论文部分内容阅读
摘要：本文首先分析了水工钢闸门的腐蚀原理、过程和部位，然后提出了防腐的办法和防腐的原理, 最后详细的论述了几种防腐措施的优缺点, 针对几种防腐措施进行了比较, 得出现行最佳的防腐方案。本文提出了自己的观点和看法，可供同行参考和借鉴。
关键词：水工钢闸门； 腐蚀； 防护；
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
前言
水工闸门是水电站、水库、水闸、船闸等水工建筑物中控制水位的重要构件，它要长期浸没水下，在启闭时频繁的干湿交替，受到高速水流的冲刷，特别是水线部分受到水、日光及水生物的作用，还受到水浪、泥沙、冰凌和其它漂浮物的冲蚀，钢材很容易腐蚀，显著降低了钢闸门的承载能力，严重影响水利工程的安全。腐蚀不仅影响结构的安全运行，还要消耗大量的人力、物力、财力来进行防腐蚀工作，因此，为了有效地控制钢铁的腐蚀，延长钢闸门的使用寿命，确保水利水电工程的完整和安全，钢闸门的长效防腐问题已引起人们的广泛关注。
一、电化学腐蚀的原理分析
分析伏特电池原理, 把铜板 Cu和锌板 Zn 放入盛有稀硫酸 H2SO4溶液 的 器 皿中, 用导线把它们连接起来, 在导线上再接一个毫安表, 可以发现电流表指针偏转, 证明导线中有电流通过, 电流的方向是由铜板流向锌板； 锌板电位高带有正电荷的锌离子 Zn++通过硫酸溶液趋向铜板, 使铜板获得正电荷, 于是锌板因失去正电荷而显示负极, 铜板因获得正电荷而显示正极, 于是电流就从正极流向负极。锌板不断被腐蚀, 铜板则不断附上硫酸锌 ZnSO4并析出氢 H2来, 这种现象称为析氢现象, 这就是日常使用的干电池的放电原理, 是靠电池内部其中一种金属被腐蚀的过程而实现的, 这种腐蚀现象就叫做电化学腐蚀。
二、水闸门的腐蚀环境及影响腐蚀的因素分析
1、腐蚀的环境：钢结构工程水闸门的腐蚀环境。水利水电工程中的钢结构水闸门及钢结构，有的长期浸于各种水质(海水、淡水、工业废水等)中；有的由于水位变化或闸门启闭常处于干湿交替的环境（这种环境因素对钢结构水闸门的影响很大）：有的还会受到高速水流的冲击和泥沙、漂浮物、冰凌的磨擦；位于水面或水上部分还受到水蒸发的潮湿气氛和飞溅的水雾作用；处于大气中工作的结构还受到日光、空气的作用。因为水工闸门的工作环境恶劣，影响因素众多，我们有必要对腐蚀因素做一下分析。
2、腐蚀的因素：⑴气候原因：钢结构水闸门水上部位易受日晒雨淋、潮湿天气等的作用而发生腐蚀。⑵钢结构表面状态：粗糙、机械损伤、焊接缺陷、缝隙等对腐蚀影响较大。⑶应力和变形：应力和变形越大，腐蚀越大。⑷水质：淡水含盐量较低，闸门的腐蚀视其化学成分及污染情况有所差异；海水含盐量高，导电性好，海水中含大量氯离子，对钢铁的腐蚀性大，钢闸门在海水中比在淡水中腐蚀严重。⑸水流速度：钢闸门受到水流及水中夹带的泥沙等磨粒对金属表面高速冲击，产生冲蚀磨损；同时，水体的流动使极化作用加强，比较容易将腐蚀产物从结构表面随水流冲走，使腐蚀加快，所以经常开闸泄水的闸门比长期关闭的闸门腐蚀严重。
三、闸门在水中的腐蚀问题分析
不同金属元素的离子具有相对的高低电位,其自高向低的排列次序: 钾 K→钙 Ca→钠 Na→镁 Mg→铝 Al→锰 Mn→锌 Zn→铬 Cr→镍 Ni→铁 Fe→铅 Pb→氢 H→铜 Cu→银 Ag→金 Au。多数金属材料都是由几种金属元素组成的； 就是在纯金属材料中冶炼时不可避 免 地 含 有 S, P, C,Mn 等杂质, 这些杂质在金属体内可划分为很多不同的电极, 当金属处在水中时水是一种带有弱导电性质的电解液, 具备电化学腐蚀的条件, 构成一个个微电池, 阳离子由电位较高的极移向电位较低的极, 使阳极受到腐蚀而阴极得到保护。由于风浪的作用, 闸门的运动及高速水流的影响, 水面附近的溶解氧较多, 使氧的离子化过程加速, 容易造成局部阳极的迅速溶解, 所以闸门靠近水面波动部位的锈蚀要比其余部位严重；深水部位则因氧的离子化过程缓慢, 锈蚀程度相对较轻； 至于闸门水上部位, 由于仅受日光照射和潮湿空气的作用, 电化学腐蚀相对不明显, 较多的是属于化学腐蚀, 所以腐蚀也较轻。
四、闸门的防腐( 防锈) 措施分析
目前, 水工钢闸门的防腐措施主要有两种:一种是在金属表面涂上覆盖层, 将基体和电解质隔开, 防止形成腐蚀电池； 另一种是设法供给保护电能 ( 低压电流) , 使金属表面集聚足够的电子, 人为的使之成为一个整体阴极, 从而得到保护, 亦称为电化学保护。在覆盖层保护方面, 常采用涂料和喷镀保护: 涂料往往采用油漆, 也有部分采用涂环氧树脂的, 水工上常用的油漆有, 红丹底漆、银灰色面漆、830 号沥青铝粉船底漆、831 号黑棕船底防锈漆、环氧二乙烯红丹漆、环氧二乙烯乙炔铝粉面漆、醇酸沥青铝粉面漆等； 噴镀保护是在钢材表面被覆一层防锈性能好的金属层来保护钢材不被腐蚀, 常被覆的金属有铝、锌、铬、镍等, 方法有浸镀、喷镀、电镀 3 种。浸镀是将零件浸在金属溶液内进行的, 镀层厚度一般为 0.1 mm； 由于浸镀表面光洁度差, 故只适用于不加工零件； 由于浸镀容器所限, 所以只适用于比较小的零部件。电镀是将零件和保护金属一起浸在电解液中, 用导线连接并通电, 以电化作用将保护金属镀到零件上去, 厚度一般 0.07~0.4 mm。电镀也受容器的限制, 不适于大型设备。喷镀有两种: 一种是电喷镀, 一种是气喷镀。电喷镀高温电弧会使金属过多氧化, 影响保护效果, 且电弧易引起短路而不安全, 故应用的较少；气喷镀是将保护金属丝连续送入喷枪, 用乙炔在氧气支持下的燃烧将金属丝溶化, 用 5 kg/ mm2的压缩空气将其喷成雾状而喷到零件上, 厚度一般 0.1~0.2 mm。由于喷镀不受容器限制, 适合任何部件的防护, 所以应用广泛。闸门被覆保护的原理是利用预镀金属离子电位高于基体金属离子, 而使基体金属成为微电池的阴极而得到保护( 阴极保护) , 预镀金属成为微电池的阳极而受到腐蚀( 牺牲阳极) 。喷镀保护的办法现已广泛应用于水工钢闸门的防护上。外加电流阴极保护和涂料联合防护, 是将电位较高的金属有意地放在须保护零件附近, 加上电流, 造成牺牲阳极而达到保护阴极的目的。由于保护效果好, 所以发展很快, 他的缺点是耗电量大, 后来, 人们采用涂料与外加电流阴极保护联合保护的办法, 效果更为显著, 但对于经常改变位置和环境的水工钢闸门来说, 此方法就很难运用了。
五、结语
水库工程上钢闸门长期在日光暴晒、阴暗潮湿、干湿交替、常浸水下、高速水流冲刷、水生物腐蚀、泥沙、冰凌及其他漂浮物的冲磨等恶劣环境下工作, 极易发生锈蚀。因此, 做好水工钢闸门的防腐工作, 无论从保证安全运用、延长使用寿命来说, 还是从节约钢材来说, 都有十分重大意义。钢材的锈蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种,化学腐蚀是没有电流产生的情况下发生的腐蚀；电化学腐蚀是在金属与电解质溶液接触时形成无数小的腐蚀电池而引起的腐蚀。水工钢闸门的腐蚀大多属于这类腐蚀, 对结构物的破坏十分严重, 危害极大。针对以上的分析, 结合闸门位置的特点, 分别采取不同的保护办法: 溢洪道闸门经常在水线部位工作, 采用喷镀锌的保护措施； 输水道工作闸门常年在水下工作, 采取被覆环氧树脂进行保护。本文以上提出了自己的一些观点，可供同行参考。
关键词：水工钢闸门； 腐蚀； 防护；
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
前言
水工闸门是水电站、水库、水闸、船闸等水工建筑物中控制水位的重要构件，它要长期浸没水下，在启闭时频繁的干湿交替，受到高速水流的冲刷，特别是水线部分受到水、日光及水生物的作用，还受到水浪、泥沙、冰凌和其它漂浮物的冲蚀，钢材很容易腐蚀，显著降低了钢闸门的承载能力，严重影响水利工程的安全。腐蚀不仅影响结构的安全运行，还要消耗大量的人力、物力、财力来进行防腐蚀工作，因此，为了有效地控制钢铁的腐蚀，延长钢闸门的使用寿命，确保水利水电工程的完整和安全，钢闸门的长效防腐问题已引起人们的广泛关注。
一、电化学腐蚀的原理分析
分析伏特电池原理, 把铜板 Cu和锌板 Zn 放入盛有稀硫酸 H2SO4溶液 的 器 皿中, 用导线把它们连接起来, 在导线上再接一个毫安表, 可以发现电流表指针偏转, 证明导线中有电流通过, 电流的方向是由铜板流向锌板； 锌板电位高带有正电荷的锌离子 Zn++通过硫酸溶液趋向铜板, 使铜板获得正电荷, 于是锌板因失去正电荷而显示负极, 铜板因获得正电荷而显示正极, 于是电流就从正极流向负极。锌板不断被腐蚀, 铜板则不断附上硫酸锌 ZnSO4并析出氢 H2来, 这种现象称为析氢现象, 这就是日常使用的干电池的放电原理, 是靠电池内部其中一种金属被腐蚀的过程而实现的, 这种腐蚀现象就叫做电化学腐蚀。
二、水闸门的腐蚀环境及影响腐蚀的因素分析
1、腐蚀的环境：钢结构工程水闸门的腐蚀环境。水利水电工程中的钢结构水闸门及钢结构，有的长期浸于各种水质(海水、淡水、工业废水等)中；有的由于水位变化或闸门启闭常处于干湿交替的环境（这种环境因素对钢结构水闸门的影响很大）：有的还会受到高速水流的冲击和泥沙、漂浮物、冰凌的磨擦；位于水面或水上部分还受到水蒸发的潮湿气氛和飞溅的水雾作用；处于大气中工作的结构还受到日光、空气的作用。因为水工闸门的工作环境恶劣，影响因素众多，我们有必要对腐蚀因素做一下分析。
2、腐蚀的因素：⑴气候原因：钢结构水闸门水上部位易受日晒雨淋、潮湿天气等的作用而发生腐蚀。⑵钢结构表面状态：粗糙、机械损伤、焊接缺陷、缝隙等对腐蚀影响较大。⑶应力和变形：应力和变形越大，腐蚀越大。⑷水质：淡水含盐量较低，闸门的腐蚀视其化学成分及污染情况有所差异；海水含盐量高，导电性好，海水中含大量氯离子，对钢铁的腐蚀性大，钢闸门在海水中比在淡水中腐蚀严重。⑸水流速度：钢闸门受到水流及水中夹带的泥沙等磨粒对金属表面高速冲击，产生冲蚀磨损；同时，水体的流动使极化作用加强，比较容易将腐蚀产物从结构表面随水流冲走，使腐蚀加快，所以经常开闸泄水的闸门比长期关闭的闸门腐蚀严重。
三、闸门在水中的腐蚀问题分析
不同金属元素的离子具有相对的高低电位,其自高向低的排列次序: 钾 K→钙 Ca→钠 Na→镁 Mg→铝 Al→锰 Mn→锌 Zn→铬 Cr→镍 Ni→铁 Fe→铅 Pb→氢 H→铜 Cu→银 Ag→金 Au。多数金属材料都是由几种金属元素组成的； 就是在纯金属材料中冶炼时不可避 免 地 含 有 S, P, C,Mn 等杂质, 这些杂质在金属体内可划分为很多不同的电极, 当金属处在水中时水是一种带有弱导电性质的电解液, 具备电化学腐蚀的条件, 构成一个个微电池, 阳离子由电位较高的极移向电位较低的极, 使阳极受到腐蚀而阴极得到保护。由于风浪的作用, 闸门的运动及高速水流的影响, 水面附近的溶解氧较多, 使氧的离子化过程加速, 容易造成局部阳极的迅速溶解, 所以闸门靠近水面波动部位的锈蚀要比其余部位严重；深水部位则因氧的离子化过程缓慢, 锈蚀程度相对较轻； 至于闸门水上部位, 由于仅受日光照射和潮湿空气的作用, 电化学腐蚀相对不明显, 较多的是属于化学腐蚀, 所以腐蚀也较轻。
四、闸门的防腐( 防锈) 措施分析
目前, 水工钢闸门的防腐措施主要有两种:一种是在金属表面涂上覆盖层, 将基体和电解质隔开, 防止形成腐蚀电池； 另一种是设法供给保护电能 ( 低压电流) , 使金属表面集聚足够的电子, 人为的使之成为一个整体阴极, 从而得到保护, 亦称为电化学保护。在覆盖层保护方面, 常采用涂料和喷镀保护: 涂料往往采用油漆, 也有部分采用涂环氧树脂的, 水工上常用的油漆有, 红丹底漆、银灰色面漆、830 号沥青铝粉船底漆、831 号黑棕船底防锈漆、环氧二乙烯红丹漆、环氧二乙烯乙炔铝粉面漆、醇酸沥青铝粉面漆等； 噴镀保护是在钢材表面被覆一层防锈性能好的金属层来保护钢材不被腐蚀, 常被覆的金属有铝、锌、铬、镍等, 方法有浸镀、喷镀、电镀 3 种。浸镀是将零件浸在金属溶液内进行的, 镀层厚度一般为 0.1 mm； 由于浸镀表面光洁度差, 故只适用于不加工零件； 由于浸镀容器所限, 所以只适用于比较小的零部件。电镀是将零件和保护金属一起浸在电解液中, 用导线连接并通电, 以电化作用将保护金属镀到零件上去, 厚度一般 0.07~0.4 mm。电镀也受容器的限制, 不适于大型设备。喷镀有两种: 一种是电喷镀, 一种是气喷镀。电喷镀高温电弧会使金属过多氧化, 影响保护效果, 且电弧易引起短路而不安全, 故应用的较少；气喷镀是将保护金属丝连续送入喷枪, 用乙炔在氧气支持下的燃烧将金属丝溶化, 用 5 kg/ mm2的压缩空气将其喷成雾状而喷到零件上, 厚度一般 0.1~0.2 mm。由于喷镀不受容器限制, 适合任何部件的防护, 所以应用广泛。闸门被覆保护的原理是利用预镀金属离子电位高于基体金属离子, 而使基体金属成为微电池的阴极而得到保护( 阴极保护) , 预镀金属成为微电池的阳极而受到腐蚀( 牺牲阳极) 。喷镀保护的办法现已广泛应用于水工钢闸门的防护上。外加电流阴极保护和涂料联合防护, 是将电位较高的金属有意地放在须保护零件附近, 加上电流, 造成牺牲阳极而达到保护阴极的目的。由于保护效果好, 所以发展很快, 他的缺点是耗电量大, 后来, 人们采用涂料与外加电流阴极保护联合保护的办法, 效果更为显著, 但对于经常改变位置和环境的水工钢闸门来说, 此方法就很难运用了。
五、结语
水库工程上钢闸门长期在日光暴晒、阴暗潮湿、干湿交替、常浸水下、高速水流冲刷、水生物腐蚀、泥沙、冰凌及其他漂浮物的冲磨等恶劣环境下工作, 极易发生锈蚀。因此, 做好水工钢闸门的防腐工作, 无论从保证安全运用、延长使用寿命来说, 还是从节约钢材来说, 都有十分重大意义。钢材的锈蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种,化学腐蚀是没有电流产生的情况下发生的腐蚀；电化学腐蚀是在金属与电解质溶液接触时形成无数小的腐蚀电池而引起的腐蚀。水工钢闸门的腐蚀大多属于这类腐蚀, 对结构物的破坏十分严重, 危害极大。针对以上的分析, 结合闸门位置的特点, 分别采取不同的保护办法: 溢洪道闸门经常在水线部位工作, 采用喷镀锌的保护措施； 输水道工作闸门常年在水下工作, 采取被覆环氧树脂进行保护。本文以上提出了自己的一些观点，可供同行参考。