1.2　鋼鐵的腐蝕與防護

1.2.1　鋼鐵腐蝕概述

鋼鐵材料受周圍介質的作用而損壞，稱為鋼鐵腐蝕。鋼鐵銹蝕是最常見的腐蝕形態。腐蝕產生時，在鋼鐵的界面上發生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化（離子）狀態。這會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成垮塌等災難性事故。鋼鐵的腐蝕按其產生機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類，其中以電化學腐蝕為主。以下從產生機理上分別對鋼鐵腐蝕原因進行闡述。

（1）化學腐蝕

金屬材料與干燥氣體或非電解質直接發生化學反應而引起的破壞稱化學腐蝕。鋼鐵材料在高溫氣體環境中發生的腐蝕通常屬化學腐蝕，在實際生產過程中（冶煉軋制）常遇到以下類型的化學腐蝕。

①鋼鐵的高溫氧化：鋼鐵材料在空氣中加熱時，鐵與空氣中的O2發生化學反應，在570℃以下反應如下。

3Fe+2O2→Fe3O4

生成的Fe3O4是一層藍黑色或棕褐色的致密薄膜，阻止了O2與Fe的繼續反應，起了保護膜的作用，而在Fe3O4外面往往還包覆有一層Fe2O3。570℃以上生成以FeO為主要成分的氧化皮渣，生成的FeO是一種既疏松又極易龜裂的物質，在高溫下O2可以繼續與Fe反應，而使腐蝕向深層發展，生成FeO。

圖1-1是攀鋼軌梁廠加熱爐內墊子氧化鐵皮截面SEM形貌圖。從圖中可以看出金屬鐵的高溫氧化過程：金屬鐵—FeO—FexO［FeO-Fe3O4固溶體］—Fe3O4—Fe2O3。這個過程伴隨著體積膨脹，產生微裂紋，氣體沿著裂隙浸入，使得氧化鐵進一步氧化膨脹而碎裂。

不僅空氣中的氧氣會造成鋼鐵的高溫氧化，高溫環境中的CO2、水蒸氣也會造成鋼鐵的高溫氧化，溫度對鋼鐵高溫氧化影響極大，溫度升高，腐蝕速率顯著增加。因此，鋼鐵材料在高溫氧化性介質（O2、CO2、H2O等）中加熱時，會造成嚴重的氧化腐蝕。

②鋼的脫碳：鋼中含碳量的多少與鋼的性能密切相關。鋼在高溫氧化性介質中加熱時，表面的C或Fe3C極易與介質中O2、CO2、H2O和H2等發生反應，反應式分別如下。

上述反應使鋼鐵工件表面含碳量降低，這種現象稱為“鋼的脫碳”。鋼鐵工件表面脫碳后硬度和強度明顯下降，直接影響零件的使用壽命，情況嚴重時，零件報廢，給生產造成很大的損失。

③氫脆：含氫化合物在鋼材表面發生化學反應。

這些反應中產生的氫，初期以原子態存在，原子氫體積小，極易沿晶界向鋼材的內部擴散，使鋼的晶格變形，產生強大的應力，降低了韌性，增加鋼材的脆性，這種破壞過程稱為氫脆。合成氨、合成甲醇和石油加氫等含氫化合物參與的工藝中，鋼鐵設備都存在著氫脆的危害，特別對高強度鋼鐵構件的危害更應引起注意。

④高溫硫化：鋼鐵材料在高溫下與含硫介質（硫、硫化氫等）作用，生成硫化物而損壞的過程稱“高溫硫化”，反應如下。

高溫硫化反應一般在鋼鐵材料表面的晶界發生，逐步沿晶界向內部擴展，高溫硫化后的構件，機械強度顯著下降，以致整個構件報廢。在采油、煉油及高溫化工生產中，常會發生高溫硫化腐蝕，應該引起注意。

（2）電化學腐蝕

在一般的使用環境下，鋼鐵的腐蝕屬于電化學腐蝕。電化學腐蝕是金屬與電解質作用所發生的腐蝕，它的特點是在腐蝕過程中伴隨著電流的產生。鋼材、生鐵、熟鐵都不是純鐵，是Fe和C的合金，在有水和空氣的條件下，Fe和C形成原電池，Fe充當負極，C充當正極，吸收O2，Fe被氧化。原電池反應要比單純的化學腐蝕快很多，所以鐵銹的生成過程主要是Fe-C原電池發生吸氧腐蝕的過程。按照反應過程中氧元素是否有電子得失，可將電化學腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩類。

①析氫腐蝕：水膜中H+在陰極得電子后放出H2，同時H2O不斷電離，OH-濃度升高并向整個水膜擴散，使Fe2+與OH-相互結合形成Fe（OH）2沉淀，而Fe（OH）2還可繼續氧化成Fe（OH）3。

Fe（OH）3可脫水形成nFe2O3·mH2O，nFe2O3·mH2O是鐵銹的主要成分。由于這種腐蝕有氫氣析出，故稱為析氫腐蝕。

②吸氧腐蝕：水溶液中通常溶有O2，它比H+更容易得到電子，在陰極上進行反應。

陰極產生的OH-及陽極產生的Fe2+向溶液中擴散，生成Fe（OH）2，進一步氧化生成Fe（OH）3，并轉化為鐵銹，這種腐蝕稱為吸氧腐蝕。在較強酸性介質中，由于H+濃度大，鋼鐵以析氫腐蝕為主；在弱酸性或中性介質中，發生的腐蝕則主要是吸氧腐蝕。

1.2.2　不同環境中鋼鐵的腐蝕

目前，鋼鐵材料廣泛分布于各類環境中，在國民經濟建設中也發揮著越來越重要的作用。但是Fe元素的化學活潑性較強，即便在常溫常壓下也能與空氣中的O2、H2O等發生交互作用而使鋼鐵材料被腐蝕。環境因素對鋼鐵制品的腐蝕條件影響非常大，環境不同，其腐蝕機理也不盡相同，因此有必要就具體的使用環境分別闡釋其腐蝕機制及影響因素。

1.2.2.1　大氣環境中鋼鐵的腐蝕

大氣腐蝕是最古老的腐蝕形式之一，由于金屬在自然環境尤其大氣環境中使用非常普遍，大氣腐蝕一直是金屬材料遭到破壞的一個重要原因。全世界在大氣中使用的鋼材一般超過其每年生產總量的60％，大氣腐蝕損失的鋼材約占總損失量的50％以上。我國大氣污染比較嚴重，據調查，每年因大氣腐蝕而損耗的鋼鐵就達500多萬噸，因酸雨和二氧化硫污染造成的損失每年達1100多億元人民幣。因此，研究鋼鐵的大氣腐蝕是一項十分重要的課題，而有關鋼鐵腐蝕機理的研究也一直備受關注。

我國是幅員遼闊的國家，氣候類型和條件復雜，在不同的大氣氛圍中，鋼鐵腐蝕速率不一樣，其機理也不盡一致，因此有必要對不同的大氣氛圍分門別類，研究其腐蝕機制，并對其影響因素作細致探討。對大氣環境中鋼鐵的腐蝕來進行闡述，以A3鋼為例，在我國各主要地區的相對腐蝕率統計如表1-1所示。

（1）大氣中鋼鐵的腐蝕機理

鋼鐵的大氣腐蝕速率與其所處的大氣環境密切相關，主要表現為銹蝕。典型的大氣腐蝕環境有三種類型：鄉村大氣、工業大氣和海洋大氣。在鄉村大氣中，影響大氣腐蝕的主要因素是濕度和溫度；在工業大氣中，影響大氣腐蝕的主要因素是SO2等有害氣體；在海洋大氣中，影響大氣腐蝕的主要因素是氯離子。本節只討論鄉村大氣和工業大氣，海洋大氣則在下一節進行相關論述。

鄉村大氣：鋼鐵在鄉村大氣下腐蝕的主要產物α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe3O4。其中外部銹層為γ-FeOOH，內部銹層為α-FeOOH和Fe3O4。大氣腐蝕的影響因素很多，而這些因素都會直接影響到大氣的腐蝕機理。碳鋼在鄉村環境下的腐蝕機理可用圖1-2表示，在潮濕環境下，由于電化學腐蝕的作用，鐵單質會被逐漸腐蝕、溶解，生成Fe2+，而且Fe2+在鋼鐵腐蝕過程中起著自動催化的作用，加速了鋼鐵的腐蝕。

其中，反應①表明Fe被電化學腐蝕后溶解生成的Fe2+主要以FeOH+、Fe（OH）2和Fe2+的形式存在。反應②、③和④是Fe2+在空氣的氧化作用下，可經Fe（OH）2生成綠銹，綠銹接著氧化，生成鐵水石。而反應⑤、⑥則與反應體系的pH值有關，當pH值為近中性時，主要生成γ-FeOOH，并且相轉化時間最短。鐵水石在酸性條件下可形成α-FeOOH，但其反應速率明顯小于反應⑤。反應⑧和⑨是Fe3O4的生成過程，其中反應⑨是在γ-FeOOH形成之后內層發生缺氧腐蝕過程，生成了Fe3O4，因此也主要分布在內層。反應⑧是γ-FeOOH相轉化為Fe3O4的過程，而其中Fe2+對γ-FeOOH相轉化為Fe3O4有促進作用。反應⑦表明Fe3O4與γ-FeOOH轉化過程。這一步也經歷了復雜的相轉化，Fe3O4轉化為γ-FeOOH則發生在由濕變干的初期。

綜上所述，在碳鋼的鄉村大氣腐蝕過程中，隨著α-FeOOH、γ-FeOOH的生成，Fe2+起著自動催化作用，而Fe3O4的生成也與Fe2+的自動催化有關，所以可以認為在碳鋼的腐蝕過程中，Fe2+起著自動催化的作用，加快了碳鋼的腐蝕。

工業大氣：在SO2環境下，碳鋼的大氣腐蝕的主要產物是α-FeOOH，γ-FeOOH、β-FeOOH和Fe3O4含量較少，與在鄉村大氣的腐蝕產物類似。碳鋼在SO2環境下的大氣腐蝕反應方程式可表示如下。

與鄉村大氣腐蝕不同的是，在SO2存在的情況下，碳鋼腐蝕成鐵黃的同時還有著H2SO4的生成，而這些H2SO4則會繼續與鐵基反應，進一步腐蝕碳鋼，形成一個酸的循環生成機制。碳鋼在工業大氣環境下的腐蝕機理可用圖1-3表示。

由于SO2在水中的溶解度比O2大得多，它溶于水后，經進一步空氣氧化會生成硫酸，使得金屬表面液層的pH值很快降低，所以Fe2+的生成一部分來源于單質鐵與酸的反應，另一部分來自于電化學腐蝕。其中，反應①指的是Fe被電化學腐蝕后生成的產物以FeOH+、Fe2+和Fe（OH）2為主，當pH值較小的時候，以Fe2+為主。

反應②與鄉村大氣中反應基本相同，由于大氣中SO2的存在，經氧化溶于水后會有的生成，在的存在下，Fe（OH）2進一步氧化生成GR（Ⅱ）。反應④、反應⑤和反應⑥是Fe（OH）2經鐵水石形成α-FeOOH和γ-FeOOH的過程，近中性pH值時轉化為γ-FeOOH且所需時間最短，而酸性環境有利于α-FeOOH的形成。反應⑦是γ-FeOOH向α-FeOOH轉變的過程。而在含有Fe2+、的條件下，能加速γ-FeOOH的相轉化過程，這也是后期很難發現有γ-FeOOH的原因。反應⑧是β-FeOOH的生成過程，β-FeOOH內部及表面吸附可增加銹層的致密度，減慢腐蝕速率。反應⑨是形成Fe3O4的過程。這些產物應該是腐蝕后期在缺氧的內層形成的。

綜上所述，在碳鋼的工業大氣腐蝕中，由于SO2的原因，生成了特有的GR（Ⅱ）。在生成腐蝕產物γ-FeOOH或α-FeOOH過程中，Fe2+起著催化作用，加速了它們的形成。碳鋼的腐蝕過程中，Fe2+起著自動催化的作用，加快了碳鋼的腐蝕。

（2）大氣中的腐蝕影響因素

從前面所描述的鋼鐵在不同大氣環境中的腐蝕行為的研究來看，影響其腐蝕的主要有含氧量、濕度、溫度、電解質和pH值等因素，在這里假設常態下大氣中的含氧量基本恒定，不予討論，就其他方面詳細敘述。

①濕度的影響。鋼鐵在潮濕的空氣中，表面會形成一層薄水膜，這層水膜的存在，導致鋼鐵表面產生電化學腐蝕。鋼鐵腐蝕的產物，是疏松的鐵的氧化物的水合物，它不能隔絕鋼鐵與氧和水的繼續接觸，因此在潮濕空氣中，腐蝕將不斷地繼續發展。鋼鐵表面形成引起腐蝕的水膜與空氣的相對濕度有關。當空氣的相對濕度達到100％，或者鋼鐵表面溫度低于露點時，潮氣就會在鋼鐵表面結露。但當鋼鐵表面存在疏松的鐵銹或易吸濕的固體粒子時，即使不能滿足上述條件，只要空氣的相對濕度超過某一臨界值，鋼鐵的腐蝕也會得到加速。在大氣環境中，當空氣中相對濕度超過60％時，鋼鐵的腐蝕速率呈指數曲線上升，而相對濕度低于50％，腐蝕速率極低（見圖1-4）。

②溫度的影響。溫度與濕度相互間的協同效應，影響鋼鐵的腐蝕速率，在高溫高濕環境下，金屬的電化學反應加速，使鋼鐵的腐蝕加快。另外，環境溫度升高，使空氣中飽和蒸汽的含水率大大增加，一旦溫度降低，馬上形成冷凝水附著在銹蝕裂縫中或形成電解液加速電化學腐蝕或造成壓力促進腐蝕的進行。

③電解質的影響。如所處環境空氣中含有較多的鹽、堿類電解質污染物，就會提高冷凝露水的電導率，增大鋼鐵的腐蝕速率。總之，電解質加上水和氧，就會促進電化學腐蝕反應的發生。

④酸性氣體的影響。在某些地理環境中，受地質條件、工業污染等影響導致大氣中酸性氣體如SO2、CO2、NO等濃度較高，容易形成酸雨腐蝕，或使冷凝水的pH值偏酸性，容易將金屬Fe或Fe（OH）2、Fe（OH）3溶解，增加反應單元數目使腐蝕加劇。

1.2.2.2　海洋環境中鋼鐵的腐蝕

海水的成分極為復雜，還有大量的無機鹽類，是含鹽濃度極高的天然電解質溶液，金屬結構部件在海水中的腐蝕情況，除一般電化學腐蝕外，還有其特殊性。海洋環境下的腐蝕可分為海洋大氣和沖擊區的腐蝕，下面將分別敘述。

（1）海洋中不同環境下的腐蝕

①海洋大氣中的腐蝕。海洋大氣中相對濕度較大，同時由于海水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對于海洋鋼結構來說，空氣的相對濕度都高于它的臨界值。因此，海洋大氣中的鋼鐵表面很容易形成有腐蝕性的水膜。薄水膜對鋼鐵作用而發生大氣腐蝕的過程，符合電解質中電化學腐蝕的規律。這個過程的特點是氧特別容易到達鋼鐵表面，鋼鐵腐蝕速率受到氧極化過程控制。空氣中所含雜質對大氣腐蝕影響很大，海洋大氣中富含大量的海鹽粒子，這些鹽粒子雜質溶于鋼鐵表面的水膜中，使這層水膜變為腐蝕性很強的電解質，加速了腐蝕的進行，與干凈大氣的冷凝水膜比，含有周期性飽和海霧的大氣冷凝水膜能使鋼的腐蝕速率增加8倍。圖1-5是海洋大氣環境下碳鋼的腐蝕機理圖。

其中，反應①、②與鄉村大氣中行為相似，但是在反應③中，由于有Cl-的存在，Fe（OH）2進一步被氧化成GR（Ⅰ），這與前面兩種氣氛有所區別。反應⑨和反應過程較快，生成的綠銹可快速生成β-FeOOH和Fe3O4，由于β-FeOOH不穩定，很快便會轉變成α-FeOOH。當反應腐蝕速率較快時，容易導致缺氧形成Fe3O4。反應④、⑤和⑥是FeOH+和Fe（OH）2經GR（Ⅰ）和Ferrihydrite形成γFeOOH和α-FeOOH的過程。反應⑦和⑧表明γ-FeOOH與Fe3O4之間的相互轉化。在強還原條件下，近鐵表面的內層產生Fe3O4。

在氧流動并干燥時（外層）繼續發生氧的還原去極化。

綜上所述，在碳鋼的海洋大氣腐蝕中，由于Cl-的原因，生成了特有的GR（Ⅰ）。在生成的腐蝕產物α-FeOOH或γ-FeOOH過程中，Fe2+起著催化作用，加速了它們的形成。

②潮差區和飛濺區的腐蝕。在海洋環境中，受潮汐和波浪作用而干濕交替的區域為飛濺區。該區域是一個特殊的腐蝕環境，鋼結構表面由于受到海水周期濕潤、風浪沖擊，所以經常處于干濕交替狀態。通常在海平面以上、8m以下的空間，大氣中的鹽霧濃度最高，氯離子濃度也高。氯離子是一種穿透力極強的腐蝕介質，接觸到鋼鐵表面，便迅速破壞鋼鐵表面的鈍化層，先形成一個小陽極，金屬鐵溶解，形成一個腐蝕坑，亦稱為點腐蝕。鹽霧濃度越高，冷凝后的電阻率越低，導電性增大，加速電化學腐蝕。由于腐蝕介質厚度較小，以及在蒸發過程中加強了介質的混合，因此向鋼鐵表面供氧的速度大大加快，從而加速了鋼鐵表面的陰極腐蝕。另外，在飛濺區的鋼結構上形成的腐蝕產物二價鐵，在海水薄膜下的空氣中進行強烈氧化變成三價鐵。這樣，這個部位的腐蝕產物不僅不能抑制腐蝕程度，反而由于三價鐵的還原導致陰極過程的去鐵化，從而對腐蝕過程起了促進作用，這些原因致使鋼結構在飛濺區腐蝕特別嚴重。

（2）海洋環境下的腐蝕影響因素

海洋環境下的腐蝕因素除了常見的濕度、溫度、含氧量和pH值外，還有含鹽量（以Cl-計）、海浪的沖擊等，下面將重點敘述。

①Cl-濃度。Cl-是具有極強腐蝕活性的離子，可致使碳鋼、鑄鐵、合金鋼等材料的表面鈍化失去作用，甚至對高鎳鉻不銹鋼的表面鈍化狀態也會造成嚴重腐蝕破壞。

②海浪。海浪的沖擊作用對構件表面電解質溶液起了攪拌和更新作用，同時海浪的沖刷使已銹蝕的銹層脫落，加速了腐蝕的進度。

③海洋生物的影響。金屬結構部件表面（如船舷的水下部分）海洋生物的生長會嚴重破壞原物體的保護層（如涂料），使構件受到腐蝕破壞，同時海洋生物的代謝產物（含有硫化物）使金屬構件的腐蝕環境進一步惡化，導致了腐蝕作用的加劇。

總的來說，隨著海水中含鹽量的升高，海水的導電性增大，腐蝕加速；而溶氧量越大，鐵銹生成越快、越多，也會加速陽極的腐蝕。特別是橋梁和海上鉆井平臺的飛濺區，海水的含氧量更高，腐蝕更嚴重；不同海域水質的pH值也有差異，pH值越低的海域，越有利于鐵銹的溶解，這將加速電化學反應，使腐蝕嚴重。近年來，我國正在建造和準備建造的跨海大橋有10余座，海洋環境十分嚴酷，對大型橋梁主體結構的設計使用年限大都要求在100年以上。因此，如何科學合理地設計、選擇長效型鋼結構配套防腐涂料，需要經過慎重考慮和反復論證，才能作出決定。

1.2.2.3　土壤環境中鋼鐵的腐蝕

土壤是一類具有毛細管的多孔性物質，空隙中充滿了空氣和水，土壤中含有的鹽類溶解在水中，成為電解質溶液，因此，埋設在土壤中的各類管道及金屬設備，具備了形成電化學腐蝕的條件而發生腐蝕損壞。鋼鐵制品在土壤中主要受電化學腐蝕（吸氧腐蝕），受土壤中不同物理化學性質影響，分別產生陽極區和陰極區，經土壤介質形成通路，形成腐蝕電池并產生電流。電化學反應式如下。

土壤腐蝕是一種情況比較復雜的腐蝕過程，土壤中各部分含氧量不同，不同區域土壤的均勻性不同，金屬零件或管材在土壤中埋沒的深度不同，土壤的電導率、透氣性、濕度、酸度、可溶鹽含量和溫度等均影響腐蝕電池的工作特性，甚至土壤中的微生物對金屬腐蝕也有影響，下面將簡要敘述各因素的具體影響機制。

（1）可溶鹽含量

鹽分溶解在土壤中的水分中，形成土壤電解質溶液，含氧量越高，土壤電阻率越小，土壤的腐蝕性就越大，并且鹽分溶解時產生的、Cl-、（特別是Cl-）對鋼管表面氧化膜以及其他保護膜有破壞作用，加速了鋼管的腐蝕。

（2）透氣性

氧濃差是引起埋地金屬管道腐蝕的主要原因，氧含量又與土壤透氣性密切相關，土壤透氣性好，氧含量高，吸氧腐蝕進行得越快。除此之外，由于地下掩埋的特殊性，物件上半部分的土壤透氣性好于下半部分的土壤，又因為上半部分氧擴散途徑比下半部分遠，這樣氧容易擴散到鋼管的上半部分形成陰極區，而難以擴散到的鋼管底部為陽極區，陽極和陰極之間產生氧濃度差電池，便會引起管道陽極區腐蝕。

（3）濕度

濕度是決定金屬土壤腐蝕行為的重要因素之一。一方面水分使土壤成為電解質，為腐蝕電池的形成提供條件；另一方面濕度的變化顯著影響土壤的理化性質，進而影響金屬的土壤腐蝕行為。一般來說碳鋼在不同濕度的土壤中有著如下腐蝕規律：①在恒溫、恒濕中性土壤中碳鋼的腐蝕發展趨于一個穩定腐蝕狀態；②土壤濕度決定著中性土壤中碳鋼的腐蝕形態，高濕度條件下發生均勻腐蝕，而中、低濕度條件下發生局部腐蝕；③碳鋼在中性土壤中的腐蝕速率隨濕度的變化存在一個最大值，中等濕度土壤中腐蝕速率較大，高濕度和低濕度土壤中腐蝕速率較小，濕度對中性土壤中碳鋼腐蝕過程的控制有顯著影響。

（4）溫度

溫度的提高通常會加快金屬的腐蝕速率。其對腐蝕過程的影響主要是通過加快陰極的擴散過程、陽極的離子化過程和改變微生物的生長活動以及體系的氧容量等起作用。碳鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高而增大，但在正常含水率（21％ WHC）土壤中，溫度對碳鋼腐蝕速率的影響明顯大于高含水率時的影響，這一現象與氧容量和氧氣的傳輸阻力的變化有關。

（5）微生物的影響

土壤中滋育了大量的微生物，凡是同土壤接觸的金屬或非金屬結構的腐蝕除了受土壤理化性質的影響外，還與土壤中微生物的活動有關。參與鋼鐵腐蝕的微生物主要有硫酸還原菌（SRB）和腐生菌（TGB），其中SRB可以促使土壤-鋼鐵界面產生H2S氣體，造成腐蝕；而TGB則促進土壤氧濃差腐蝕電池的形成，加快了產品的腐蝕速率。

其余的如pH值等與前面所描述的影響機理相似，這里不再贅述。總的來說，土壤中的腐蝕與大氣中的腐蝕最大的不同就是它處于土壤的包裹之中，這也使得各種因素如溫度、氧含量、濕度等有著不同的影響機制。

1.2.3　常用鋼鐵表面防腐蝕技術

從前面的原理分析可以看出，鋼鐵的腐蝕總的來說是由于Fe和環境中的腐蝕介質發生接觸而被侵蝕，在這個過程中金屬Fe在原電池中充當了陽極而被氧化。對鋼鐵材料的腐蝕防護主要采用表面保護的方法，可以分為外加有機或無機耐蝕涂層和利用犧牲陽極保護陰極法原理的金屬覆蓋層兩種。至于結構成分改變，如在冶煉時添加耐蝕元素如Gr、Ni、Si等形成耐蝕鋼的研究，不在討論之列。

1.2.3.1　耐蝕材料涂覆

目前國內外使用最多的鋼鐵結構件防腐方法是涂料涂裝，其具有適用面廣、成本低、可操作性強等優點。不同類型的涂料對金屬的保護原理卻不盡相同。按涂料對金屬的保護作用，將涂料從以下兩個方面進行分類。

（1）屏蔽類涂料

這類涂料通常是涂覆在鋼鐵結構表面把金屬表面和環境隔開了，相對來說環境的各類腐蝕因子如O2、H+等較難通過這層隔膜與基體發生作用，而這種保護作用可稱為屏蔽作用。但是必須指出，薄薄的一層涂料不可能起到絕對的屏蔽作用。因為高聚物都具有一定的透氣性，而水和氧分子直徑通常只有幾埃（1?=1×10-10m），所以在涂層很薄時，它們是可以自由通過的。

有機涂料如環氧樹脂類、氯磺化聚乙烯類、聚氨酯類、氯化橡膠類、不飽和聚酯類、聚氟橡膠類等與鐵基有著較強的黏合力，同時有著良好的疏水性，可以有效地將基體與外界環境隔離開來，但是由于大多數的有機涂料含有醚鍵（環氧樹脂類）和酯鍵（聚氨酯類），不耐戶外久曬或皂化，因此對于有機涂料的選擇應該綜合考慮其使用環境，選擇比較對應的涂料，如海洋環境中應選擇耐皂化、結合力強的氯化橡膠涂料。

（2）緩蝕類涂料

這類涂料通過內部組分與金屬反應，使金屬表面鈍化或生成保護性的物質以提高涂層的防護作用。按照緩蝕劑的化學組成分類，可以分為有機緩蝕劑，如羧酸鹽類、有機氮化物鋅鹽類、堿式磺酸鹽類等；無機緩蝕劑，如磷酸鹽類、硼酸鹽類、鉬酸鹽類等。而按照作用機理則可分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑，其作用機理簡述如下。①陽極型緩蝕劑：在金屬表面生成薄的氧化膜，把金屬和腐蝕介質隔離開來；因特性吸附抑制金屬離子化過程；使金屬電極電位達到鈍化電位。②陰極型緩蝕劑：改變陰極反應；影響腐蝕產品或被腐蝕金屬的結構；改變表面上金屬氧化物的性質；金屬表面上不溶性屏障層的沉積或形成；復雜的金屬間化合物的形成；金屬基材上陽離子或金屬原子的吸附。③混合型緩蝕劑：與陽極反應產物生成不溶物；形成膠體物質；有些緩蝕劑在金屬表面吸附。

理想的涂料緩蝕劑應該是在寬pH范圍內有效；與金屬表面反應，其所生成的產物比未反應的緩蝕劑的溶解度應低得多；有足夠的溶解度，以維持其在涂料中的貯備；涂在基材界面而形成的緩蝕劑，不應該降低涂料基材的附著力；緩蝕劑因對陽極和陰極均有效，能防止水和氫還原陰極反應。

目前國內外使用最多的鋼鐵結構件防腐方法是有機涂料涂裝。涂裝防腐主要基于隔離機理，顯然只有當涂層將鋼鐵基體與腐蝕環境完全隔離時，涂層才能有效地保護鋼鐵材料免于腐蝕。但是事實上幾乎所有的有機涂料相層都存在一些微小的“針孔”。當外界的腐蝕介質通過這些通道到達鋼鐵基體時，就在涂層與基體的界面處發生腐蝕。鋼鐵腐蝕所產生的腐蝕產物將使體積膨脹20倍，其結果是在涂層中出現蝕痕、鼓泡和剝脫，最終導致腐蝕防護體系的失效。為了維持涂層對鋼鐵基體的保護作用，通常每隔幾年就要對鋼鐵構件重新涂裝一遍，在腐蝕嚴重的環境下甚至每年都要涂裝一遍，涂裝的另一個缺點是污染環境。因此，目前許多國家對使用有機涂料的限制越來越嚴格。

1.2.3.2　金屬覆蓋層

金屬覆蓋層保護是將金屬或合金材料通過某些方法覆蓋于鋼鐵表面，并以原電池理論為原理對金屬進行防腐保護，可分為陽極保護和陰極保護兩個類別，其中陰極保護應用較多，陽極保護在實際中運用很少。陰極保護法指的是把一種（或多種）活潑性強于Fe的金屬通過一定的工藝方法牢固地附著在其他Fe基體上，而形成幾十微米乃至幾個毫米以上的功能覆蓋層，通過自身的氧化而保護Fe基體。鋼結構用金屬覆蓋層大多為鋅及其合金，常采用的工藝有電鍍、熱浸、噴涂、擴散和機械鍍等。鋁及其合金也在鋼結構有應用，其工藝為噴涂、熱浸、擴散、包覆和氣相沉積等，鋁的耐蝕性遠高于鋅，但其工藝性能不如鋅覆蓋層，特別是在噴厚之后，其韌性以及其與基體的結合能力較差，在建筑結構中較少應用。我國在19世紀五六十年代就開始了鋅金屬覆蓋層的應用，主要為熱噴和熱浸工藝。近年來隨著技術的交流和進步，在國外廣泛使用的冷涂鋅技術也開始在國內電力工程等建設中應用。

1.2.4　防腐蝕涂料及涂裝

防腐涂料，一般分為常規防腐涂料和重防腐涂料，是涂料中必不可少的一種。常規防腐涂料是在一般條件下，對金屬等起到防腐蝕的作用，保護有色金屬使用的壽命；重防腐涂料是指相對常規防腐涂料而言，能在相對苛刻腐蝕環境中應用，并具有能達到比常規防腐涂料更長保護期的一類防腐涂料。近年來，有機重防腐涂料的研究開發發展迅猛，在傳統的常規有機防腐涂料的基礎上，研究出了眾多性能優異的品種，其中最為常見的有機重防腐涂料有環氧類重防腐涂料、聚氨酯重防腐涂料、氟碳涂料和聚脲重防腐涂料等。

（1）環氧類重防腐涂料

環氧樹脂是大分子鏈上含有兩個或兩個以上的環氧基團的熱固性樹脂，具有良好的成膜性能和優異的耐腐蝕特性。每年全球大概40％以上的環氧樹脂用于生產環氧防腐涂料，廣泛應用于各種嚴重腐蝕環境中鋼鐵建筑物的防腐。目前國內外已開發出眾多性能優異的環氧類防腐涂料，如環氧瀝青、熔結環氧粉末、環氧玻璃鱗片、環氧云鐵、環氧鋁粉和環氧聚硅氧烷重防腐涂料等。

（2）聚氨酯重防腐涂料

聚氨酯樹脂的分子結構中的活性氰酸根基團決定了其具有許多優異的特性——柔韌性好、黏結力強、耐磨性和力學性能優異、漆膜防腐性能好。自20世紀70年代以來，世界各國相繼對聚氨酯重防腐涂料進行了研究，并開發出眾多新型聚氨酯重防腐涂料。目前，為了進一步增強和擴大聚氨酯涂料的防腐性能以及應用范圍，許多研究者都著眼于對聚氨酯涂料的改性。

（3）氟碳涂料

氟碳涂料主要是以有機氟聚合物為成膜樹脂的一種常溫固化涂料。當前市場上常見的常溫固化型氟碳涂料主要以采用樹脂氟烯烴-乙烯基醚共聚物（FEVE）和端羥基全氟聚醚（PF-PE）為主。由于氟碳樹脂含有特殊的C—F基團，賦予氟碳涂料既有優越的耐候性、耐化學品性和耐熱性，又有優異的防腐性能，因而氟碳涂料逐漸成為目前長效免維護工程外用涂料和高性能防腐涂料的主要代表。

（4）聚脲重防腐涂料

20世紀80年代末，美國Huntsman公司自主開發了一種創新性噴涂聚脲彈性體技術。該技術基于端氨基聚醚、二胺擴鏈劑的活性氫組分和異氰酸酯組分進行反應，具有固化快速、施工時受環境影響小、耐磨性極高、抗老化性以及耐腐蝕等優點。因其優異的防腐綜合性能，在電力建設、石油石化防腐、建筑防水等領域得到了較為廣泛的應用。目前，利用新型結構的聚天門冬氨酸酯為主體成膜物質開發出來的聚脲防腐蝕涂料已逐漸受到許多國內外學者的關注。

1.2.5　鋼鐵表面外加鋅覆蓋層保護技術

人類從開始使用金屬的那天起，就開始了與腐蝕的對抗。200多年前，意大利科學家Luigi Galvani教授對電化學的研究，開辟了人類利用“陰極保護”對抗金屬腐蝕的新途徑，而鋅作為一種優異的金屬陰極保護材料，已在防腐工業中得到了廣泛的應用。與其他防腐金屬相比，鋅是一種相對價廉而又易鍍覆的金屬，屬低值防蝕鍍層。當在鋼鐵基材上形成全金屬覆蓋涂層時，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn（OH）2及堿式碳酸鋅保護膜，一定程度上減緩了鋅的腐蝕，這層保護膜（也稱白銹）受到破壞又會形成新的膜層。當鋅層破壞嚴重、危及鐵基體時，鋅對基體產生電化學保護。因此，在包含如H2O、CO2、Cl-、SO2等各種腐蝕介質的環境中，鋅與鐵可形成微電池，鋅可以發揮犧牲陽極保護陰極鐵基的作用，從而大大延長鋼構件的使用壽命。此后，熱浸鋅以及熱（電弧）噴鋅的相繼出現，不斷推動了防腐技術水平的發展。下面將分別介紹已經得到實際應用的各種鋅保護方法。

（1）電鍍鋅

電鍍鋅在行業內又稱之為冷鍍鋅，是利用電化學原料，通過電沉積或非電沉積在鋼構件表面形成一層均勻、致密、結合良好的金屬鋅沉積層。電鍍鋅涂層厚度為5～15μm。電鍍鋅鍍覆技術包括適合小零件的滾鍍、槽鍍（掛鍍）、藍鍍、自動鍍以及線材、帶材的連續鍍。目前國內所使用的電鍍溶液主要包括氰化物鍍鋅、鋅酸鹽鍍鋅、氯化物鍍鋅和硫酸鹽鍍鋅。電鍍鋅生產工藝屬于鋅酸鹽鍍鋅和低鉻鈍化的金屬外層表面鍍鋅工藝。

由于鋅在干燥空氣中不易變化，而且在潮濕的環境下更能產生一種堿式碳酸鋅薄膜，這種薄膜就能保護好內部零件而不被腐蝕損壞。即使在鋅層被某種因素破壞的情況下，鋅和鋼經過一段時間結合會形成一種微電池，從而使鋼基體成為陰極而受到保護。總的來說，電鍍鋅有以下特點：

①抗腐蝕性好，結合細致均勻，不易被腐蝕性氣體或液體進入內部；

②由于鋅層比較純，無論在酸或堿環境下都不易被腐蝕，能長時間有效地保護鋼體；

③經鉻酸鈍化后可形成各種顏色供使用，客戶能根據喜好挑選，鍍鋅美觀大方，具有裝飾性；

④鋅鍍層具有良好的延展性，在進行各種折彎、搬運撞擊等情況下都不會輕易掉落。

但電鍍鋅生產工藝繁瑣、復雜，需要控制和平衡的因素很多，例如要合理地控制鋅、鐵、氫氧化鈉、光亮劑的含量，以及注意溫度和陰極移動的影響。由于人工操作失誤所造成的任何一個因素的失調，都會使得電鍍鋅產品出現缺陷。同時，電鍍生產過程中的廢水，會產生大量的污染物，這些污染物主要來自鍍鋅部件、金屬鍍料和電鍍工藝中使用的化學藥劑、酸堿物質。因此，在電鍍行業中，人們采取了各種各樣的方式減少電鍍所帶來的污染問題，如對那些耗能大、污染嚴重、使用過程中有危害生態環境的產品予以更新，調整產品結構；開發和選用無害或低害的原材料替代有毒的原材料；精料替代粗料，提高產品合格率，減少污染；在生產過程中實施工藝優化，改革高能耗、高物耗的工藝技術，改革設備，實現生產自動化，并優化工藝條件；改變生產線和設備布局，采用連續閉路生產流程，減少原材料流失和污染物排放，提高原材料利用率。

（2）熱噴涂鋅

熱噴涂鋅屬于表面工程技術，是以細微而分散的熔化或半熔化狀態金屬鋅為涂層材料，經過高壓噴涂，沉積到基體表面形成鋅噴涂沉積層。它是以燃料氣或電弧等提供的能量，利用電弧、等離子噴涂或燃燒火焰將鋅金屬粉末加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助焰流本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預處理過的基體表面，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術。熱噴涂按熱源種類可分為：火焰類，包括火焰噴涂、爆炸噴涂、超聲速噴涂；電弧類，包括電弧噴涂和等離子噴涂；電熱類，包括電爆噴涂、感應加熱噴涂和電容放電噴涂；激光類，即激光噴涂。

熱噴涂的技術特點有：

①基體材料不受限制，可以是金屬或非金屬，可以在各種基體材料上噴涂；

②可噴涂的涂層材料極為廣泛，熱噴涂技術可用來噴涂幾乎所有的固體工程材料，如硬質合金、陶瓷、金屬、石墨等；

③噴涂過程中基體材料溫升小，不會產生壓力和變形；

④操作工藝靈活方便，不受工件形狀限制，施工方便；

⑤涂層厚度可以從0.01mm至幾毫米；

⑥涂層性能多種多樣，可以形成耐磨、耐蝕、隔熱、抗氧化、絕緣、導電、防輻射等具有各種特殊功能的涂層；

⑦具有適應性強及經濟效益好等優點。

熱噴涂鋅是在高速氣流的作用下使鋅霧化成微細熔滴或高溫顆粒，以很高的飛行速度噴射到經過處理的工件表面，形成牢固的覆蓋層，從而使工件表面獲得不同硬度、耐磨、耐腐、耐熱、抗氧化、隔熱、絕緣、導電、密封、消毒、防微波輻射以及其他各種特殊物理化學性能。它可以在設備維修中修舊利廢，使報廢的零部件“起死回生”，也可以在新產品制造中進行強化和預保護，使其“益壽延年”。

但是，熱噴涂也存在一些缺陷，例如噴涂工藝需要融化金屬粒子，導致噴涂溫度高，使基體內部產生熱應力，基體表面產生熱變形。并且因為除火焰噴涂外都無法人工操作，操作危險。此外，傳統熱噴涂工藝很難控制噴涂面積與厚度，所以噴涂效果差，并且設備不便攜帶。而且，在熱噴涂操作過程中，會存在高速、高溫的噴射流對人體和設備易造成傷害的風險，而噴涂粉塵、噴涂噪聲以及噴涂弧光的輻射都會對人體產生潛在的健康威脅。

（3）冷噴涂

冷噴涂是一種金屬噴涂工藝，20世紀80年代，前蘇聯科學院的理論和應用力學研究所在空洞試驗中發現，當超聲速氣流吹過涂覆金屬粉末的基體表面時，金屬粒子能夠在基體表面牢固黏附，并擁有致密性好、適用基材廣（適用于任何金屬、玻璃、陶瓷和巖石表面噴涂）的特點，因此便開啟了冷噴涂（GDS）這種金屬噴涂工藝。有別于傳統的熱噴涂工藝（如超速火焰噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂等傳統熱噴涂）的是，它不需要將加工噴涂的金屬粒子融化，只需用常溫金屬粒子便可應用。冷噴涂的理論基礎是壓縮空氣加速金屬粒子到臨界速度（超聲速），金屬粒子直擊到基體表面后發生物理形變。金屬粒子撞扁在基體表面并牢固附著，整個過程金屬粒子沒有被融化，但如果金屬粒子沒有達到超聲速則無法附著。

從原蘇聯解體技術被公開后，經過20多年的研究，該技術被分為兩個研究方向，分別是高壓與低壓氣體動力冷噴涂技術。高壓冷氣動力噴涂使用的壓縮空氣為15個大氣壓（psi）以上，DYMET低壓冷氣動力噴涂使用的壓縮空氣為10個大氣壓（psi）。對比傳統熱噴涂技術，高壓以及低壓冷氣動力噴涂的技術有以下共同優勢：一是噴涂基體的表面瞬間溫度不超過150℃，體感溫度為70℃；二是噴涂致密性好，可噴涂任意厚度的涂層；三是可以在任何金屬、玻璃、陶瓷和巖石表面噴涂。雖然這種冷噴涂工藝得到的涂層性能優良，但因其仍需要氣體噴涂設備方可應用，使用不便，耗能較高。

（4）滲鋅

滲鋅將鋼鐵制件和滲劑按一定比例裝入滾動（或旋轉）爐罐中，加熱滾動爐罐，實現“動態”下的擴散滲鋅，在鋼鐵制件表面形成鋅鐵合金層。鋅鐵合金的電極電位高于鐵、低于鋅，從而能達到犧牲陽極保護陰極的防腐作用。目前采用最多的滲鋅工藝為粉末滲鋅，即將滲鋅劑與鋼鐵制件置于滲鋅爐中，加熱到400℃左右，活性鋅原子則由表及里地向鋼鐵制件滲透。與此同時，鐵原子由內向外擴散，這就在鋼鐵制件的表層形成鋅鐵金屬間化合物，即鍍鋅層。

粉末滲鋅產品的性能良好，概括起來有以下優點。

①耐腐蝕性強。實踐證明，在海洋大氣、惡劣的工業大氣等多種環境下，滲鋅層的耐蝕性優于熱、電鍍鋅和不銹鋼。在同一種工業大氣中，不銹鋼腐蝕600天，表面就布滿銹點，而鍍鋅產品腐蝕1600多天，其表面沒有一點銹跡。

②耐磨、抗擦傷性能好。滲鋅層表面硬度能達到HV250～400，而熱、電鍍鋅制件表面為純鋅，鍍層硬度僅為HV70左右，因此滲鋅比熱、電鍍鋅的耐磨和抗擦傷性能好得多。

③生產基本無污染。在一般情況下，滲鋅生產的前處理只采用拋丸機除銹、清油，且用布袋除塵，能達到國家三級標準。生產中以油燃料作為主要能源，采用循環燃燒無煙排放技術，粉末滲鋅技術為鋅固體滲，沒有鋅蒸氣產生，工件與助劑又在密閉的器具中進行滲透和分離，對周圍環境沒有污染。

④鋅消耗量比較低。據了解，熱鍍鋅的鋅消耗量噸產品為100kg左右，而粉末滲鋅僅為30kg左右，只占熱鍍鋅的30％。另外，也沒有鋅鍋腐蝕這一熱鍍鋅的老大難問題。

⑤涂漆后能實現復合防護。滲鋅產品的滲鋅層均勻且與油漆的結合力為一級，其復合防護層的耐腐蝕性均優于熱、電鍍鋅和滲鋅層。

⑥經滲鋅處理的鋼材制件不影響材料的力學性能。滲鋅處理的溫度比熱鍍鋅低100～280℃，此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴散逸出，因此在應用中沒有氫脆的危害，也能避免彈簧等一些高強度件因處理溫度高造成力學性能下降的弊端。

納米復合粉末滲鋅技術為目前國際及國內最新科研成果，該技術利用納米粉末特殊的熱學性能及化學性能，從而獲得比傳統粉末滲鋅更優異的耐腐蝕性、耐磨性、抗高溫氧化性，而且具有保持材料力學性能不變，提高涂裝結合力等特性。

滲鋅產品的性能優勢決定了其應用廣闊，效益顯著。如室外鋼結構及緊固件、高速公路護欄、橋梁，水暖器具和建筑五金、汽車、工程機械等零部件，粉末冶金制品以及化工、海洋、冶金、發電等工程中的耐蝕、耐高溫零部件都可采用滲鋅鋼材產品，其經濟效益是很可觀的。

然而，由于滲鋅工藝也需要高溫處理，易造成環境污染和能源浪費，并且滲鋅工藝對于設備及操作人員的素質要求較高，因此也帶來了使用不便的缺陷。

（5）熱浸鍍鋅

熱浸鍍鋅又叫熱浸鋅或熱鍍鋅，是通過將除銹的不銹鋼、鑄鐵、鋼構件浸入到溫度高達500℃的熔融態鋅液或合金液中，從而使得產品表面附著鋅層，達到防腐的目的。熱浸鍍鋅層一般在35μm以上，并經過特殊工藝，可達200μm。1836年，法國首次將熱浸鍍鋅應用于工業防腐中，到目前為止已經擁有180多年的發展歷史。目前，熱浸鍍鋅約占鍍鋅總量的95％，熱浸鍍鋅用鋅量在世界范圍內約占鋅產量的40％，在國內約占鋅產量的30％。

由于熱浸鍍鋅涂層制備過程中鋼鐵基體與純鋅層形成鋅-鐵合金，熱浸鍍鋅中的鋅涂層與鋼鐵基材有良好的附著力。工件表面在熱浸鍍鋅時形成鐵-鋅合金層的過程可簡單地敘述為：當鋼鐵構件浸入熔融的鋅液時，首先在界面上形成鋅與α鐵（體心）固溶體。這是金屬鐵在固體狀態下溶有鋅原子所形成的一種晶體，兩種金屬原子之間融合，原子之間引力比較小。因此，當鋅在固熔體中達到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴散，擴散到（或叫滲入）鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當工件從浸鋅液中移出時表面形成純鋅層，為六方晶體。

鑒于熱浸鍍鋅產品的屏蔽保護和電化學保護性能，以及能夠控制較大的涂層厚度，因此，熱浸鍍鋅產品的優點也顯而易見。

①處理費用低。熱鍍鋅防銹的費用要比其他漆料涂層的費用低。

②初期成本低。一般情況下，熱浸鋅的成本比施加其他保護涂層的要低，原因很簡單，其他保護涂層如打砂涂料是勞動力密集的工序，而熱浸鋅的工序為高機械化，緊密控制的廠內施工。

③省時省力。鍍鋅過程比其他的涂層施工法更快捷，并且可避免安裝后在工地上涂刷耗費時間。

④全面性保護。鍍件的每一部分都能鍍上鋅，即使在凹陷處、尖角處及隱藏處都能受到全面保護。

⑤持久耐用。在郊區環境下，標準的熱鍍鋅防銹厚度可保持50年以上而不必修補；在市區或近海區域，標準的熱鍍鋅防銹層則可保持20年而不必修補。

⑥可靠性好。鍍鋅層與鋼材間是冶金結合而成為鋼表面的一部分，因此鍍層的持久性較為可靠。

⑦鍍層的韌性強。鍍鋅層會形成一種特別的冶金結構，這種結構能承受在運送及使用時受到的機械損傷。

⑧檢驗簡單方便。熱浸鋅層可以通過目視及簡單的非破壞性涂層厚度表作測試。

⑨可靠性。熱浸鍍鋅的規格一般按照BS EN ISO 1461：2009《鋼鐵制品熱浸電鍍層規范和試驗方法》執行，規定其最低的鋅層厚度，所以其防銹年限及表現是可靠并可預計的。

隨著工業發展，熱浸鍍鋅的長效保護性能能夠應用于各種領域，包括通信鐵塔、電力鐵塔、鐵路、路燈桿、船用構件、公路防護、變電站附屬設施、建筑鋼結構構件等。

但熱浸鍍鋅也存在一些不可忽視的缺陷：一是熱浸鍍鋅技術需要將鋅通過高溫熔化，造成巨大的能源消耗，不利于節能環保；二是鋼構件只能在工廠中進行浸鍍鋅處理，當產品在應用過程中，由于電焊、切割等不可避免因素所造成的鍍鋅層破損，要通過重新運送工廠返工修復是幾乎不可能的。而采用普通的涂料進行修補，卻達不到熱鍍鋅的防護效果，容易生銹；三是施工要求高，周期長；四是高溫加工，鋼構件易變形。目前國家已經立法逐步限制熱浸鍍鋅的發展。

（6）達克羅

達克羅是DACROMET的譯音和縮寫，又簡稱達克銹、迪克龍，國內命名為鋅鉻涂層，是一種以鋅粉、鋁粉、鉻酸和去離子水為主要成分的新型防腐涂料。達克羅技術所用涂料種類繁多，但基本上是由超細鱗片狀鋅、超細鱗片狀鋁的金屬物、惰性有機溶劑、無機酸及纖維類特殊有機物組成。達克羅膜層對鋼鐵基體的保護作用與冷涂鋅涂料防腐原理類似，即通過片狀鋅、鋁層狀重疊，阻礙了水、氧等腐蝕介質到達基體的壁壘效應，以活潑鋅作為陽極的陰極保護作用，以及達克羅的處理過程中，鉻酸與鋅、鋁粉和基體金屬發生化學反應，生成致密的鈍化膜的鈍化保護作用。

達克羅是一種新型的表面處理技術，與傳統的電鍍工藝相比，達克羅是一種“綠色電鍍”。其具備超強的耐蝕性能、無氫脆性、高耐熱性、結合力及再涂性能好、滲透性良好、無污染、無公害等優點。

達克羅雖然有許多優點，但它也有一些不足之處，主要體現為：

①部分達克羅中含有對環境和人體有害的鉻離子，尤其是六價鉻離子具有致癌作用；

②達克羅的燒結溫度較高、時間較長，能耗大；

③達克羅的表面硬度不高、耐磨性不好，而且達克羅涂層的制品不適合與銅、鎂、鎳和不銹鋼的零部件接觸與連接，因為它們會產生接觸性腐蝕，影響制品表面質量及防腐性能；

④達克羅涂層的表面顏色單一，只有銀白色和銀灰色，不能滿足汽車發展個性化的需求。不過，可以通過后期處理或復合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車零部件的裝飾性和匹配性；

⑤達克羅涂層的導電性能不是太好，因此不宜用于導電連接的零件，如電器的接地螺栓等。

（7）富鋅涂料

早在1920年，澳大利亞和美國等國就開始研發用鋅粉漆保護鋼鐵，鋅粉漆的應用開拓了“鋅保護”的新領域。鋅粉漆即富鋅涂料，在市場應用主要以富鋅底漆為主。現在，富鋅底漆已成為保護鋼鐵最普遍、最重要的底漆，從大的船舶到小的零件，可以說在大氣和海洋重防腐領域，幾乎沒有可競爭的對手。此外，由于富鋅底漆的良好耐蝕性和可焊性，目前也普遍用于車間底漆。涂有保養底漆的鋼板或結構件在預處理、切割和焊接時，不發生銹蝕，待結構安裝完畢時，無需噴砂，只需用水清除表面污物，就可進行下道底漆或面漆的涂裝。其主要防腐作用有：屏蔽作用、電化學防護、涂膜自修復和鈍化作用。

富鋅涂料通常可分為無機富鋅涂料和有機富鋅涂料兩種類型，無機富鋅涂料又有溶劑型和水性兩類。溶劑型無機富鋅涂料以正硅酸乙酯為基料，因為正硅酸乙酯可以溶于有機溶劑，噴涂后，在溶劑揮發的同時正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空氣中的水分并發生水解反應，交聯固化成高分子硅氧烷聚合物，也就是硅酸乙酯水解縮聚形成網狀高聚物涂膜的過程。

水性無機富鋅涂料是由水性無機硅酸鹽（鈉、鉀、鋰）樹脂、鋅粉、助劑組成的雙組分涂料。現在也開發出了磷酸鹽類的富鋅涂料。水性無機富鋅涂料已有50多年的發展歷史，該產品最早由美國航空航天總署（NASA）研發而成，用于太平洋小島衛星接收站的防銹。水性無機富鋅涂料分為后固化型和自固化型兩種。后固化型無機富鋅涂料漆膜干燥后，需要加熱或者涂上酸性固化劑（稀磷酸或者MgCl2水溶液），施工較為復雜，漆膜較脆。目前市場上廣泛應用的是水性自固化無機富鋅涂料。有機富鋅涂料常用環氧樹脂、氯化橡膠、乙烯基樹脂和聚氨酯樹脂為成膜基料。最為常用的是環氧富鋅涂料，其中聚酰胺固化環氧富鋅底漆是有機富鋅底漆中應用最大的品種。有機富鋅涂料中有機成膜物的導電性能差，必須增加鋅粉含量以保證導電性。美國鋼結構涂裝協會SSPC Paint-20中規定，有機富鋅涂料鋅粉占干膜質量不得少于77％，無機富鋅涂料鋅粉占干膜質量不得少于74％。此規定就是為了增加涂膜的導電性。此外，有機樹脂的黏結性優于無機樹脂，這樣也為高含量鋅粉附著提供了更好的保證。有機型涂料的防銹性能比無機型稍差，導電性、耐熱性、耐溶劑性不如無機型涂料，但施工性能好，對鋼材表面的處理質量容忍度較大。同時環氧富鋅底漆與大多數涂料可以兼容，且配套涂層之間有著協同作用，使配套涂層的壽命較單獨使用時提高1.5～2.4倍。

綜上所述，為了克服傳統鋅保護技術所存在的問題和不足，冷涂鋅涂料已逐漸受到重視，并成為一個新的鋅保護發展方向。