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(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng)453000)

伴隨著我國(guó)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(mén)類(lèi)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(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，有腐蝕性的作業(yè)環(huán)境和領(lǐng)域愈來(lái)愈廣，普通的起重機(jī)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(jī)械，常常由于金屬結(jié)構(gòu)腐蝕造成整機(jī)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(jì)顯示，全世界每年因金屬腐蝕造成的損失達(dá)7000億美元，我國(guó)因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也占了國(guó)民總值的4%［3］。而起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)占整機(jī)重量的90%以上，因此研究起重機(jī)械的腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

起重機(jī)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(jìn)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(lèi)、塵土及其他污染物，再加上起重機(jī)械在生產(chǎn)制造、運(yùn)輸及使用過(guò)程中人為污染因素，所有這些都會(huì)提高水膜的導(dǎo)電性而使腐蝕過(guò)程加速。當(dāng)金屬表面形成連續(xù)的電解液層時(shí)，便形成電化學(xué)腐蝕過(guò)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(gè)過(guò)程表現(xiàn)為陰極得電子O2+2H2O+4e→4OH－，在陽(yáng)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(huì)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(guò)程表明，起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)都是作為陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)而遭受到腐蝕，整個(gè)過(guò)程具有以下三個(gè)環(huán)節(jié)組成:①在陽(yáng)極金屬失去電子變成金屬離子進(jìn)入溶液，F(xiàn)e－2e→Fe2+。②電子由陽(yáng)極流向陰極。③在陰極，流來(lái)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(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行最慢的一個(gè)環(huán)節(jié)將決定金屬結(jié)構(gòu)整個(gè)腐蝕過(guò)程的速度［3，4］。

起重機(jī)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(duì)不能形成保護(hù)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(guò)各種形式作用在金屬結(jié)構(gòu)的局部部位，對(duì)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(hù)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?chē)哪ば纬蓛蓸O，產(chǎn)生電化腐蝕;縫隙腐蝕發(fā)生在起重機(jī)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(kāi)始延伸逐漸擴(kuò)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(qiáng)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(wú)論是均勻腐蝕還是局部腐蝕，發(fā)生腐蝕的機(jī)理都是一樣的。

2 起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕的措施

根據(jù)起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕原理，從三個(gè)環(huán)節(jié)和腐蝕的部位來(lái)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(guò)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(dá)到一定厚度而致密無(wú)孔的涂膜能夠把金屬與環(huán)境隔離開(kāi)，阻止腐蝕進(jìn)程)、緩蝕作用(一些氧化性的顏料與鋼鐵接觸時(shí)能夠發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成保護(hù)膜，使金屬表面鈍化，提高涂層的保護(hù)作用)和電化學(xué)保護(hù)作用(在涂料中使用活性比鐵高的填料，如鋅，會(huì)起到犧牲陽(yáng)極的保護(hù)作用)。

在起重機(jī)械行業(yè)的實(shí)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(hù)法，如鋼絲繩的鍍鋅抗腐蝕(應(yīng)采用甲級(jí)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(hù);對(duì)于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的鑄鍛件可采用熱噴法保護(hù)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(duì)于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的主梁、端梁、小車(chē)架、卷筒組等必須采用表面涂漆的辦法來(lái)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(guò)程中必須注意要嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)除銹等級(jí)執(zhí)行，確保表面清潔度與粗糙度滿(mǎn)足要求。在輕度腐蝕環(huán)境使用的起重機(jī)，選用耐腐蝕性能一般的鐵紅醇酸底漆和醇酸面漆。對(duì)于在中度腐蝕環(huán)境或潮濕、多雨地區(qū)使用的起重機(jī)，選用附著力好、耐酸堿性能好的環(huán)氧類(lèi)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(hù)法

對(duì)裸露在大氣環(huán)境中的鋼制零部件(開(kāi)式齒輪、傳動(dòng)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(qiáng)密封保護(hù)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(jī)、減速器、聯(lián)軸器節(jié)等要加強(qiáng)密封，嚴(yán)防灰塵、水和腐蝕介質(zhì)進(jìn)入殼體內(nèi)。

2.4 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)防腐蝕

設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，避免采用易于積灰、積水及涂料達(dá)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(diǎn)處盡可能封閉，防止水汽侵入，桿件為開(kāi)口時(shí)，開(kāi)口應(yīng)朝下［5，6］。

3 開(kāi)發(fā)新型防腐蝕起重機(jī)的可能性及遇到的問(wèn)題

20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)有學(xué)者以防爆電動(dòng)葫蘆做過(guò)模擬防腐試驗(yàn)，采用HF－45A型化工氣體腐蝕試驗(yàn)箱體構(gòu)成腐蝕環(huán)境，對(duì)防爆電動(dòng)葫蘆在升溫、高溫高濕、降溫、低溫高濕等條件下進(jìn)行了模擬試驗(yàn)與測(cè)定，并積累了一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)的起重機(jī)生產(chǎn)廠家主要對(duì)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(jī)。近年來(lái)，有起重機(jī)械生產(chǎn)廠家已經(jīng)研制出專(zhuān)門(mén)的船用電動(dòng)葫蘆，這些都為我國(guó)盡快研制生產(chǎn)新型防腐蝕起重機(jī)打下了良好的基礎(chǔ)［1］。

目前，國(guó)內(nèi)的起重機(jī)械行業(yè)還停留在對(duì)部分金屬結(jié)構(gòu)表面加強(qiáng)防護(hù)措施的階段，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的廠家來(lái)研制、生產(chǎn)防腐蝕起重機(jī)的整機(jī)，國(guó)家也沒(méi)有出臺(tái)防腐起重機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。起重機(jī)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(yàn)檢測(cè)條件也不成熟［7，8］。

4 結(jié)束語(yǔ)

起重機(jī)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(jī)理，研究出有效的防腐措施，才能更好地防護(hù)起重機(jī)的腐蝕，開(kāi)發(fā)出新型的防腐起重機(jī)。使起重機(jī)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(jī)［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［2］ 陳剛.岸邊起重機(jī)結(jié)構(gòu)表面防腐涂料的發(fā)展趨勢(shì)［J］.港口機(jī)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(qiáng)，等.鑄造環(huán)境中起重機(jī)控制柜的安全防護(hù)［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2010，(7):75－79.

［5］張質(zhì)文，王金諾，虞和謙，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1998.

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

［7］ GB 6067—1985，起重機(jī)械安全規(guī)程［S］.

［8］ GB/T 3811—2008，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.