地下管道的腐蚀机理分析和防腐涂层技术

金属为什么会腐蚀?答案可用热力学解释，它告知我们腐蚀过程是否会发生。腐蚀速率是什么或者管道可使用多长时间?腐蚀动力学可以提供我们这个问题的答案。从能量的意义上讲，当金属从矿石中提炼出以后就被置位于一个高的能量状态。这些矿石是典型的金属氧化物，例如钢对应的金属氧化物是三氧化二铁(Fe₂O₃)，铝对应的则是氧化铝(Al₂O₃·H₂O)。热力学的原理之一就是物质总是寻求最低的能量状态。换句话，许多金属处于热力学不稳定状态而且趋向于寻求一种较低的能量状态，也就是说有形成氧化物或者一些其他化合物的趋势。金属转化成为低能量氧化物的过程称为腐蚀。许多普通工程材料在近室温时的腐蚀发生在有水(含水)的环境下而且在性质上是电化学性质的。以在地下管道上的碳钢和低合金钢的腐蚀为例，有水的环境也被称为电解质，在地下腐蚀情况下电解质就是潮湿的土壤。腐蚀的过程涉及金属失去电子(氧化作用)的过程（见方程式(1)）而失去的电子被另外的还原反应消耗掉，例如氧和水的还原反应（分别见方程式(2)和(3)），Fe-Fe²⁺+2e (1)；O2+2H₂O+4e--4OH^-(2)；2H₂O+2e—H2+2OH^- (3)。

氧化反应一般称为阳极反应，而还原反应一般被称为阴极反应。两个电化学反应对腐蚀的发生是必不可少的。氧化反应造成金属的实际损失，但还原反应必须消耗由氧化反应释放出的电子来维持电荷的中性。否则，大量的负电荷将会在金属和电解质间快速形成而且使腐蚀过程停止。氧化反应和还原反应有时也被称为半电池反应，它们可以局部发生在金属的同一点或者分开发生。当这些电化学反应被分开的时候，这个过程称为差异腐蚀电池。金属被氧化的点被称为阳极或者阳极区。在这一区域，当金属离子离开金属表面时，直流电流(定义为正电荷的流向)从金属表面流到电解质中。该电流流经电解质到达另一点，在该点的氧气、水、或者另外的一些物质被还原，该点称为阴极或者阴极区。管道和另外一些设备的地下腐蚀常常是由于存在不同类型的差异腐蚀电池。这些包括充气差异电池，此管道的不同部分暴露在土壤中不同的氧浓度下，电池因管道表面性质或者土壤化学物质的不同而产生。

从金属管道腐蚀机理研究着手，北京志盛威华化工有限公司推出的ZS-711无机防腐涂料，拥有极强的防化学腐蚀和防电化学腐蚀特性。ZS-711无机防腐涂料采用IPN防腐技术，使得涂层具有良好的耐高温性和耐溶剂性。加入分散活化的金属、纳米材料、超微米稀土元素氧化物，在空间网状结构维系下，涂料中金属、金属氧化物纳米材料和稀土氧化物超微粉体，帮助涂层形成一个致密的界面过渡层，使其综合热力学性质与基体相匹配，加强了ZS-711无机防腐涂料耐腐蚀性、耐高温性和耐候性。ZS-711无机防腐涂料中成膜物中含有羟基，与金属基体提供的正离子形成化学键结合，使得涂层与基体牢固结合，涂层具有物理、化学双重保护作用，可适用多种工况下长久使用不失效。