闞 毅，曹祥薇，毛曉坡

（1.湖北方源東力電力科學研究有限公司，湖北 武漢430077；2.湖北中煙卷煙材料廠，湖北 武漢430050；3.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢430077）

0 引言

輸電線路鐵塔大部分建于野外，甚至是人煙罕至的地區(qū)，維護較為困難。因此輸電鐵塔所用的角鋼都是經(jīng)過熱鍍鋅防腐處理，以滿足國家電網(wǎng)有限公司的耐腐蝕標準要求［1-3］。這種經(jīng)過熱鍍鋅處理后的角鋼，通常壽命能夠達到30 年左右。但是由于在角鋼的運輸、拖拉、安裝的過程中，經(jīng)常發(fā)生磕碰，因此在角鋼的某些區(qū)域會發(fā)生鍍層開裂、脫落的現(xiàn)象［4-6］。另外，由于戶外環(huán)境復雜多變，鐵塔的某些方位常年潮濕，在這些部位鍍層優(yōu)先腐蝕，從而鋼基體裸露出來［7-9］。

針對上述鋼結構鍍層缺陷造成的鐵塔安全防護問題，早期的措施是采用有機涂料體系進行涂刷，實現(xiàn)物理屏蔽，以隔絕大氣環(huán)境，如環(huán)氧云鐵底漆＋丙烯酸聚氨酯面漆的配套方案，有的需要年復一年地維護涂裝［10-12］。輸電鐵塔通常建在交通不方便的野外，這樣帶來了較大的鋼結構防腐維護費用。同時，輸電鐵塔的特殊作業(yè)環(huán)境要求修復工藝盡量簡便易行，不需要攜帶復雜設備，一次成形后期免維護等［13-15］。

基于上述需求，發(fā)展更為施工工藝方便、耐腐蝕壽命更長的鍍層修復材料成為了一種迫切的需求。上世紀90 年代，在上述有機涂料體系之上，發(fā)展了一種富鋅漆體系，該體系主要有環(huán)氧樹脂、鋅粉、有機溶劑、助劑等構成［16-18］。由于添加了鋅粉，因此在一定程度上能夠起到犧牲陽極防護的作用，修復材料的耐腐蝕壽命達到6～8 年。該富鋅漆體系漆膜干燥后，鋅粉含量能夠達到80%作用，屬于第一代富鋅漆體系。該富鋅漆體系要求在鍍層缺陷的地方，將底銹去除干凈，以免造成涂層附著力不良。

但是，該體系富鋅漆需要用有機溶劑稀釋，有些產(chǎn)品為雙組分配方，甚至需要在現(xiàn)場調配，給施工工人造成了極大的不便。隨后開發(fā)了第二代無機水性富鋅漆涂料，該體系避免了有機溶劑帶來的污染和不便利的問題，施工工藝簡單，因此得到了應用［19-21］。但是，該體系的鋅粉含量只能在80%左右，耐腐蝕壽命達不到20年以上。

目前，第3 代的高鋅含量鍍層修復材料正在得到開發(fā)，它由純度高于99.99%的鋅粉、揮發(fā)性溶劑和特殊有機樹脂3 部分配制而成，涂層干膜中含鋅量高達90%以上，以涂料的形式完成對鋼鐵表面的防腐防銹處理，和熱鍍鋅具有相同的防腐防銹的作用［22-24］，具有干燥時間快、施工簡單、施工環(huán)境要求低等特點，特別是在梅雨季節(jié)，表面很快干燥，不用擔心雨淋。單組分是它的又一特點，而且還具有易保管，保質期長等特性。在一般的腐蝕環(huán)境（C3類）中，涂層厚度在80 μm以上時，防腐年限可達10～20年。

1 鍍鋅層缺陷修復工藝技術研究

1.1 鋅層修復材料防護機理

球鋅之間是以點接觸的形式來傳輸電子，它們相互接觸，并和鋼基體也保持電接觸。由于球狀鋅粉是點接觸，所以涂層的導通性較差，為了提高涂層的電導率，必須往涂層中添加大量鋅粉，黏結劑不足以填補涂層間的孔隙，從而形成了多孔隙的涂層結構［25-27］。

Morcillo 等人認為，富鋅涂料中存在2個不同的傳導過程，包括離子的傳導過程和電子的傳導過程。當離子傳導存在時就沒有電子傳導，陰極、陽極在鋅表面同時發(fā)生，絕緣的鋅及鋅的絡合物的腐蝕產(chǎn)物快速地在鋅粒子表面上積累［28-30］。這些生成物是極難溶解的穩(wěn)定物，可以防止氧、水及鹽類對鋼鐵的腐蝕，其化學反應如下：

在自然環(huán)境中：

在海水中：

鋅的腐蝕產(chǎn)物的種類隨腐蝕介質的不同而不同，例如有氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氯化鋅［Zn（OH）Cl］、氧氯化鋅［ZnOCl］、硫酸鋅等。由于這些物質的形成使得體積膨脹，它們填滿涂膜的空隙，從而防止鐵表面與氧、水等有害介質的進一步接觸，起著物理屏蔽作用，阻止鋅、鐵進一步被氧化；另一方面，這些腐蝕產(chǎn)物可使涂膜緊密地結合起來，增大電阻，減弱電化學腐蝕速率，鋅粉的消耗速率就大大降低，其耐久性便得以提高，從而延緩腐蝕，達到防腐目的。

1.2 鋅層修復材料的制備

鋅層修復材料以合成樹脂（如：環(huán)氧、聚酯樹脂等）為成膜物質，以高含量鋅粉為顏填料的防腐涂料，同時添加少量助劑以及揮發(fā)性溶劑，如表1所示。

表1 鋅層修復材料主要成分配比Table 1 The main composition ratio of zinc layer repair materials

修復材料A 為單組分高含鋅量修復劑，它是由純度高于99.9%的鋅粉、揮發(fā)性溶劑和有機樹脂3 部分配制而成的鍍鋅涂料。與其他雙組分涂料或其它單組分產(chǎn)品相比，本材料中鋅的含量極高（干膜中含96%以上的鋅）。

修復材料B 的金屬鋅含量達到90%，具有陰極防腐性能，能產(chǎn)生含鋅量高的涂層，顏色為灰色。適合金屬長期作外層保護。

1.3 實驗樣品的制備

實驗采用冷軋板作為修復材料耐腐蝕性測試的基底，通過采用高壓氣體噴涂的方式將修復材料噴涂在鋼板上。

表面處理步驟為：金屬清洗劑→15%鹽酸酸洗→去離子水漂洗→吹干，之后將實驗樣板排列整齊一起噴涂。

2 修復材料性能表征和分析

2.1 循環(huán)腐蝕實驗

用測厚儀挑選涂層厚度為40～60 μm的試樣，之后用環(huán)氧AB膠封樣。按《GB/T 24195-2009 金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗》和《ISO 16151-2005 金屬和合金的腐蝕酸性鹽霧、“干燥”和“濕潤”條件下的循環(huán)加速腐蝕試驗》進行循環(huán)鹽霧腐蝕實驗，腐蝕溶液采用氯化鈉和去離子水配制，溶液中氯化鈉的濃度為50±5 g/L，用鹽酸和氫氧化鈉來調節(jié)溶液的pH值為6.5～7.2。箱內溫度為35±2°C，鹽霧沉降量為1.0～2.0 mL/80 cm2·h，實驗結果如圖1所示。

圖1 兩種修復材料循環(huán)腐蝕試驗對比圖Fig.1 Comparison of cyclic corrosion test of two repair materials

2.2 電化學實驗

本實驗采用三電極體系，碳鋼鋼板試樣經(jīng)切割后，使用環(huán)氧樹脂對其進行封邊處理，使其暴露面積為1 cm2，作為工作電極，以鉑片電極作為對電極，飽和KC1甘汞電極作為參比電極，所測的電位均是相對于飽和甘汞電極的電位。采用CHI-660B 電化學工作站對碳鋼鋼板電極試樣進行測試，介質為0.35%（NH4）2SO4和0.05%NaCl的混合溶液，工作電極在腐蝕介質中浸泡20 min左右，待其電位穩(wěn)定后，再進行測試。掃描速度設定為1 mV/s，掃描范圍設定為該電極試樣的開路電位±200 mV。用測厚儀挑選涂層厚度為40～60 μm的試樣，之后用環(huán)氧AB 膠封樣。為了驗證試驗的重復性，每種修復材料選擇3塊試樣，分別標記為1、2、3號試樣。實驗結果如下：

1）極化曲線

a）修復材料A1號試樣（紅色）與修復材料B1號試樣（黑色）如圖2 所示，從極化曲線來看，修復材料A1號試樣的防腐性能優(yōu)于修復材料B1號。

b）修復材料A2號試樣（紅色）與修復材料B2號試樣（黑色）如圖3 所示，從極化曲線來看，修復材料B2號的防腐性能優(yōu)于修復材料A2號。

c）修復材料A3號試樣（紅色）與修復材料B3號試樣（黑色）如圖4 所示，從極化曲線來看，修復材料A3號試樣的防腐性能優(yōu)于修復材料B3號。

圖2 修復材料1號試樣極化曲線Fig.2 Polarization curve of restoration material No.1 sample

圖3 修復材料2號試樣極化曲線Fig.3 Polarization curve of restoration material No.2 sample

圖4 修復材料3號試樣極化曲線Fig.4 Polarization curve of restoration material No.3 sample

2）修復材料A與修復材料B極化曲線擬合比較如表2所示。

3）阻抗對比

a）修復材料A1號試樣（紅色）與修復材料B1號試樣（黑色）如圖5所示，修復材料A1的防腐性能優(yōu)于修復材料B1。

b）修復材料A2號試樣（紅色）與修復材料B2號試樣（黑色）如圖6所示，修復材料A2的防腐性能開始優(yōu)于修復材料B2；隨著阻抗增加到一定值，修復材料B2的防腐性能開始優(yōu)于修復材料A2。

c）修復材料A3號試樣（紅色）與修復材料B3號試樣（黑色）如圖7所示，修復材料A3的防腐性能優(yōu)于修復材料B3。

表2 修復材料A與修復材料B極化曲線擬合Table 2 Polarization curve fitting of restoration material A and restoration material B

圖5 修復材料1號試樣阻抗對比Fig.5 Impedance comparison of restoration material No.1 sample

圖6 修復材料2號試樣阻抗對比Fig.6 Impedance comparison of restoration material No.2 sample

圖7 修復材料3號試樣阻抗對比Fig.7 Impedance comparison of restoration material No.3 sample

綜上所述，修復材料A 冷鍍鋅噴劑防腐性能優(yōu)于修復材料B冷鍍鋅噴劑。

2.3 劃格實驗

按《GB/T 9286-1998 色漆和清漆漆膜的劃格試驗》來進行劃格實驗。實驗結果如圖8所示。

圖8 兩種修復材料劃格實驗Fig.8 Cross-cut experiment of two restoration materials

從劃格實驗結果來看，這兩種修復材料有著較好的附著性。

3 結語

從極化曲線來看，修復材料A1號及3號試樣的防腐性能優(yōu)于修復材料B1 號及3 號，但2 號試樣對比則相反；從阻抗來看，修復材料A的防腐性能均優(yōu)于修復材料B。從劃格實驗結果來看，這兩種修復材料有著較好的附著性。綜上所述，修復材料A 冷鍍鋅噴劑防腐性能優(yōu)于修復材料B冷鍍鋅噴劑。

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