楊用增，安林超，程雪利

(1.新鄉(xiāng)市起重廠有限公司，河南新鄉(xiāng)453002;2.河南機電高等?？茖W(xué)校，河南 新鄉(xiāng)453000)

伴隨著我國工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化，工業(yè)生產(chǎn)門類日益增加，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境日益復(fù)雜和多樣化。特別是隨著石油化工、海洋化工、航海運輸業(yè)的發(fā)展，有腐蝕性的作業(yè)環(huán)境和領(lǐng)域愈來愈廣，普通的起重機械很難適應(yīng)這種腐蝕性環(huán)境［1，2］。還有一些電鍍、酸洗、蒸煮、熱處理、鑄造、船用的起重機械，常常由于金屬結(jié)構(gòu)腐蝕造成整機可靠性下降、壽命縮短、電氣漏電失效，以至于出現(xiàn)設(shè)備毀壞和人身事故災(zāi)害。統(tǒng)計顯示，全世界每年因金屬腐蝕造成的損失達7000億美元，我國因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失也占了國民總值的4%［3］。而起重機械金屬結(jié)構(gòu)占整機重量的90%以上，因此研究起重機械的腐蝕機理及防護措施有重要的現(xiàn)實意義。

1 起重機械金屬結(jié)構(gòu)腐蝕機理

起重機械金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，主要是由于在常溫大氣環(huán)境中使用，受空氣中的水分和其他污染物的化學(xué)、電化學(xué)的作用而引起的，它是在金屬結(jié)構(gòu)表面極薄的一層水膜下進行的，這些水膜是由于水分的直接沉降或由于大氣溫度的突然變化而產(chǎn)生的凝露。這些水膜又能溶入大氣中的氣體(如 O2、CO2、SO2、H2S等)、鹽類、塵土及其他污染物，再加上起重機械在生產(chǎn)制造、運輸及使用過程中人為污染因素，所有這些都會提高水膜的導(dǎo)電性而使腐蝕過程加速。當(dāng)金屬表面形成連續(xù)的電解液層時，便形成電化學(xué)腐蝕過程。一方面，含O2水膜中由于氧的去極化作用產(chǎn)生吸氧腐蝕，其總的反應(yīng)為:

整個過程表現(xiàn)為陰極得電子O2+2H2O+4e→4OH－，在陽極鐵被氧化成 Fe2+，F(xiàn)e－2e→Fe2+，在形成的Fe(OH)3及脫水后的Fe2O3，便是鐵銹的主要成分。

另一方面，金屬表面電解質(zhì)溶液中會溶有一定的量的CO2、SO2、H2S等，加上水的電離便產(chǎn)生析氫反應(yīng)，即:

鐵及其雜質(zhì)在 H+、OH－、等離子溶液中形成腐蝕電池，F(xiàn)e－2e→Fe2+，F(xiàn)e2++2OH－=Fe(OH)2，水膜中的H+從陰極中獲得電子生成H2放出，即2H++2e→H2。產(chǎn)物Fe(OH)2繼續(xù)氧化形成的Fe(OH)3及脫水后形成Fe2O3。

上述金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生的腐蝕過程表明，起重機械金屬結(jié)構(gòu)都是作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)而遭受到腐蝕，整個過程具有以下三個環(huán)節(jié)組成:①在陽極金屬失去電子變成金屬離子進入溶液，F(xiàn)e－2e→Fe2+。②電子由陽極流向陰極。③在陰極，流來的電子被溶液中能吸收電子的物質(zhì)接受生成還原物質(zhì)(2H++2e→H2，O2+2H2O+4e→4OH－)。在這三個環(huán)節(jié)中進行最慢的一個環(huán)節(jié)將決定金屬結(jié)構(gòu)整個腐蝕過程的速度［3，4］。

起重機械金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕按照發(fā)生的部位分均勻腐蝕和局部腐蝕。

均勻腐蝕是指腐蝕介質(zhì)對不能形成保護膜的材料表面的均勻腐蝕。它能使材料厚度逐漸減薄，使材料產(chǎn)生韌性破壞。

局部腐蝕是指腐蝕介質(zhì)通過各種形式作用在金屬結(jié)構(gòu)的局部部位，對金屬產(chǎn)生的腐蝕作用。包括孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫腐蝕等?？赘g通常發(fā)生在表面上有鈍化膜或有保護膜的金屬結(jié)構(gòu)上，當(dāng)鈍化膜被局部破壞，微小的破口處和破口周圍的膜形成兩極，產(chǎn)生電化腐蝕;縫隙腐蝕發(fā)生在起重機械金屬結(jié)構(gòu)焊接的焊縫處，焊縫易沉積腐蝕物質(zhì)，腐蝕破壞將由縫隙開始延伸逐漸擴大;晶間腐蝕是由金屬表面沿晶界向內(nèi)部深入，使晶界呈網(wǎng)狀腐蝕，使金屬的強度、塑性下降;氫腐蝕是指在高溫高壓下，氫侵入金屬表面，與某種元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬被破壞。但無論是均勻腐蝕還是局部腐蝕，發(fā)生腐蝕的機理都是一樣的。

2 起重機械金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的措施

根據(jù)起重機械金屬結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕原理，從三個環(huán)節(jié)和腐蝕的部位來看，必須消除產(chǎn)生腐蝕電池的各種條件，只有防止或破壞腐蝕電池的形成，防止電解溶液在金屬表面沉降和凝結(jié)，才能夠防止各種腐蝕介質(zhì)的侵入，完成金屬結(jié)構(gòu)的防腐過程。

2.1 金屬結(jié)構(gòu)表面涂料涂裝法

涂料涂裝法利用涂料的屏蔽作用(即達到一定厚度而致密無孔的涂膜能夠把金屬與環(huán)境隔離開，阻止腐蝕進程)、緩蝕作用(一些氧化性的顏料與鋼鐵接觸時能夠發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成保護膜，使金屬表面鈍化，提高涂層的保護作用)和電化學(xué)保護作用(在涂料中使用活性比鐵高的填料，如鋅，會起到犧牲陽極的保護作用)。

在起重機械行業(yè)的實踐中，常用的涂料涂裝法有表面鍍層、表面噴涂、表面涂漆。在一般的大氣環(huán)境下的金屬結(jié)構(gòu)采用鍍鋅保護法，如鋼絲繩的鍍鋅抗腐蝕(應(yīng)采用甲級鍍鋅，有酸性氣體的環(huán)境要鍍鉛)。在海洋性等潮濕環(huán)境中使用鍍鉻保護;對于起重機金屬結(jié)構(gòu)中的鑄鍛件可采用熱噴法保護表面，增加抗腐蝕能力，如減速器外殼采用粉末噴涂加環(huán)氧漆的抗腐蝕辦法。對于起重機金屬結(jié)構(gòu)中的主梁、端梁、小車架、卷筒組等必須采用表面涂漆的辦法來防腐蝕。涂漆前應(yīng)拋丸除銹，為了提高涂層的質(zhì)量在施工過程中必須注意要嚴格按相關(guān)標準除銹等級執(zhí)行，確保表面清潔度與粗糙度滿足要求。在輕度腐蝕環(huán)境使用的起重機，選用耐腐蝕性能一般的鐵紅醇酸底漆和醇酸面漆。對于在中度腐蝕環(huán)境或潮濕、多雨地區(qū)使用的起重機，選用附著力好、耐酸堿性能好的環(huán)氧類底漆和耐水性好、保光保色性好、耐腐蝕性能較好的丙烯酸面漆。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)表面熱處理保護法

對裸露在大氣環(huán)境中的鋼制零部件(開式齒輪、傳動軸、卷筒、鋼制滑輪、法蘭等)可以采用氧化、磷化、鈍化表面處理，提高這些零件的抗腐蝕能力。

2.3 加強密封保護法

有目的地封閉環(huán)境，盡量隔離腐蝕介質(zhì)區(qū)域，部分或全部消除腐蝕因素。如電器控制柜、電機、減速器、聯(lián)軸器節(jié)等要加強密封，嚴防灰塵、水和腐蝕介質(zhì)進入殼體內(nèi)。

2.4 設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)防腐蝕

設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)時，避免采用易于積灰、積水及涂料達不到的截面;合理選擇連接方式和焊接方式，盡量減少縫隙的存在，比如鉚接、螺紋連接、搭接焊的金屬接觸面極易造成O2的濃度差形成縫隙腐蝕，要保證接頭不滲透，金屬與非金屬(如橡膠、塑料等)的連接一定要緊密，潮濕的部位要盡量能更換;盡可能采用表面積最小的圓管和方管的管形截面，閉口截面在節(jié)點處盡可能封閉，防止水汽侵入，桿件為開口時，開口應(yīng)朝下［5，6］。

3 開發(fā)新型防腐蝕起重機的可能性及遇到的問題

20世紀80年代，國內(nèi)有學(xué)者以防爆電動葫蘆做過模擬防腐試驗，采用HF－45A型化工氣體腐蝕試驗箱體構(gòu)成腐蝕環(huán)境，對防爆電動葫蘆在升溫、高溫高濕、降溫、低溫高濕等條件下進行了模擬試驗與測定，并積累了一定的試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。20世紀90年代，國內(nèi)的起重機生產(chǎn)廠家主要對金屬結(jié)構(gòu)的部件密封技術(shù)做了大量研究工作，試制出了粉塵防爆葫蘆式起重機。近年來，有起重機械生產(chǎn)廠家已經(jīng)研制出專門的船用電動葫蘆，這些都為我國盡快研制生產(chǎn)新型防腐蝕起重機打下了良好的基礎(chǔ)［1］。

目前，國內(nèi)的起重機械行業(yè)還停留在對部分金屬結(jié)構(gòu)表面加強防護措施的階段，還沒有專門的廠家來研制、生產(chǎn)防腐蝕起重機的整機，國家也沒有出臺防腐起重機的相關(guān)標準。起重機生產(chǎn)企業(yè)缺乏交流，相關(guān)配套設(shè)備的防腐技術(shù)落后，防腐技術(shù)的試驗檢測條件也不成熟［7，8］。

4 結(jié)束語

起重機械金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕是不可避免的，我們只有了解了金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕機理，研究出有效的防腐措施，才能更好地防護起重機的腐蝕，開發(fā)出新型的防腐起重機。使起重機械在化工、水利、電力、冶金等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

［1］ 宮本智.葫蘆式起重機［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［2］ 陳剛.岸邊起重機結(jié)構(gòu)表面防腐涂料的發(fā)展趨勢［J］.港口機械，2008，(3):5 －9.

［3］ 王錫春，姜英濤.涂裝技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1986.

［4］ 卞廣強，等.鑄造環(huán)境中起重機控制柜的安全防護［J］.起重運輸機械，2010，(7):75－79.

［5］張質(zhì)文，王金諾，虞和謙，等.起重機設(shè)計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1998.

［6］ TSGQ0002—2008，起重機械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機［S］.

［7］ GB 6067—1985，起重機械安全規(guī)程［S］.

［8］ GB/T 3811—2008，起重機設(shè)計規(guī)范［S］.