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怎么防止緊固件的生銹防腐

2018-06-04 16:39:47 無錫務達機械科技股份有限公司 閱讀

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如果你認為腐蝕只是像鐵銹一樣難看的片片紅色氧化物,只會給沿海區域的鋼鐵產品與近海應用產品造成麻煩,那你就錯了。腐蝕會出現在任何地方,甚至是最干旱的內陸國家。腐蝕也是一個事前預防勝于事后解決的問題,我們能做的只有延緩其發生,而無法杜絕。

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  任何金屬產品,特別是那些鋼鐵衍生制品,最終都會因與氧氣和水的接觸而生銹,并隨著時間的推移分裂瓦解。

  在腐蝕過程中會出現兩種類型的反應:氧化反應(金屬失去電子,造成金屬腐蝕)和還原反應(電子將水或氧氣轉化為氫氧化物)。當氫氧化物與鐵離子結合就會產生銹。隨著金屬的腐蝕,其表面會發生變化,對于含鐵金屬,銹會蔓延至整個金屬表面。

  較之其他地區,沿海和近海的應用產品更容易生銹,因為它們暴露在pH值是中性或微酸性的海水中。岸邊的產品處于含鹽較高的空氣中,并受到海潮的拍打,在表面留下殘余物質。越接近赤道,空氣中的鹽分也越高。

  然而,腐蝕的發生并不僅限于暴露在海水中。清潔劑、高濕度以及「骯臟」的環境,比如污水和礦產開采,都會加劇腐蝕過程。化工生產環境含有大量的二氧化碳,同樣會對金屬產生影響。

  Eva Coronado是德克薩斯州休斯頓市Element Materials Technology的腐蝕實驗室主管。

  她解釋:「腐蝕是一種自然現象,發生在特定的濕度、溫度和空氣環境下;它不可能避免,只能緩解。」

  「腐蝕會削弱產品性能,影響其功能和完整性。除造成成本增加外,腐蝕還會影響產品的安全性和外部美觀。」

  腐蝕研究學會NACE International是世界上規模最大的腐蝕研究權威機構,在全球擁有30,000名會員。其前任主席Kevin Garrity將38 年職業生涯的大部分時間用于防腐工程研究。「我最初是一名電氣工程師,但卻被腐蝕研究深深吸引,因為它涉及工程的諸多方面,如壓力、電氣部件、化學和生物學反應。」

  他強調,自從人類開始把鋼鐵投入到實際應用,腐蝕問題就一直伴隨著我們。

  怎樣才能避免腐蝕的發生?最直接的回答是「不可能」。最好的「保護」辦法是,從開始設計產品時就將腐蝕的影響牢記于心,充分考慮產品的用途以及使用環境,確保選擇盡可能防腐蝕的材料。另外,最重要的是,你需要確保所使用的金屬不會因為彼此的反應而加速腐蝕過程——這就是為人熟知的Galvanic理論,由電化學大師Humphry Davy爵士在揭開電偶電流的神秘面紗時提出。

  依據Galvanic理論,工程師和制造商需要把材料和產品以特定的方式排列,從而限制電偶腐蝕的發生。例如,如果想讓銅和不銹鋼合金配合使用,為了減少腐蝕的發生,防護涂層必不可少。鋁合金和銅不可配合使用,如果環境含鹽度造成pH值較高,應尤其予以避免。此外,應始終牢記,材料之間的電偶差異會受到應用或產品所處環境的影響。

  對電偶反應缺乏足夠的認識,會對經濟和安全性造成毀滅性的影響,并損壞公司的形象。美國一家煉油廠曾發生重大事故,原因正是腐蝕導致的腐蝕性裂紋,其經濟損失約5 億美元。

  Garrity在他NACE的職業生涯中,看到過不少危險的電偶反應,而他更即時想起在美國一家核電站發生的事故。「工廠的銅質接地系統原用于在發生電氣故障時確保人員和設備的安全,但該系統卻與氚水管道系統連接,形成類似電池的反應。由于銅和氚之間所產生的反應,管道最終會將銅腐蝕,造成滲漏,導致少量放射性物質泄漏的風險。」

  有一些「標準」可以延緩產品或應用的腐蝕過程:選擇電偶潛質相似的材料;使用特殊的油漆或涂料制造保護屏障;使用犧牲陽極保護核心產品;或者引入電流以抵消任何電偶反應。

  采用何種類型的防腐蝕保護取決于金屬類型、實際的應用方式、應用環境以及公司計劃投入的資金預算。

  防護涂層是標準且成本最低的防腐蝕方法,但并非萬無一失。比如,某些防護涂層可以增強物品在海水環境下的耐腐蝕性,但卻無法耐受除油溶液造成的腐蝕。

  環保的防腐蝕涂料同樣廣受爭議,特別是在汽車行業。一些觀點認為,在密封環境下最好使用堅硬的防腐蝕涂料,因為使用這種防腐蝕涂料的產品比使用環保涂料的產品壽命要長三倍,而使用環保涂料的零件需要在使用壽命內更換三次。

  另一種對抗電偶反應的方法是引入一種犧牲陽極金屬,如塊、桿、盤或帶狀的鎂、鋁或鋅,以保護金屬結構或應用產品。該金屬可作為陰極保護裝置,通過吸收氧化反應,防止結構的主要部分受到腐蝕。這種方法需要在陽極和金屬之間存在一個電子通道(如用導線將二者連接或使其直接接觸),且氧化劑(如水或潮濕的土壤)和陽極,以及氧化劑和需要保護的金屬之間必須存在一個離子通道,以便形成一個封閉的回路。

  鎂、鋁和鋅是最常見的犧牲陽極材料。重量較輕的鋁常用于海上和近海應用(如船體、近海管道和儲存箱),但由于其與生銹表面接觸時可能產生火花,因此不能在易燃易爆的環境下使用。而作為負電位最高的陽極金屬,鎂常被用于地下以及和土地相關的應用產品。

  如果在產品設計與開發階段采取足夠措施,許多腐蝕情況均可避免。Kevin Garrity指出:「在NACE,我們每年會為大約12,000名工程師培訓防腐蝕方面的知識。然而,全球有超過350 萬名工程師,因此需要培訓的人仍然很多。」

  Garrity表示很多公司與行業組織正開始認識到,雖然預防腐蝕會帶來初期階段更多的成本投入,但就長期來看,卻可節省資金。

  他建議通過建立一個風險模型,去計算這筆投資的回報,并「根據結構或設施的重要程度,對潛在腐蝕風險的威脅程度排序,然后順序依次消除風險因素。」

  螺栓雖然只是整個施工過程中的一個很小部分,但仍需小心設計。如果螺栓被腐蝕,不論建筑或產品的規模多大,都存在土崩瓦解的危險。

  Coronado說:「緊固件是現代生活中不可缺少的工具,必須穩定可靠。緊固器腐蝕不僅會造成金屬損耗,還可能引起緊固器失效,甚至造成高強度緊固器開裂和突然失靈。由于耐腐蝕緊固器不是適合所有情況,因此其他減緩腐蝕的方法(如防腐涂料)也被用于保護緊固器。」

  鋅片涂料,如Delta Protekt?或是Delta-Tone?,是目前保護鋼質螺栓和墊圈的最常用涂料。這種涂料像油漆那樣使用,經過烘烤后形成保護膜;如涂抹多層,還能起到防摩擦的作用。其他的選擇還包括聚四氟乙烯涂料和熱浸鍍鋅。

  Franz Raymann是Nord-Lock的技術服務主管,他認為選擇正確材質的螺栓,并采用適當的防腐保護至關重要。他表示:「客戶往往不理解我們為何提出這么多的問題,為什么要了解其使用的材料以及相關應用環境。但我們只有在掌握這些詳細信息后,才能為顧客提供合適的螺栓。」

  他舉例說,一個重達4,000 噸的海上平臺借助四根支柱矗立在海面,且由16 個巨型螺栓作固定。「如果這些螺栓被腐蝕,那幺平臺上的所有工作人員都將葬身北海。」

  「常規策略是定期檢查螺栓的腐蝕情況。如在檢查中發現腐蝕,則根據嚴重程度,對其進行移除和清理,查看是否存在裂痕并重新涂抹防腐涂料,或直接更換整個螺栓。」?

  如何通過設計抵御腐蝕

  分析腐蝕發生所需的環境和條件。

  選擇具有足夠耐腐蝕性的材料(和相似的電偶電極)。

  避免采用容易堆積水分和污垢、造成應力集中、引發侵蝕等的幾何形狀。

  選擇適當的防腐保護方式(表面涂料、犧牲陽極、直流電等)。

  明確要求:例如,ISO 9227鹽霧腐蝕試驗,針對不銹鋼材料的ASTM G48電化學腐蝕試驗,ISO 12944環境腐蝕類別。

  腐蝕環境的分類
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