富锌涂料的防腐性能研究
李国新1，胡大伟1，彭奕亮2，李秉洁1，陈畅1
( 1． 西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安710055; 2． 河南省电力勘测设计院，郑州450007)

富锌涂料因其配方中富含大量的电化学防锈颜料锌粉，故被称为富锌涂料［1］。富锌涂料在钢基体受到腐蚀的初期，激烈的电化学反应导致锌粒子先于铁粒子被腐蚀，从而起到牺牲阳极保护阴极的效果，另外腐蚀过程中不断生成的腐蚀产物堵塞孔隙也能提供有效的隔离防护作用［2］。研究表明，当富锌涂料干膜中锌含量( 质量分数) 达到96% 以上时，其防护效果与热浸镀锌相当。另外，富锌涂料具有涂膜坚硬、附着力好、优良的阴极保护作用等优点，所以被广泛应用于输变电钢结构、船舶、桥梁、石油化工设备管线等工程领域中，并在某些领域中取代了热浸镀锌防腐处理方式［3 － 5］。现在我国市场上所销售的用于电力工程钢结构的诸多富锌涂料，均表示其涂料干膜含锌量达到96%以上，其防腐性能可与热浸镀锌所起的防护效果相当。然而，我国现行标准《富锌涂料》( HG/T 3668—2000) ［6］仅要求经富锌涂料处理的试件达到中性盐雾试验1 000 h，在划痕单向扩蚀不超过2. 0 mm，未划痕区无起泡、生锈、开裂、剥落即可。此外，影响富锌涂料防腐性能的因素也并非涂层干膜中锌含量一项。因此，为了清楚了解目前市场上此类富锌涂料的防腐性能，本研究选取具有代表性的4 种富锌涂料产品进行了详细的试验和分析，以期达到指导工程应用的目的。

1 实验部分
1. 1 实验材料
富锌涂料产品: 为使待测样品具有代表性，购买了4 种市售的富锌涂料，其中2 种为外资企业生产，2种为国内企业生产。4 种产品的生产厂家均承诺其富锌涂料干膜中锌含量( 质量分数) 超过96%，这4 种涂料编号为1#、2#、3#和4#。
NaCl、2 － 甲基－ 4 － 戊酮、丙酮: 分析纯，国药集团化学试剂有限公司; 锌粉: 纯度99. 99%，国药集团化学试剂有限公司; 水: 纯水，电导率低于20 μS /cm。
1. 2 样品制备
首先将材质为Q345B、厚度为2 mm 的钢板经喷砂处理，达到St2 级，切割成150 mm × 50 mm 的试件，打磨掉边角的毛刺; 再将富锌涂料待测试样进行充分搅拌直至均匀，用羊毛软刷涂刷到钢板试样上，待干燥后再涂，共涂刷2 ～ 3 次，直至涂层终厚度为80 ～ 90 μm; 后将经充分干燥的样品放入盐雾试验箱中进行中性盐雾试验。
干膜含锌量测试样品: 将涂料涂刷到洁净的玻璃板上，待充分干燥后，刮下并研磨。X － 衍射分析( XRD) 样品: 将腐蚀后的试件，切割下1 mm × 1 mm 的块体，干燥后测试。扫描电子显微镜分析( SEM) 样品: 腐蚀前后的试件，切割下1 mm ×1 mm的块体，干燥后喷金测试。
1. 3 实验方法和仪器
( 1) 中性盐雾实验: 依据国家标准《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》( GB/T 10125—1997) ［7］进行; 采用东莞科迪仪器有限公司生产的KD － 200 型中性盐雾实验箱。
( 2) 涂料干膜中锌含量测试: 依据《锌粉颜料及富锌涂料干膜中金属锌含量的测定》( ASTM D6580—2000) ( 2009 年修订) ［8］进行测试; 采用美国USA TA － 2910 型差示扫描量热仪，升温速率10 ℃ /min，氮气气氛; 化学分析法，依据《富锌涂料》( HG/T 3668—2000) 测试。
( 3) X － 衍射分析( XRD) : 采用德国布鲁克公司生产的M1 MISTRAL X － 衍射仪，Cu 靶。
( 4) 扫描电子显微镜分析: 采用荷兰FEI 公司生产的FEI－ 200 型电子扫描显微镜，工作电压20 kV。
( 5) X － 荧光分析( XRF) : 采用德国布鲁克公司生产的S4PIonEER 型X － 荧光分析仪。

2 结果与讨论
2. 1 中性盐雾腐蚀测试结果
在盐雾实验中，4 种富锌涂料试件均采用在涂层上划“×”的方法，并深及钢板基材［9］。这样处理的原因是经富锌涂料处理的试件，其涂层尽管是一个整体，但只是由树脂基料与众多锌颗粒粘结而成，且涂料与钢铁基材的粘结力也不及热浸镀锌层与钢铁基材的粘结力。若涂料防腐性能不好，人工缺陷处便产生锈蚀，锈蚀产生体积膨胀，并在涂料下进行蔓延，导致沿人工缺陷产生更多的锈蚀。图1 所示为1# ～ 4#富锌涂料破损试件盐雾腐蚀照片。

从图1 可以看出，虽然在1 000 h时，4种涂料的破损处均未出现明显锈蚀，但经2 000 ～ 4 000 h盐雾实验后，4种涂料则出现了显著的差异。1#和2#富锌涂料试件在4 000 h内耐中性盐雾腐蚀性优异，破损处少量锈迹出现，但并没有大量蔓延; 3#和4#富锌涂料试件在2 000 h时已出现锈迹扩散蔓延，在随后的时间里锈迹继续扩散，导致失去防护效果，其中4# 富锌涂料防腐蚀效果差。
此外，在盐雾腐蚀实验过程中试件均发生不同程度的局部腐蚀，腐蚀坑被富集锌和氯化物的腐蚀产物所覆盖，而其他腐蚀相对较轻的部位腐蚀产物分布较少。由于为了维持电荷的平衡，氯离子向阳极区移动，并与阳极溶解的物质结合，促使阳极溶解过程不断进行，终导致在阳极区形成蚀坑［11］。在有蚀坑的部位，试样表面也出现肉眼可见的圆环，圆环内的颜色较其他区域略深。当腐蚀不严重时，腐蚀产物为白色; 当腐蚀严重时，出现红色的铁锈。