楊啟龍 水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

水工金屬閘門(mén)在水利工程中承擔(dān)著控制水量、防洪防沙的重任，工作環(huán)境干濕交替，容易導(dǎo)致閘門(mén)的金屬表面受腐蝕，不利于閘門(mén)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)作，這關(guān)系到水利工程整體運(yùn)行安全。因此，預(yù)防水工金屬閘門(mén)受腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命尤為重要。

1.金屬閘門(mén)受腐原因

1.1 化學(xué)反應(yīng)

水環(huán)境在一定程度上，可以減弱金屬閘門(mén)的完整性和降低金屬閘門(mén)的厚度。長(zhǎng)年的水流沖擊可導(dǎo)致金屬閘門(mén)表面化學(xué)物質(zhì)的流失，這構(gòu)成了金屬閘門(mén)被腐蝕的條件，并且失去了表面物質(zhì)容易加速水工閘門(mén)的受腐蝕速度。

1.2 電化學(xué)反應(yīng)

金屬閘門(mén)在制作過(guò)程中也參雜著鐵、磷、硫等金屬離子，這些離子形成的區(qū)域成為陽(yáng)極，水中的雜質(zhì)則構(gòu)成陰極，之后兩者之間會(huì)形成微電流，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，最后在金屬閘門(mén)表面形成腐蝕物— 鐵銹。暴露在空氣中的金屬閘門(mén)同樣也發(fā)生此種電化學(xué)反應(yīng)形成鐵銹。

2.金屬閘門(mén)受腐蝕危害

2.1 對(duì)工程影響

金屬閘門(mén)是水利工程中重要的組成部分，金屬閘門(mén)受損可直接導(dǎo)致整體工程的運(yùn)行失敗。程度輕則金屬閘門(mén)靈活度下降、難于操控；程度重則金屬閘門(mén)淪為廢鐵。

2.2 對(duì)生態(tài)環(huán)境和居民安全影響

烏魯木齊河上下游的水容量分布不能被控制，導(dǎo)致水量分布不均，影響周邊的生態(tài)環(huán)境。下游水量加劇上漲，與起初水利工程建立的目的--防洪背道而馳，對(duì)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有威脅。

2.3 對(duì)維修成本影響

金屬閘門(mén)腐銹后其使用效率和生存壽命大打折扣，承載強(qiáng)度削弱而應(yīng)力加大，輕而易舉金屬閘門(mén)就失去了利用價(jià)值。一旦工程因?yàn)榻饘匍l門(mén)受損而遭到破壞，就需要人力、物力、財(cái)力去整修，在一定程度上就加大了工程建設(shè)的維修成本。

3.金屬閘門(mén)防腐蝕措施分析

3.1 表面預(yù)處理

金屬閘門(mén)的表面預(yù)處理是金屬熱噴涂的基礎(chǔ)和前提，只有表面預(yù)處理效果達(dá)標(biāo)，才能為之后金屬閘門(mén)防腐蝕措施提供條件。表面預(yù)處理的實(shí)質(zhì)就是除銹，在各種除銹方式的實(shí)施和效果對(duì)比后，采用噴砂除銹的方式更易于接受。噴砂的磨料從粒子棱角、粒子大小方面優(yōu)先選用石英砂、金剛砂、河砂。這項(xiàng)技術(shù)的原理是運(yùn)用空氣壓縮機(jī)把砂子和空氣混合在一起，在高強(qiáng)度的空氣壓力下，砂子能夠有力地撞擊閘機(jī)表面并且清除基體表面的銹物和雜質(zhì)。除此之外，還可以給與基體表面一定的粗糙度，有利于下一步金屬熱噴涂的物理結(jié)合。

3.2 金屬熱噴涂

3.2.1 噴涂前準(zhǔn)備

為保證噴涂前基體表面干燥清潔，無(wú)氧化物、灰塵、雜質(zhì)，預(yù)處理后應(yīng)盡快進(jìn)行此道工序。在晴朗和相對(duì)濕度＜85%的環(huán)境下預(yù)處理后12h內(nèi)進(jìn)行噴涂；若是環(huán)境潮濕（相對(duì)濕度＞85%）或者雨天天氣，預(yù)處理后4h之內(nèi)進(jìn)行噴涂。若是噴涂前基體表面被污染或者返銹，務(wù)必重新處理到原除銹等級(jí)。

3.2.2 氧氣-乙炔壓力和壓縮空氣壓力選擇

以上海生產(chǎn)的SQP-1型噴槍為例：氧氣壓力宜在0.3MPa-0.4MPa范圍內(nèi)；乙炔壓力控制在0.04MPa-0.06MPa為宜；空氣壓力保持在0.5MPa-0.6MPa之間。

3.2.3 噴槍口與基體表面距離

按《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》規(guī)定，噴槍口與基體表面的距離應(yīng)該控制在100mm-200mm之間。不僅鋅（鋁）的霧化粒子的速度受氧氣-乙炔熱能和壓縮空氣的動(dòng)能影響，而且噴槍口與基體表面的距離也存在影響霧化粒子速度的作用。若是兩者之間的距離超過(guò)適宜范圍，粒子的噴涂速度就會(huì)下降。與此同時(shí)，粒子的冷卻時(shí)間也在延長(zhǎng)，使之容易過(guò)早凝固，從而導(dǎo)致粒子和基體的嵌頓結(jié)合不牢固，防腐效果的質(zhì)量檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。相反，如果兩者之間的距離過(guò)近，粒子沒(méi)有足夠的冷卻時(shí)間就噴涂在基體表面上，由于熱能粒子之間產(chǎn)生新的作用力，基體表面的涂層容易出現(xiàn)裂隙和剝脫，影響涂層的牢固性和防腐性。

3.2.4 金屬?lài)娡亢穸?/p>

《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》材料里介紹金屬鋅涂層的厚度值為120um，金屬鋁涂層的厚度值為100um。

①涂層表面的鋅（鋁）在大氣中或在水中可以形成微電池，與雜質(zhì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，消耗自身材料保護(hù)金屬基體。

②由于金屬?lài)娡繒r(shí)粒子與基體結(jié)合不均導(dǎo)致涂層有較多的空隙，也就是涂層的多孔性。雜質(zhì)容易進(jìn)入空隙進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。但是鋅（鋁）的電位比金屬基體的電位低，鋅（鋁）可作為陽(yáng)極，金屬基體可作為陰極，那么涂層中的鋅（鋁）可以犧牲陽(yáng)極對(duì)陰極進(jìn)行保護(hù)，從而基體免受腐蝕。

以上所述，金屬涂層若是厚底小的話，基體保護(hù)就會(huì)受到威脅，防腐能力也在下降。厚度過(guò)厚超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍，雖然在對(duì)基體保護(hù)方面起到了保障，但是也存在濫用浪費(fèi)的缺點(diǎn)，在防腐成本上的節(jié)約起到了反作用。

3.2.5 金屬?lài)娡拷嵌?/p>

多種實(shí)驗(yàn)證明，夾角在250最適宜。夾角的全部范圍可在0°-90°，在此采用臨界值進(jìn)行論述分析。夾角為00時(shí)：噴槍口正對(duì)基體表面，粒子在和基體碰撞之后可完全回彈，和其他粒子產(chǎn)生碰撞以此削弱其他粒子的速度。粒子的碰撞脫落、部分速度下降，產(chǎn)生的后果就是結(jié)合不穩(wěn)定、噴涂空隙過(guò)大，影響防腐能力；夾角為90°時(shí)，噴射的粒子會(huì)從基體表面滑脫飛散，難以穩(wěn)定結(jié)合的同時(shí)還浪費(fèi)了噴涂金屬的材料，這個(gè)現(xiàn)象也叫“遮蓋效應(yīng)”。適宜的角度—25°就能同時(shí)避免以上所說(shuō)的兩大缺點(diǎn)，增強(qiáng)金屬?lài)娡康姆栏Ч?/p>

3.3 應(yīng)用新型防腐涂料

在應(yīng)用新型防腐涂料中，首選AC鋁合金和無(wú)機(jī)鋅硅。

3.3.1 AC鋁合金涂料

AC鋁合金涂料是在原有的純鋁中加入稀土元素，兩者混合而成，再經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的加工處理冶煉出來(lái)的涂料。稀土元素自身具有凈化效果，可以?xún)艋苛侠镆蛞恍┎豢煽挂蛩禺a(chǎn)生的雜質(zhì)，涂料內(nèi)部構(gòu)造的致密性也因此加大，在金屬表面的覆蓋密度上取得進(jìn)步；稀土元素不僅可以?xún)艋s質(zhì)，也能夠清除涂料里的空氣，冷卻后的晶體會(huì)變得更細(xì)，從而增強(qiáng)涂料與金屬的結(jié)合力度。具備凈化功能的鋁合金涂料在結(jié)合力、覆蓋度、防腐性等方面都占有優(yōu)勢(shì)，有效地規(guī)避涂料脫落、開(kāi)裂的問(wèn)題。

3.3.2 無(wú)機(jī)鋅硅涂料

無(wú)機(jī)鋅硅涂料由基料和填料組成，其中基料是有機(jī)聚合物，填料是鋅粉。無(wú)機(jī)鋅硅涂料與基體的鋼鐵材料結(jié)合后，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成物為硅酸鹽聚合物。硅酸鹽聚合物可以迅速冷卻凝固，牢牢地固定在基體表面，粘合力較強(qiáng)。同時(shí)，鋅易于被氧化生成氧化鋅、碳酸鋅等，憑借這種方式分布在涂料的空隙里，也就是加大了覆蓋范圍，在防腐方面通過(guò)物理阻隔達(dá)到效果。

3.4 涂料封閉

鋅（鋁）金屬是由細(xì)微粒子構(gòu)成，噴涂后涂層表面可布滿(mǎn)許多細(xì)小的空隙，給雜質(zhì)腐蝕基體表面提供可乘之機(jī)，因此僅靠金屬熱噴涂來(lái)起到徹底的基體防腐作用就顯得勢(shì)單力薄。為了有效避免這樣的問(wèn)題，在金屬涂層表面再覆蓋一層防腐涂料不失為一個(gè)好辦法。環(huán)氧云鐵底漆適用于處于水下的閘門(mén)防腐，而在大氣中的閘門(mén)防腐可采用氯化橡膠面漆涂料封閉。涂料封閉的實(shí)施工藝也有涂料的厚度、粘合度等要求，所以需要參考相關(guān)說(shuō)明書(shū)在正確的指引下完成操作，確保此道工序完整有效地進(jìn)行。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析烏魯木齊河水工金屬閘門(mén)防腐措施，可知化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)是構(gòu)成水工閘門(mén)被腐蝕的兩大因素。相比較而言，電化學(xué)腐蝕占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，在閘門(mén)防腐蝕措施中，應(yīng)注意電化學(xué)腐蝕。烏魯木齊河通過(guò)采用上述防腐方式，并按照正確的規(guī)范實(shí)施，最終成效明顯，目前工程運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)減耗的目標(biāo)。