魏者聰 高陽 王長紅 張鶴

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

關(guān)鍵詞：化工機械設備;電化學腐蝕;防腐蝕方法

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0107-04

1化工機械設備的電化學腐蝕原因

電化學腐蝕是由鐵和氧形成的兩個電極組成腐蝕原電池，電流不對外做功，電子自耗于腐蝕電池內(nèi)陰極的還原反應中。電化學腐蝕是化工機械設備中眾多腐蝕類型中最為常見的一種類型，而且該類型腐蝕對化工機械設備能夠造成非常嚴重的后果。其發(fā)生腐蝕原因的化學方程式如下所示，該反應發(fā)生的是氧化還原反應。

Fe+2H⁺→Fe²⁺+H²

圖1為化工機械設備表面發(fā)生電化學腐蝕后的現(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。這樣會造成化工機械設備的使用壽命變短，極大的造成了經(jīng)濟損失，還減慢了化工生產(chǎn)的速度，嚴重的還會對生態(tài)環(huán)境造成影響甚至是員工的人生安全。一般情況下，化工機械設備發(fā)生電化學腐蝕的原因有兩種，一種是化工機械設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)與化工機械設備相接觸。由于電化學腐蝕會對機械設備造成嚴重的影響，所以對其進行防腐工作至關(guān)重要。

2化工機械設備電化學腐蝕防護方法

目前，對于防止化工機械設備電化學腐蝕的出現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)很多方法，比如犧牲陽極保護法、外加電流陰極保護法等，這些方式都可以減少電化學腐蝕的發(fā)生，本文將從化工機械設備的防腐涂料人手，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實驗原料

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械設備起到很好的防治電化學腐蝕，制作普通的雙酚A無溶劑環(huán)氧防腐蝕涂料與之形成對比試驗。

2.2試驗過程

制作試驗試樣：由于化工機械設備制作材料很多采用鋼板材料，所以本文在鋼板上進行涂抹防腐蝕涂料，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驗的樣本。

2.3結(jié)果討論

2.3.1改性環(huán)氧樹脂對涂層性能的影響

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行實驗研究，實驗結(jié)果如表1所示，從表1中可以看出，當改l生環(huán)氧的的含量由0增加到10%時，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，當含量大于10%后，各方面的性能開始下降，所以可知，當改性環(huán)氧樹脂的含量為10%時，最有利于試樣的性能。

2.3.2硅烷偶聯(lián)劑A16對涂層的影響

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。當附著力增大后，能夠保障防腐涂料長時間的粘附在金屬表面，能達到長期防腐的效果，所以加人硅烷偶聯(lián)劑A16更有利于化工機械設備的化學防腐。

2.3.3有機硅環(huán)氧樹脂對涂層的影響

經(jīng)過上面的兩個實驗可知，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，所以本實驗的涂層中也含有這兩種成分。有機硅環(huán)氧樹脂的實驗結(jié)果如表2所示，從表2中可以看出，當增加有機硅環(huán)氧樹脂的含量時，耐堿腐蝕性能剛開始會增加很陜，當有機硅環(huán)氧樹脂繼續(xù)增大時，耐堿腐蝕l生能就會保持在一個穩(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硅環(huán)氧樹脂的含量增大而增大，但是對于附著力、抗沖擊的性能并沒有什么明顯的變化。

有機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。因為溶劑會揮發(fā)，出現(xiàn)這種情況后有機涂層表面就會出現(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，金屬被腐蝕的風險就越小。所以當腐蝕性的物質(zhì)與金屬表面接觸所花的時間越長，說明該防腐蝕性的涂層越好，反之，時間越短，涂層性能就越不好。Hulden M研究出涂層的滲水率可以推測出涂層的耐腐蝕性能，因為涂層就相當于一個擋箭牌的作用，當這個擋箭牌出現(xiàn)漏洞時，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所示有機硅環(huán)氧雜化樹脂對涂層阻隔效果的影響，從表3中可以看出，當有機硅環(huán)氧雜化樹脂用量越來越多時，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為有機硅環(huán)氧雜化樹脂有助于提高涂層的疏水性。

涂層達不到防腐效果最主要原因就是腐蝕性的物質(zhì)穿過涂層進人到了金屬表面，當腐蝕性的物質(zhì)積累到一定程度后就會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。如圖3為有機硅環(huán)氧雜化樹脂的涂料的電化學阻抗譜，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，當防腐涂層中不加入有機硅環(huán)氧雜化樹脂時，電化學阻抗譜有一點擴散現(xiàn)象，這時候腐蝕性的物質(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，此時的防腐涂層已經(jīng)達不到防腐作用了。從表4中可以看出當加人的有機硅環(huán)氧雜化樹脂的量越來越大時，R。值越來越大，說明有機硅環(huán)氧雜化樹脂與抗?jié)B透性能成正比關(guān)系。但是當有機硅環(huán)氧雜化樹脂的量由5%開始越來越大后，孔隙電阻也會越來越大，但增速減小。

從上面的實驗結(jié)果可知，當在防腐涂層中加人有機硅環(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，從而對化工機械設備有更好的防腐效果。加入的有機硅環(huán)氧雜化樹脂量越多，防腐蝕效果是越好好，但是實際情況中該物質(zhì)加人得越多，就會使材料成本增加，所以既能起到很好的防腐作用又能節(jié)約成本，將有機硅環(huán)氧雜化樹脂的量設置為10%最為合理。

2.4改性涂層防腐蝕性能研究

為了驗證優(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間越來越長后，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，并且當浸泡的時間越來越長后，增幅程度也將會越來越大。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，當浸泡時間越來越長時，涂層的孔隙率和粗糙深度都會越來越大，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化工機械設備的防腐效果很好。

通過上面所有的實驗結(jié)果表明，當無溶劑環(huán)氧樹脂中添加改性環(huán)氧樹脂和有機硅環(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，降低化工機械設備中的電化學腐蝕。

3結(jié)語

電化學腐蝕作為化工機械設備中的最為常見且最為嚴重的腐蝕類型，對其進行防腐工作非常有必要。又由于化工機械設備的工作環(huán)境比較特殊，經(jīng)常會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，當向其加人硅烷偶聯(lián)劑A16和有機硅環(huán)氧樹脂時，可以明顯的增加化工機械設備的電化學腐蝕。防止化工機械設備出現(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到較好的作用，但是還是不能完全的保證化工機械設備不受到腐蝕侵害，所以今后需要對化工機械設備的防腐蝕方法進一步的研究，將防腐工作越做越好，可以減少很多的經(jīng)濟損失。