涂层金属的腐蚀及涂层的防护机制

涂层金属的腐蚀及涂层的防护机制

许乐乐

中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司213011

摘要：金属材料容易被腐蚀，而涂层是有效而经济的防腐蚀方法。引起金属腐蚀的因素较多，像涂层性能失效、气体污染物的侵蚀、金属沾染了可溶盐污染物质或者金属表面处理不当引起的。涂层金属之所以老化是因为自由基原理，而金属腐蚀则是电化学反映机理。本文主要阐述了大气环境中涂层金属的腐蚀及涂层的防护机制。

关键词：涂层金属；金属腐蚀；防护机制

一.引言

金属材料在大气环境中很容易被腐蚀这是一个很常识的现象。在化学热力学原理中金属腐蚀是一种自发过程，因此要想保护金属不被腐蚀，在金属表层进行涂层是常用的方法之一。金属涂层是一种经济有效的保护金属的材料，金属在涂层之下其电化腐蚀的几率减少，涂层阻断了金属和大气中腐蚀物质的结合来源，使得金属在涂层下保持原有的性质。但是金属涂层的保护作用也不是万能的，军涂层金属依然有可能遭遇腐蚀，那么如何能加强有机涂层在大气环境中的防腐蚀效果，本文就金属腐蚀的规律和涂层失效的原理进行了分析和论述。

二.涂层金属腐蚀及涂层失效的机制分析

（一）涂层金属腐蚀原理

（二）涂层老化和失效原理

金属暴露在大气中会产生腐蚀，而涂层失效的原理则是老化和失效，像一些化学成分、物理机械等外部因素的侵入都能导致金属涂层失效。金属涂层失效会呈现出以下状态：表面色泽暗淡，颜色失真，表层碎化导致的开裂或细纹等。导致涂层老化的原因很多，像昼夜变化引起的张力及紫外线照射等都是引起涂层老化的外界因素。紫外线暴烈照射下的涂层其吸水率增加，暴晒后一些亲水基团会大量增加，像羟基、烷基过氧化氢、羰基等，这些都导致了涂层的吸水性增加，进而使得涂层失效引起金属腐蚀。另外，自由基浓度也是引起金属涂层老化的一个因素。自由基浓度在正常的大气环境中处于低活动稳定状态，但是遇到紫外线照射后就会产生一些小分子，像酮、醇、酸等。当这些小分子遇到水或者水汽时就很容易掉落，造成涂层表面的收缩和厚度的削减，最终导致涂层开裂、脆化，使得涂层失去保护金属表面的作用。涂层高聚物性能的降低直接导致了涂层的粉化开裂等，进而造成涂层的失效。

涂层失效更多的是由阴极反应或者反应物影响了金属表面的涂层引起的。这些反应直接导致了涂层和金属分离，也被称之为阴极剥离。阴极反应的产生可以在自然腐蚀状态下，也可能在保护状态下。但是不管哪种状态下，阴极区的PH值达到13--14时，说明外部环境已经处于强碱性状态，这是一种攻击性很强的金属氧化物，金属表现的涂层很容易受到攻击。以聚丁二烯涂层为例，这是一种更常用的金属涂层，在大气状态稳定的环境下，金属表面只发生微弱的氧化，金属在涂层下呈现出淡黄色。但当大气环境发生变化而出现涂层与金属的剥离情况时淡黄色就会消失，金属呈现出了铁锈的颜色，这就说明涂层氧化物遭受了强碱性物质的破坏，进而失去了保护金属的效力。在一些涂层划痕实验中也证实了这一点，强碱性物质可以侵蚀涂层中的高聚物分子，进而使得涂层脆化开裂而失效。

三.金属涂层的防护机制

为了更好的保护金属，很多学者展开了涂层防护机制的研究，并且取得了实质性的成果。目前就金属涂层防护机制的研究角度有两种，第一种是从涂层光化学老化和水解老化入手，第二种则是从扩散角度进行研究。一般而言，普通的金属涂层材料是将防腐蚀涂料或者油漆涂在金属表面以起到保护金属的作用。涂层的构成一般包括底漆、中层漆和面漆，这三部分共同起作用才能达到保护金属不受腐蚀的作用。涂层底漆是起到涂层和金属之间粘合和附着的作用，防止金属的慢性生锈，通常底漆涂料或油漆中要含有富锌。中层漆启动啊的是防止水或者大气渗透的作用，而面漆则是防御外部环境的腐蚀物的侵入，三者的有机结合保护了金属表面性质的稳定。

（一）涂层厚度

要想使得涂层能更好的保护金属，涂层漆或涂料的厚度很关键。在金属涂层时要十分注重涂层适中。金属涂层过厚会造成涂料或者油漆的浪费，而且也不利于涂层物理机械性能的发挥，还会导致涂层气泡脱层，进而使得涂层脱落。涂层涂料或漆太薄则容易造成涂层老化，其防腐作用会大大降低。金属涂层的薄厚要根据金属的使用条件而定，根据金属所处的环境评和所使用的用途进行腐蚀的测评，然后根据国家金属涂层标准和经验进行涂层厚度的确认。参考标准如下：

四.结束语

根据以上分析可以看出金属表面涂层对于金属的使用寿命和用途有至关重要的作用，而影响金属涂层效果的因素主要是涂层漆膜的厚度和金属表面的处理。要想使得金属在使用过程中降低或者完全不被腐蚀，要根据金属所处的环境和所使用的用途进行准确评估，这样才可以确定金属涂层漆或者涂料的厚度以及金属表层处理所采用的不同方法。因此金属涂层要根据不同区域、不同大气环境及紫外线照射等因素来决定，同时也要考虑金属所处的环境温度、湿度、污染、生化、酸雨及风沙等综合因素来实施涂层才能最大程度的保护金属不被腐蚀。

参考文献

刘斌.金属防腐蚀机制及对策.腐蚀科学与防护技术.2013,05

王可心.金属涂层的老化和失效机制分析.吉林教育学院学报.2014,10

梅科文.建筑工程中金属材料的防腐蚀处理.金属工程教育.2012,02