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(dāng)含量大于10%后，各方面的性能開始下降，所以可知，當(dāng)改性環(huán)氧樹脂的含量為10%時(shí)，最有利于試樣的性能。

2.3.2硅烷偶聯(lián)劑A16對(duì)涂層的影響

將硅烷偶聯(lián)劑A16加人到無溶劑改性環(huán)氧涂料中，研究涂層的附著力。研究結(jié)果如圖2所示，其中設(shè)置的改性環(huán)氧樹脂的含量為10%，從圖2可以看出，含有硅烷偶聯(lián)劑A16的涂層，其附著力明顯增大。當(dāng)附著力增大后，能夠保障防腐涂料長(zhǎng)時(shí)間的粘附在金屬表面，能達(dá)到長(zhǎng)期防腐的效果，所以加人硅烷偶聯(lián)劑A16更有利于化工機(jī)械設(shè)備的化學(xué)防腐。

2.3.3有機(jī)硅環(huán)氧樹脂對(duì)涂層的影響

經(jīng)過上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可知，改性環(huán)氧樹脂含量為10%、含有2%的硅烷偶聯(lián)劑A16有利防腐蝕的作用，所以本實(shí)驗(yàn)的涂層中也含有這兩種成分。有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，從表2中可以看出，當(dāng)增加有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的含量時(shí)，耐堿腐蝕性能剛開始會(huì)增加很陜，當(dāng)有機(jī)硅環(huán)氧樹脂繼續(xù)增大時(shí)，耐堿腐蝕l生能就會(huì)保持在一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值內(nèi)。還可以看出涂層與水的接觸角度隨著有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的含量增大而增大，但是對(duì)于附著力、抗沖擊的性能并沒有什么明顯的變化。

有機(jī)涂層的防腐原理就是將鋼板與腐蝕介質(zhì)隔開，從而阻止腐蝕介質(zhì)腐蝕金屬表面，但是這種方式不能將金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開。因?yàn)槿軇?huì)揮發(fā)，出現(xiàn)這種情況后有機(jī)涂層表面就會(huì)出現(xiàn)很多針眼和分子結(jié)構(gòu)之間的縫隙，腐蝕性的物質(zhì)就會(huì)從這些縫隙中滲透到金屬材料的表面，造成金屬發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。如果涂層的各方面的性能越好，金屬被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)就越小。所以當(dāng)腐蝕性的物質(zhì)與金屬表面接觸所花的時(shí)間越長(zhǎng)，說明該防腐蝕性的涂層越好，反之，時(shí)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(cè)出涂層的耐腐蝕性能，因?yàn)橥繉泳拖喈?dāng)于一個(gè)擋箭牌的作用，當(dāng)這個(gè)擋箭牌出現(xiàn)漏洞時(shí)，就失去了它的作用，金屬表面就容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。所以涂層的阻擋效果可以用涂層對(duì)水的滲透速率和吸水能力表示，而抗?jié)B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(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂對(duì)涂層阻隔效果的影響，從表3中可以看出，當(dāng)有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂用量越來越多時(shí)，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(jī)硅環(huán)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(xiàn)這種現(xiàn)象的原因很大程度上是因?yàn)橛袡C(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂有助于提高涂層的疏水性。

涂層達(dá)不到防腐效果最主要原因就是腐蝕性的物質(zhì)穿過涂層進(jìn)人到了金屬表面，當(dāng)腐蝕性的物質(zhì)積累到一定程度后就會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。如圖3為有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂的涂料的電化學(xué)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(dāng)防腐涂層中不加入有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂時(shí)，電化學(xué)阻抗譜有一點(diǎn)擴(kuò)散現(xiàn)象，這時(shí)候腐蝕性的物質(zhì)比較容易穿過涂層，金屬的表面開始出現(xiàn)腐蝕的情況了，此時(shí)的防腐涂層已經(jīng)達(dá)不到防腐作用了。從表4中可以看出當(dāng)加人的有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂的量越來越大時(shí)，R。值越來越大，說明有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂與抗?jié)B透性能成正比關(guān)系。但是當(dāng)有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂的量由5%開始越來越大后，孔隙電阻也會(huì)越來越大，但增速減小。

從上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)在防腐涂層中加人有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂后，能夠使涂層的抗?jié)B透性能變好，使防腐介質(zhì)很難穿過涂層，從而對(duì)化工機(jī)械設(shè)備有更好的防腐效果。加入的有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂量越多，防腐蝕效果是越好好，但是實(shí)際情況中該物質(zhì)加人得越多，就會(huì)使材料成本增加，所以既能起到很好的防腐作用又能節(jié)約成本，將有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂的量設(shè)置為10%最為合理。

2.4改性涂層防腐蝕性能研究

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的涂層的防腐蝕效果，與普通的雙酚A無溶劑環(huán)氧防腐蝕涂料對(duì)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(jìn)行觀察，圖4和圖5所示，為兩種防腐涂料的觀察結(jié)果。從圖4中可以看出，普通的防腐涂料浸泡的時(shí)間越來越長(zhǎng)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(dāng)浸泡的時(shí)間越來越長(zhǎng)后，增幅程度也將會(huì)越來越大。如圖5所示為改性后的防腐蝕涂料的試樣結(jié)果，從圖中可以看出，與普通的涂層一樣，當(dāng)浸泡時(shí)間越來越長(zhǎng)時(shí)，涂層的孔隙率和粗糙深度都會(huì)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(shí)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(duì)化工機(jī)械設(shè)備的防腐效果很好。

通過上面所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)無溶劑環(huán)氧樹脂中添加改性環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅環(huán)氧雜化樹脂后，能夠極大程度的阻止腐蝕性的物質(zhì)與金屬表面接觸，降低化工機(jī)械設(shè)備中的電化學(xué)腐蝕。

3結(jié)語

電化學(xué)腐蝕作為化工機(jī)械設(shè)備中的最為常見且最為嚴(yán)重的腐蝕類型，對(duì)其進(jìn)行防腐工作非常有必要。又由于化工機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境比較特殊，經(jīng)常會(huì)與具有腐蝕作用的物質(zhì)接觸，于是作者研究了防止出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕的納米二氧化硅改性環(huán)氧樹脂涂料，該涂料具有很好的防腐蝕作用，當(dāng)向其加人硅烷偶聯(lián)劑A16和有機(jī)硅環(huán)氧樹脂時(shí)，可以明顯的增加化工機(jī)械設(shè)備的電化學(xué)腐蝕。防止化工機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕方式有很多，經(jīng)過研究防腐蝕涂層作為防腐方式能夠達(dá)到較好的作用，但是還是不能完全的保證化工機(jī)械設(shè)備不受到腐蝕侵害，所以今后需要對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的防腐蝕方法進(jìn)一步的研究，將防腐工作越做越好，可以減少很多的經(jīng)濟(jì)損失。