伍思凯作曲备受校长喜爱，钢铁腐蚀损失惊人，水利水电金属结构设备防腐至关重要

我只记得吴思凯特别的爱

没想到校长最喜欢的，竟然是吴思凯作的。

全球每年生产的钢铁约有十分之一变成锈蚀，30%的钢制设备因腐蚀而损坏。国际上公认各国腐蚀损失约占国内生产总值的3%至5%。2016年，国际权威组织公布，腐蚀造成的总成本预估达2.5万亿美元。[1]

2016年，中国工程院公布的数据显示，2014年腐蚀造成的损失总额超过2.1万亿元，相当于每个中国人均损失1500多元[2]。如此惊人的腐蚀损失还只是经济方面的表现，如果考虑到因腐蚀引发的灾难性事故的损失，这个损失更是不可估量。

钢闸门、启闭机等金属结构设备在水利水电行业中尤为重要，承担引水、泄水、排沙、导流等控制功能，除其本身结构安全外，还必须耐腐蚀、安全。对金属结构设备涂装防腐涂层是保护其免受腐蚀的重要方法之一。水利水电工程金属结构防腐指导性文件有：《水利水电工程金属结构防腐规范》SL 105-2007、《水电水电工程金属结构设备防腐技术规程》DL/T 5358-2006。防护涂层通过屏蔽作用、抑制作用或牺牲作用中的一种或两种作用，对钢结构起到短期或长期的保护作用。在所有防护涂层中，含锌涂层是不可或缺的。它们也是长期重防腐保护的主力军，最常用的是环氧含锌涂料或无机硅酸锌涂料，此外，用锌（铝）保护钢材的其他方法还有热镀锌、电镀锌、热喷锌（铝）和冷涂锌。

本文拟结合国际标准组织、国家标准体系及国际公认的防腐技术文件，对锌（铝）及涂层双重防护的要求作简要探讨，供水利水电工程金属结构从业人员参考。

（本文为三篇中的第二篇）

4. ISO 2063，锌、铝及其合金热喷涂层标准

（1）ISO 2063概述

ISO 2063的全称是《热喷涂金属覆盖层和其他无机覆盖层：锌、铝及其合金》，2005年第三版为单卷本，我国在修订GB/T 9793-1997时采用了ISO 2063:2005，编制了《热喷涂金属和其他无机覆盖层-锌、铝及其合金》GB/T 9793-2012（目前为现行版本）。

2017年，ISO 2063修订为2个部分，主题是热喷涂-锌、铝及其合金：

ISO 2063-1:2017，防腐系统的设计考虑和质量要求。

ISO2063-2:2017，执行防腐系统。

（2）GB/T 9793对涂层厚度的要求

作为等效于ISO 2063 2005版标准，GB/T 9793的表B.1中给出了不同使用环境的推荐最小涂层厚度，如图13所示（注：估计引用ISO 12944-2:1998时没有仔细核对，Fresh Water应为Im1）。

图13 GB 9793建议不同使用环境的最小涂层厚度要求

该表与ISO 2063:2005的表B.1完全一致。

以淡水环境为例，若不采用有机涂层（油漆），热喷锌最小厚度为200um（需封孔）；若采用有机涂层，除有机涂层厚度外，热喷锌最小厚度为100um（需封孔）。

标准第6.5条规定，在已封闭的金属涂层上涂装不仅可以增加其美观度，还可以延长防护系统的使用寿命。用于钢结构防腐时，防护涂料体系涂层应符合ISO 12944-51998中表A.10的要求。涂装施工应参考ISO 12944-1~12944-8。

表A.10为C2~C5-M环境下的涂层体系，明显为笔误，如图14所示。

图 14 ISO 12944-5:1998 表 A.10

（3）ISO 2063:2017版对涂层厚度的要求

ISO 2063-1:2017新修订的附件C.1如图15所示。

图15 ISO 2063-1:2017 表C.1

以淡水环境Im1为例，建议热喷锌封孔后喷涂有机涂层，不建议喷涂铝及合金。此时要求热喷锌层最小厚度为100um。标准第6.6条规定：

参考翻译是：

ISO 12944-5 给出了可在密封后使用的有机涂层的建议，该系统通常被称为双涂层系统。…有机涂层应遵循制造商的说明。

上期提到，ISO 12944不再建议在Im1~Im4环境下使用双涂层，估计ISO 2063是2017年修订版，先出，而ISO 12944是2018年修订版，后出。

可以推断：

Im2(咸水、微咸水)、Im4(带牺牲阳极的咸水、微咸水)环境：喷铝(as)350um、喷铝+封孔(as+s)200um、喷铝镁合金(as)350um、喷铝镁合金+封孔(as+s)200um均可。

ISO 2063 中有机涂层的应用符合 ISO 12944。因此，应该理解，铝及其合金不能在淡水中喷涂；不建议对水中的闸门采用热喷涂和涂层复合保护（as+s+oc）。

5. NACE SP0108-2008，美国腐蚀工程师协会标准：海上平台结构的腐蚀控制

NACE成立于1943年，目前在全球140个国家拥有37000名会员，是腐蚀控制领域公认的专业权威机构。ISO 12944-5 Reference 13是该组织在2004年会议上披露的文件。

该标准的英文名称为“Corrosion Control of Offshore Structure by Protective Coatings”，标准将海洋平台划分为大气区、飞溅区、浸没区部件和压载水舱（内部浸没在水中）四个区域。

在表3A：CN-2、CN-3、CN-4、CN-5和CN-6的大气区域，建议使用热喷​​铝（TSA），并且仅应用不带额外厚度的封闭漆，如图16所示。

图 16 NACE SP0108:2008 表 3A

在表 6A 的飞溅区中：CN-7 建议使用热喷​​涂铝 (TSA)，仅涂一层密封剂，不增加厚度，如图 17 所示。

图 17 NACESP0108:2008 表 6A

对于被水淹没的区域，标准规定“被水淹没区域的海上平台结构由牺牲阳极和涂层保护。使用保护涂层可以减少牺牲阳极的数量和重量。”表 7A 显示了被水淹没部件外表面的典型涂层系列。CN-10 建议使用铝热喷涂 (TSA)，同样只使用密封剂而不增加厚度，如图 18 所示。

图 18 NACE SP0108:2008 表 7A

根据NACE的建议，热喷铝后只需喷涂密封层即可，对于浸没区域，只有热喷铝方案。因此可以理解为：对于海上环境的钢闸门，喷铝后不需要喷涂有机涂层；同时必须安装阴极保护装置。

6. NORSOK M501:2022，挪威标准：表面处理和保护涂层

NORSK是Norsk Sokkels KonKuraanseposision（挪威标准组织）的缩写，主要适用于海上钻井平台、船舶等海洋工程领域的材料和设备标准。

NORSOK M501:2022共推荐了10种涂层系统，每种涂层系统根据基材和使用环境进一步细分，例如第一种涂层系统分为CSDS no.1A、CSDS no.1B、CSDS no.1D、CSDS no.1F四种，其规范性附录形成附录A。

第二种涂层系统涉及热喷涂涂层，包括CSDS no.2A、CSDS no.2B和CSDS no.2C。

（1）CSDS 2A号

CSDS no.2A适用于Im3、Im4环境下碳钢防护，热喷涂铝或铝合金200um，然后封闭；涂装对象：排气管、火炬塔、压力容器、设备、管道及阀门、泵等，如图19所示。

图19 NORSOK M501:2022 表A.1CSDSno.2A涂层

（2）CSDS 2B 号

CSDS no.2B适用于CX大气中碳钢防护。热喷锌或锌合金100um，然后封闭，再喷环氧漆，干膜厚度125um。最后喷抗紫外线面漆，厚度75um；总涂层厚度300um。涂装对象：结构及构件、设备、管道、阀门等。如图20所示。

图20 NORSOK M501:2022表A.1CSDSno.2B涂层

（2）CSDS 2C 号

CSDS no.2B适用于Im3、Im4环境下不锈钢防护，热喷涂铝或铝合金200um，然后封孔。涂装对象：排气管、火炬塔、压力容器、设备、管道及阀门、泵等。如图21所示。

图21 NORSOK M501:2022表A.1CSDSno.2C涂层

根据NORSOK的建议，在海洋工程Im3、Im4环境中，热喷涂铝后只需喷涂封闭层；而喷涂锌或锌合金后可喷涂有机涂层，仅适用于CX大气环境。由于该标准为海洋工程标准，因此暂无针对Im1环境的涂层方案。

CSDS no.5S 是针对 Im2 环境中需要被动防火的结构的涂层系统。该系统包括：环氧底漆 50um；指定厚度的被动防火 PFP 材料；环氧过渡漆，25um；最后是抗紫外线面漆。

因此可以推断，当闸门在海水中或干湿交替环境中工作时，可在CX+Im4、Im4（注：均带阴极保护）环境下热喷涂铝或铝合金并仅关闭；不推荐采用热喷涂层和油漆双重保护方案。

7. NACE No.12，NACE、AWS 和 SSPC 的联合标准：表面处理和防护涂层

该标准由NACE、AWS美国焊接学会、SSPC防护涂层协会联合编写，全名为《钢的防腐蚀用铝、锌、其合金和复合材料热喷涂涂层（金属化）应用规范》，其封面如图22所示。

图22 NACE No.12 标准盖板

（1）引言

该标准现行版本为2016版，其2003版前言第二段中提到“热喷涂涂层（TSC）广泛应用于各种环境下钢铁的防腐……英国标准协会的《钢铁防腐规范》规定，在所考虑的19种工业和海洋环境下，只有TSC才能在人工维护下提供20年以上的保护。在海水浸泡或溅射区域，只有密封、喷涂的铝或锌才能提供这种保护。”

（2）TSC关闭

本标准给出了工作参考标准试样，如图23所示。

（Topcoat：面漆；Sealer：密封层；Thermal Spray Coating：热喷涂层；Anchor Tooth Profile：预处理表面）

图23 工作参考标准样件示意图

在面漆的使用说明中，特别强调了面漆绝对不能用在未密封的TSC上。言下之意是，纯热喷涂涂层不需要密封；如果要喷涂面漆，则必须密封。

（3）面漆

●2003年版标准第9.3.1条，如图24所示。

图24 NACE No.12:2003第9.3.1条全文

图23中圈出的部分“全面漆大大降低或完全消除了TSC在浸泡或地下使用中的阴极保护效果。”

本文参考翻译为：

面漆本质上是一层完整的油漆。面漆应与密封剂化学兼容，并应符合涂料制造商的要求。在浸泡的地下环境中，完整的面漆会大大降低或完全降低 TSC 涂层的阴极保护效果。

●现行2016版标准第10.3.1条，如图25所示。

图25 NACE No.12:2016第10.3.1条全文

本文参考翻译为：

面漆本质上是一层完整的油漆。面漆应与密封剂化学兼容，并应符合油漆制造商的要求或用户指定。只有在兼容的密封剂涂层组合系统被证明有效的情况下，油漆面漆才可以涂在非密封的 TSC 涂层上（详情请参阅附录 C）。

附录C为非强制性注解，包括：类似强酸或强碱环境、特定化学品的直接侵蚀、特殊装饰性饰面、额外的耐磨性、溅水和浸泡可涂密封剂或密封剂加面漆（类似AWS C2.18）。其中，“密封剂或面漆可导致TSC发生与未涂漆时不同的反应（腐蚀）。在某些情况下，例如淡水浸泡，腐蚀模式可能导致TSC寿命大大短于预期寿命。”

上述附录C中的摘录参考翻译如下：

密封剂或面漆会导致 TSC 发生与未涂层时不同的反应（腐蚀）。在某些情况下，例如淡水浸泡，腐蚀模式可能会导致 TSC 寿命明显短于预期。

根据NACE、AWS及SSPC联合标准的建议可以推断，当闸门在水中或干湿交替的环境中工作时，不建议热喷涂金属后喷漆。

8. AWS C2.18-93，美国焊接学会：铝和锌、其合金和混合物热喷涂层保护钢材的指南

该标准的表B1和B2分别给出了不同环境下不同使用寿命条件下铝和锌热喷涂涂层的厚度，以锌和85/15锌及锌铝合金为例，如图26所示。

图 26 AWS C2.18-93 表 B2：不同锌、85/15 锌和锌铝合金涂层厚度的估计使用寿命

可以理解，在海水环境中，如果热喷涂350~400um的锌层，可以提供10~20年的防护。

上表之后是对喷涂面漆的讨论，其中摘录如图 27 所示。

图 27 AWS C2.18-93 关于喷漆的讨论

参考译文如下：

密封 TSC 优于涂漆 TSC。密封 TSC 上的油漆通常比裸钢上的油漆使用寿命更长，并且可以减少或防止钢的生锈和点蚀。密封 TSC 仅在以下情况下才应涂漆：

（1）环境非常酸性或非常碱性，对于锌和锌合金：pH值超出5至12的范围时；对于铝和90/10MMC热喷涂涂层，pH值超出4至9的范围时；（2）金属直接受到特定化学物质的侵蚀；（3）只能通过油漆才能获得所需的装饰性饰面；以及（4）需要额外的耐磨性时。

根据AWS标准可以推断热喷涂层可以封堵后再涂装，但应在限定的条件内。而水工钢闸门的工作环境不属于上述四种情况之一，由此可见，热喷涂金属与有机涂层联合防腐并不推荐用于闸门。

9. NACE CIP1培训教材：2008年

（1）含锌环氧：7.12（数字代表页码，下同）

这种涂层不应与无机锌涂层混淆，后者是牺牲性涂层。有机锌只是一层阻隔膜，不提供任何牺牲性保护，尤其是在受损且锌涂层暴露并连接到基材时。

（2）牺牲涂层：7.21

牺牲涂层使用一种对钢来说是阳极的金属，利用其在钢之前腐蚀的能力。本质上，牺牲涂层提供阴极保护，包括：

◆通常采用锌粉作为主要颜料。

◆必须含有一定量的锌粉才能使阴极保护有效地发挥作用。

牺牲涂层的例子包括无机锌和火焰喷涂铝粉涂层 FSA。

牺牲涂层在船舶水下船体上的应用存在争议，绝大多数船东认为：牺牲涂层面漆的湿附着力值得怀疑，无机锌涂层仅为一层很薄的阳极氧化膜，其防护作用只能维持很短时间；在更换之前，其作为底漆的性能并不令人满意。

（3）外部水下船体：7.23

水下船体的防护系统通常由环氧底漆和防污面漆组成。

（4）饮用水箱：7.29

饮用水箱对任何船舶来说都非常重要，并且多涂层环氧体系和单涂层高固体聚氨酯涂料均被批准用于美国和许多其他国家的饮用水箱。

（5）金属喷涂：7.35

从历史上看，TSA 一直是水性防腐的首选涂层，而 TSA 或 TSZ 则是大气防腐的首选涂层。TSZ 稍微便宜一些，这可能是一些船东决定选择它的原因之一。TSZ 投入使用时看起来也不错，而 TSA 如果不密封，通常会生锈。如果 TSA 膜足够厚，锈迹最终会消失，但它的效果不如 TSZ，这也是人们在某些情况下更喜欢 TSZ 的另一个原因。

由于重防腐大多在船舶和海上工程中进行，根据NACE的培训材料，如果对处于水下或水位变化区域的钢闸门进行热喷涂，应采用铝或铝合金热喷涂，而不是锌热喷涂。

[待续]

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