几种防腐蚀表面处理工艺方法
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
防腐界对于施工质量的评价，通常是以一句话来概括说明的，那就是“三分材料七分施工”。虽然这种论断有一些不够科学；但确实肯定了施工在防腐质量控制及评价方面的重要性。据大量案例和施工经验统计，防腐蚀质量“三分材料七分施工”之“施工”中表面处理又占据70%的影响因素。因此，防腐蚀表面处理在整体防腐效果或者防腐质量方面成为最为关键的影响因素，是防腐施工过程中需要严格控制的“重中之重”之工序。
表面处理目的就是清理干净基层的锈蚀层、油污、旧有防腐层及其他污染物杂质，得到具有一定粗糙度的表面，增加防腐层与基层的粘结力，充分延长防腐层的使用寿命。表面处理是防腐蚀施工中的最前置工序，它直接影响着防腐层与基层的附着力及后续防腐层使用过程中容易出现的鼓泡、破裂、剥离脱层等破坏性现象。防腐蚀表面处理的基层有很多种材料，可以说是千罗万象；但是在实际施工中经常碰到的也就那么几种。防腐蚀表面处理施工频率最多的如金属、水泥、塑料、玻璃、木材等，其中以金属材料最为广泛，而金属材料中表面处理的以碳钢材料最多（文章中没有特别注明的皆以碳钢材料为代表）。
金属表面存在的污染物主要是油污、铁锈（包括氧化皮）及旧有的防腐层（如涂料、树脂、玻璃钢、橡胶衬里、聚脲等等）。防腐蚀施工中金属表面处理包括除油、除锈、清除旧有防腐层、氧化、磷化、钝化等等内容，通常其处理工艺方法如下：一．金属表面除油。金属表面的油污有可以皂化的如动植物油和不可以皂化的如机油、柴油、凡士林油、石蜡、矿物油等等。1.常用溶剂除油方法，就是使用有机溶剂清洗除油，选择一些具有溶解能力强，不易着火，毒性小，挥发较慢，不易引起空气中水分在构件表面凝结的溶剂，如汽油、松节油、丙酮、二甲苯、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯等。2.碱性化学除油方法，就是利用碱溶液对油脂的皂化，以除去皂化性油污，也可以利用表面活性剂的乳化作用除去非皂化油污，选择碱溶液要求具有较强的皂化能力和乳化能力，又不会对基层造成过腐蚀，如氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠等等。3.干冰除油，就是利用干冰超低温冻融作用，对油污产生急剧降温“爆炸”效果，将油污杂质带出，从而去除工件油污。4.燃烧除油，在保证安全条件下，可以使用喷火枪对油污进行燃烧，去除油污（这在混凝土水泥地坪涂装施工中表面处理时使用很多）。5.蒸汽除油，根据施工环境及条件可以利用蒸汽对油污物件进行吹扫，从而达到清理油污的目的。 二．金属表面除锈。金属表面除锈除了人工除锈、机械除锈、水射流除锈、喷砂抛丸除锈外，还有激光除锈及干冰除锈等工艺方法。1.人工除锈，利用铲刀、砂纸、钢丝刷、锉刀等除锈工具清除表面锈蚀物。这种方法劳动强度大，效率低，质量差，适用于一些防腐质量要求不高的防腐涂料施工。2.机械除锈，就是使用电动或者风动打磨机进行除锈，这种除锈工艺方法比人工除锈效率高，质量好一些；但是噪音大，劳动强度大，容易伤害基体金属，和人体安全，而且钢丝轮与金属表面研磨产生的金属油泥很难处理，造成“二次污染”一般适用于简单的钢结构、设备、管道表面处理。3.水射流除锈，是一种环保的除锈工艺方法，利用高压水泵及高压水枪产生的30MPa压力高压水进行除锈。这种工艺方法不但能够清除锈层而且能够清理掉一部分油污，除锈效率高，质量好。适用于大面积除锈，需要注意安全操作，控制好水压及喷射角度。4.喷砂、抛丸除锈，这种除锈防腐是防腐蚀施工中最常用的方法，除锈效率高，速度快，质量好。喷砂、抛丸可以将金属表面的污染物彻底的清理干净，即使油污，锈蚀层及一些防腐层也能够除去，而且具有优良的粗糙度，能够为防腐层提供非常好的，利于高附着力的防腐层基面。当然因为环保因素，喷砂、抛丸除锈工艺方法受到限制；但是如果做好磨料灰尘的收集处理或者密封措施就可以解决环保问题。另外海绵喷砂技术也在工厂化表面处理作业中得到应用；但是由于造价成本及推广方面的因素依然没有实现广泛的应用。5.化学除锈，金属表面的锈层和氧化皮主要是金属的氧化物，能够和酸溶液起化学反应而溶解，化学除锈就是利用各种酸溶液与金属表面氧化物发生化学反应，使其溶解在酸溶液中，从而达到除锈的目的，通常也称为“酸洗”。酸洗后最好不要用碱中和，因为金属表面的碱比酸更难除干净，而残存与金属表面的碱比酸危害更大。它不但降低防腐层与金属基层是结合力，而且能够与许多涂料和粘结剂腐蚀化学反应（如皂化反应），使得防腐层遭到严重的破坏。酸洗后的构件建议使用清洁水冲洗至PH值为7，迅速烘干或者吹干，为了防止酸洗后的钢铁表面返锈，最好在冲洗后进行钝化和磷化处理。6.干冰除锈，使用干冰机将干冰喷射到锈蚀面，通过超低温冷冻激发，使得锈层和其他污染物瞬间“爆炸”脱离金属表面，达到剥离除锈效果，而且还可以将表面的油污，薄的防腐层一并处理干净，是非常环保的除锈工艺方法；但是因为造价及大面积不适应性，干冰除锈机在精密仪器加工和隐蔽部位，狭缝空间特殊领域使用，施工现场很少应用。7.激光除锈，利用高能量激光束对锈层进行扫射，激光除锈的原理主要涉及以下几个方面：燃烧气化：激光束照射到工件表面时，锈层会吸收大部分激光能量，导致温度急剧上升。当温度达到锈层的燃点时，锈层会燃烧气化，产生火花和黑烟。热化学效应和机械效应：激光束照射后，锈蚀表面的温度迅速升高，超过锈蚀物质的耐受温度，使得锈层迅速剥落或气化，从而达到除锈效果。激光振动效应：激光束可以利用振动效应直接对锈蚀表面进行剥离，对于涂层较多的物体，激光束穿透涂层升温后也能将其剥离。冲击波作用：大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体，产生冲击波，这些冲击波使污染物变成碎片并被剔除。为了防止被处理表面因热积累而受损，光脉冲宽度需要足够短。声波产生：部分激光能量在作用过程中转化为声波，这些声波在传播到锈层与基体的分界面时会反射回锈层，与新的声波发生干涉，产生高能波，将锈层震碎。激光除锈是一种利用激光束的高能量密度，通过化学反应、热效应、机械效应以及冲击波和声波的作用，高效、精准地去除锈蚀的技术。随着国内人工费的上涨，激光除锈已经从小范围应用向大面积除锈发展，被认为是金属表面处理的前沿技术。 三．金属化学酸洗综合表面处理，就是将除锈、除油、磷化、钝化等组合在一起一次性完成金属表面处理的工艺方法，称为“综合处理法”。1.“二合一”表面处理工艺方法，就是将乳化除油和酸洗结合在一起，可以将除油除锈一次性完成，酸洗产生的氢气利于乳化除油，又利于酸和锈的作用，二者相互促进，处理效果更佳。2.“三合一”表面处理工艺方法，分为除油、除锈、磷化及除油、除锈、钝化的表面处理方法。3.“四合一”表面处理工艺方法，就是将除油、除锈、磷化、钝化一次性完成的一种新型处理方法，仅适用于有液体状油污和较轻的锈蚀（包括薄型浮锈和水锈）的钢铁构件直接处理，如果有半固体油脂，锈蚀较重的构件不能彻底清除。钢铁构件经过“四合一”表面处理，可以形成锌、铁、镁等金属不溶性磷酸盐膜层，具有很好的防护性能，又能吸附涂料，体感涂膜的附着力，增加防腐蚀能力。 四．金属磷化钝化表面处理，磷化处理后金属表面得到一层黑亮色磷酸盐保护膜，其具有的多孔性与涂料结合的很牢固，因此磷化处理常用作涂层的底层；而一些如不锈钢经过钝化处理后也形成一层优良的耐腐蚀的膜层，钝化是由于金属与氧化性介质作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能坚固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解形成钝态达到防止腐蚀的效果。对不锈钢全面酸洗钝化处理，可以清除各类油污、锈、氧化皮、焊斑等污垢，处理后表面变成均匀银白色，大大提高不锈钢抗腐蚀性能，适用于各种型号不锈钢零件、板材及其设备。 五．金属表面旧有防腐层的清理，包括防腐蚀涂层的清理、衬里层（有橡胶衬里，玻璃钢衬里，塑料衬里，耐酸砖板衬里，聚脲衬里等等）。1.防腐蚀涂层清理，通过涂层检测，确定腐蚀严重的旧有涂层，已经失去保护作用，必须彻底清理干净。可以通过人工、机械、喷砂、抛丸、火烧、碱液、有机溶剂脱漆剂或者高压水射流等处理方法直接将旧有涂层清理掉，同时按照防腐蚀要求涂刷底涂料进行暂时性防护。2.衬里层（有橡胶衬里，玻璃钢衬里，塑料衬里，耐酸砖板衬里，聚脲衬里等等）清理，大部分依然采取原始的传统的人工方法处理。因为衬里层都比较厚而且粘结性能牢固，使用涂层清理的方法不适用，为提高清理衬里层的效率，可以分段局部进行切割，形成“九宫格”形式，逐步将小块清理时可以采用小锤，凿子，钢钎，电钻等再辅助风镐，电动铣刨机，铲皮机等小型机械工具进行清理。一些翻新项目，由于时间紧，任务重，清理衬里层时非常麻烦，只能采取“人海战术”分片包干清理，暂时还没有什么好的技术能够解决的办法。笔者也在此也呼吁广大的防腐蚀技术人员及表面处理施工人员能够集中智慧，各显身手，发明创造出一种高效率、低成本、简单方便的防腐蚀衬里层处理工艺方法。如果实现智能化或者机械化则可以说填补了国内这一领域的空白，功德无量。
水泥、砂浆、混凝土表面处理相对于金属表面处理简单些，可以直接采取人工、机械的方法进行处理。如无防腐层或者有防腐涂层使用金刚刀头地坪打磨机、喷砂机、抛丸机处理并且自带收尘清理；一些需要翻新的较厚的地坪漆，聚脲层，塑料地板，耐酸砖板，橡胶板，玻璃钢等可以使用铣刨机，铲地机机械清理。水泥，砂浆及混凝土无防腐层表面处理需要去油去污可以使用有机溶剂或者烤火工艺方法清理，一些混凝土表面还可以使用酸蚀方法进行表面处理；但是施工完毕后必须用清洁水冲洗干净，保持PH值为7左右。水泥、砂浆及混凝土表面处理后必须露出自有的“毛细孔”，被处理的灰尘及杂质不得堵塞这些小孔，2㎝内混凝土含水率<8%，并且无分层现象。
木材制品作为防腐防火涂料保护装饰性材料，表面处理必须达到干燥、无油脂、无浮灰、表面平整、无树脂等要求。1.有效的彻底的清理木材表面浮灰。2.根据《木结构工程施工及验收规范》（GBJ206-83）中有关规定，保持木材含水率不得大于10%-12%，可以采取自然或者烘干的方法干燥木材。3.去除毛刺。木材表面毛刺使得涂层变得粗糙，并且破坏了涂层的完整性，涂漆前可以使用砂纸打磨毛刺即可。4.清理油污及树脂。使用热肥皂水或者洗涤剂清除木材表面的油污，再使用清水擦洗一次，再进行打磨。如果有松脂可以使用5%-6%碳酸钠溶液或者4%-5%氢氧化钠溶液清洗，使得松脂皂化，然后再用清水冲刷干净，也可以使用有机溶剂洗涤，即25%丙酮水溶液将松脂溶解或者是80%的碱溶液和20%的丙酮溶液混合使用更好。经过上述表面处理后还必须使用酒精擦洗，最好再涂一层虫胶漆或者醇溶性酚醛树脂漆，以防木材内部松脂渗出。5.漂白。一些木材表面有色斑，颜色不均匀，影响透木纹的淡色漆装饰性，需要进行漂白处理，可以使用30%双氧水100克、水100克、25%氨水10-20克混合溶液均匀涂刷木材表面，经过2-3天，木材表面就会变白，不需要进行其他处理即可涂漆施工。
玻璃及陶瓷表面处理可以使用溶剂或者蒸汽进行脱脂，然后使用洗涤剂溶液进行处理，也可以对表面进行轻喷砂、轻抛丸处理，能够形成一定的表面粗糙度，可以增加基层与防腐层的粘结力。玻璃及陶瓷表面还可以使用7%-20%的氢氟酸进行蚀刻处理，形成表面粗糙度，再用清洁水清洗干净，再自然干燥或者热风烘干，处理时必须注意安全防护措施。
塑料表面粘结强度都比价低，因为塑料的结晶度较大极性较小或者没有极性；另外，塑料产品在加工时表面有一层脱模剂，表面很容易吸附灰尘。所以，塑料表面涂漆、电镀或者涂覆粘结剂时，附着力和粘结强度都比较差，为了提高涂层或者说防腐层与塑料的粘结强度，施工前必须对塑料表面进行处理。1.表面脱脂，使用有机溶剂、碱液和肥皂水等直接在塑料表面涂刷，对于耐溶剂较差的塑料可以选择乙醇、汽油、肥皂水洗刷脱脂，对于耐溶剂较好的塑料可以使用甲苯、丙酮、三氯甲烷等脱脂。2.塑料表面粗化，可以使用砂纸打磨、喷砂的处理方法（建议采用水喷砂）改善塑料表面粗化度，利于塑料与涂层的粘结效果。3.表面活化，可以使用塑料水（如pp水），电晕（塑料电晕处理机的主要作用是在塑料薄膜或板材等制品的表面进行电晕放电处理，以增强其表面粘附力和附着力。这种处理通过在塑料表面产生微小的电晕放电现象，改变表面的化学性质，从而提高其对防腐涂料的渗透能力。电晕处理还能使塑料表面产生游离基反应，使聚合物分子发生交联，从而使表面变得粗糙，增加其对极性溶剂的润湿性。这个过程也有助于破坏塑料表面的分子结构，从而提高其表面能，增加产品的表面张力。在进行涂布、胶接等加工前，电晕处理能防止材料在生产过程中出现粘合不牢固、漏胶或印刷甩色等问题，保证产品质量。）等表面处理工艺方法，改变塑料表面结构，以达到增强塑料表面与涂层的结合强度的目的。
防腐蚀施工中表面处理不止于金属、水泥、塑料、玻璃、木材等几种工艺方法。针对不同的材料可以有多种多样的表面处理方法，而且传统的工艺方法逐渐被淘汰，具有前沿技术的新工艺，新材料也不断出现，可以说表面处理、清理技术层出不穷、争奇斗艳。但是，对于比较难以处理的防腐衬里层清理至今还没有突破性的进展，这也是防腐层翻新，材料利旧，实现企业降本增效一大障碍。如何解决这个问题，实现防腐衬里层快速、简单的清理工艺方法是摆在我们防腐蚀技术及施工人员具有创新意义和经济价值而又光荣的任务。
防腐蚀目的就是延长构件设施、设备及所有被保护物体的使用寿命，达到高效的长久的运行效果，实现这一目的就是必须确保防腐层质量。按照“三分材料七分施工”质量控制要求和表面处理占施工70%的影响因素，对基层的表面处理就显得非常重要。因此，防腐蚀施工技术人员必须充分了解表面处理工艺方法，熟练的掌握应用于施工实践中，并多总结经验，开拓创新，特别是在防腐蚀衬里层处理有所突破。
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