黑龙江省七台河技师学院 黑龙江七台河 154600
摘要：煤矿井下温度高、湿度大，空气流速快且成分复杂，金属极易腐蚀;加上煤矿企业金属性材料、构件、设备等种类多、数量大、分布广等特点，每年因金属腐蚀造成的经济损失、安全事故不计其数。但是，形成金属腐蚀的原因十分复杂，影响因素众多，加上防腐过程中可行性、经济性、可靠性等因素的考虑，在措施上很难一劳永逸，需要结合具体情况，因地制宜的采取措施。
关键词：煤矿井；金属材料；腐蚀机理；防护；分析
引言：金属腐蚀可造成设备的全面损坏而报废，也可使零件强度下降，还会产生腐蚀脆性等不良后果，是机械零件失效的重要形式之一。据统计，全世界每年因腐蚀而损坏的金属制品重量约占年产量的1/5-1/3。而煤矿井下，由于环境的特殊性，煤矿设备长期处于高湿、高风速和酸碱浸蚀等恶劣的环境中，腐蚀现象十分严重，研究金属的腐蚀问题，具有重要的意义。如果不对这些设备进行有效的防护，其服役寿命将大大降低，甚至提前报废，严重影响煤矿安全生产，给国家造成巨大的经济损失。
1.金属腐蚀的危害
1.1锈蚀造成矿井成本大幅上升
金属一旦腐蚀，使用寿命将大大降低，造成设备和材料更新换代提前，物资投入增加。例如:煤矿井筒装备腐蚀后的维修，不仅花费大量人力物力，还要停产停工，给生产造成巨大损失，给企业造成沉重负担。矿井的设计部门和生产部门，为保障安全生产，不得不对部分工程项目进行过度设计和施工，对部分设备、设施的关键构件进行提前更换，造成人力、材料成本的急剧上升。
1.2锈蚀使设备、材料安全性能下降
金属腐蚀不仅造成经济方面的损失，更对安全构成严重威胁。由于腐蚀的作用，金属材料的强度、塑形、韧性、荷载能力等力学性能显著降低，设备的零配件磨损增加，材料的物理性能改变等，严重时会造成冒顶、泄漏、机电等事故。
1.3锈蚀造成矿井资源严重浪费
由于腐蚀作用，煤矿企业投入的金属构件、材料等，最终腐蚀成了无用的、零碎的、无法回收的氧化物。部分大型设备、配件、关键地点的金属构件等，常常因为一个局部点蚀、穿孔等而变成一堆破铜炼铁，企业不得不提前报废。同时，在井下由于管道、容器的腐蚀，造成风、水、油的泄漏等，也浪费了部分资源。
2.井下金属腐蚀的影响因素
2.1空气湿度
空气中相对湿度越高，金属表面水膜越厚，空气中的氧透过水膜到金属表面作用也就越明显，相对湿度达到一定数值时，腐蚀速度大幅上升。因此，要减少井下金属腐蚀，需降低井下湿度。
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2.2临界温度
环境温度对金属腐蚀的作用与相对湿度关联，干燥的环境下，温度增加对金属腐蚀的影响不大，但当相对湿度达到临界值时，温度的影响将明显加剧，温度每增加10℃，金属锈蚀速度将提高两倍，因此，同一环境中，温度越高，金属锈蚀越严重。
2.3电位差影响
当金属与异种材料组合时，由于金属与异种材料之间存在电位差，易发生电化学腐蚀。电位差越大，电化学腐蚀越严重。例如:两种金属制成或组合的零件，含有杂质、存在化学成分不均匀、组织差异的金属等，易形成电化学腐蚀。
3.防护措施
3.1在金属表面覆盖各种保护，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法
3.1.1涂料重防腐
涂料重防腐是底漆、中间漆和面漆组成的油漆涂层体系进行防腐，其防腐原理主要是机械屏蔽，即油漆涂层将钢铁与腐蚀介质相隔离，以阻止和减缓腐蚀介质对钢铁的侵蚀，保护钢铁不受腐蚀。非金属油漆涂层随时间的延长，环境的变化，有机物终究要老化，影响防腐性能。一般情况复合涂层可以对钢设备进行中等年限的防护保护。涂料初次涂装后，需定期刷面漆进行维护。如进行彻底维护时还需对钢铁构件重新喷砂除锈再涂装油漆，无论是国外涂料还是国内涂料都以无数的应用实例充分证明了这一点。
3.1.2热浸镀锌防腐
热浸镀锌防腐是把经过酸洗除锈的钢构件浸入480～520℃，高温锌熔池3-5min，使钢铁表面沾挂一层锌液，经冷却形成镀层。热浸镀锌镀层能够对钢铁提供机械屏蔽和电化学保护双重作用，涂层与钢铁表面结合力较好，但镀锌涂层厚度一般仅为80μm左右。锌涂层被逐渐腐蚀后局部漏出钢铁基体。导致涂层最终失效，因此热浸镀锌防腐耐腐蚀年限稍短，仅可提供钢铁中等年限的防腐保护。
3.1.3电弧喷涂防腐
通过具有平直特性的电弧喷涂电源，两根带正、负电的金属(锌、铝或其他合金)丝材连续被送到电弧喷枪端头，在端部短路接触产生电弧熔化，熔融铝的高温液滴被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至工件表面，与基体形成结合良好的电弧喷涂涂层。丝材被熔化温度达6000℃。由于电弧喷涂丝材熔化温度高，丝材熔化均匀，无半熔化或高塑性的喷涂颗粒，喷涂粒子携带较大的热能和动能撞击，涂层与基体以较强的机械结合和微冶金结合。
3.2电化学保护法
3.2.1阳极保护法
所谓阳极保护法是指金属在电解质溶液中，给予一定量的阳极电流。使在金属表面形成一层耐腐蚀性能很高的钝化膜，然后再通以较少量的阳极电流就能维持这层钝化膜的存在，像这种防止金属在电解质溶掖中腐蚀手段，称为阳极保护。阳极保护法是一门新型防腐蚀技术，国外从60年代才开始应用，目前也主要用于硫酸、磷酸、有机酸、氨水等简单设备的防腐。由于阳极保护难以控制金属在介质中的电极电位，该技术的推广应用还受到一定限制。
3.2.2阴极保护法
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。金属结构上，使结构上原来存在的腐蚀电池的阴极电位降至与阳极电位相等，从而使金属结构的腐蚀电池消失，达到完全保护结构物的方法。近些年来，阴极保护法及其应用发展很快，如美国自70年代起，从事阴极保护的工程公司就有100多家，其涉及的应用范围渗透到工业各个部门。
4.煤矿金属材料防腐趋势
20世纪40年代为油漆防腐；50-70年代为重防腐涂料防腐、热浸锌防腐、火焰喷涂防腐、电弧喷涂防腐并存。80年代以后，电弧喷涂防腐技术得到广泛应用。但是除油漆防腐外，其他防腐方法在井下都不同程度受到限制。我国煤矿井下金属材料目前仍大量采用涂料重防腐，由于其防腐寿命较短、且后期维护费用庞大、维护期间严重影响生产等，因此已越来越显现出局限性。面对日益严格的环保要求及使用安全等问题，水性防锈涂料逐渐将成为防腐涂料发展的主要方向。我国在这方面也取得一定的进展，如王云普等研究的新型水性带锈转锈乳液和任毅水性带锈防腐涂料的研制。水性带锈涂料能将一般的铁锈转化成稳定的无害锈，并兼有防腐蚀功能，用于已腐蚀的金属面可不经过严格的除锈和表面处理直接涂装，而且还非常适用于难以彻底表面处理的大型金属材料。
总结：煤矿企业井下金属防腐的实施，金属的使用寿命显著提高，材料的周转次数显著增加，循环利用率提高，不仅促进矿井的安全管理，同时，对于降低成本，节约资源也具有积极的社会意义。
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论文作者:解秋华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/27
标签：金属论文; 井下论文; 煤矿论文; 涂层论文; 电弧论文; 阳极论文; 阴极论文; 《防护工程》2018年第33期论文;