如何防止涂料下丝状腐蚀

丝状腐蚀是一种特殊形式的腐蚀，发生在像细丝一样随机分布的线的薄涂层下。丝状腐蚀也称为膜下腐蚀、丝状腐蚀或蜗杆腐蚀。在本文中，我们将研究丝状腐蚀的原因，它通常出现在哪里，它是如何发展的，如何检测它以及如何防止它发生。

什么是丝状腐蚀？

当暴露在温暖潮湿的大气中时，丝状腐蚀发生在涂有有机薄膜的金属表面上，通常为 0.05 至 0.1 毫米（2 至 4 密耳）厚。丝状腐蚀总是始于涂层缺陷，如划痕和薄弱点，如胡须、切边和孔。 （查看我们的免费涂层失效和缺陷指南。）

图 1. 丝状腐蚀的丝状性质（左）。在涂层下形成丝状腐蚀隧道（右）。
来源：NASA腐蚀工程实验室

丝状腐蚀是如何发生的

在许多方面，铝 (Al) 和镁 (Mg) 的丝状腐蚀与钢的腐蚀相似。丝状腐蚀是由涂层基体缺陷部位形成的不同曝气单元驱动的。

丝状细胞由一个活跃的头部和一个尾部组成，通过涂层中的裂缝接收氧气和冷凝水蒸气。如果头部酸性很强，头部可能会充满氧化铝凝胶和铝中的气泡。在镁中，头部因镁蚀刻而显得发黑，但头部破裂时腐蚀性液体是透明的。铝和镁的丝状尾巴外观呈白色。腐蚀产物分别是铝和镁的氢氧化物和氧化物。阳极反应产生 Al ³⁺ 或 Mg ²⁺ 离子，与氧还原反应中产生的羟基离子反应形成不溶性沉淀物，主​​要发生在尾部。

铝和镁的引发和活化机制与涂层钢基本相同。酸化的头部是电解质的移动池，而尾部是铝离子传输的区域，并与氢氧根离子发生逐渐反应。最终腐蚀产物部分水合并在多孔尾部完全膨胀。尾部的头部和中部是水介质中各种初始反应物离子和腐蚀铝的中间产物的对应位置。 （要了解更多信息，请阅读铝腐蚀：您必须知道的 5 个令人难以置信的事实。）

与钢相比，铝和镁在酸性介质中更容易形成气泡，在头部区域的阴极反应中会产生氢气。尾部的腐蚀产物要么是氢氧化铝Al(OH)3，一种白色凝胶状沉淀物，要么是氢氧化镁Mg(OH)2，一种白色沉淀物。

影响丝状腐蚀的因素

影响丝状腐蚀发生的因素有很多，包括：

涂层的性质

所有类型的涂料都会发生丝状腐蚀：丙烯酸漆、环氧聚酰胺、环氧胺和聚氨酯，无论是经典的应用模式，无论是液体涂料还是静电粉末。在电工胶带等密封涂层下不会发生。

表面准备

这是一个重要因素。未经过表面处理、处理不当或涂漆前表面已被污染的金属会发生丝状腐蚀。

合金的性质

合金的性质不是一个重要因素，因为丝状腐蚀可能会影响所有铝合金。 Alusuisse、Hydro Aluminium 和 Pechiney 这三家欧洲公司最近进行的一项合作研究表明，对于建筑行业最常用的合金铝 6060 和 6063，合金成分没有影响，除非铜浓度超过 0.1% .

丝状腐蚀最有可能发生的地方

通常，丝状腐蚀在遭受盐分下降或重度污染的工业区的温暖沿海和热带地区是严重的。粗糙的表面也会经历更严重的丝状腐蚀。当湿度水平在 75% - 90% 之间，温度范围为 20°C - 40°C (68°F - 104°F) 时，铝合金通常会发生丝状腐蚀，并且在 85% 相对湿度下会加速生长(RH) 水平。大气的相对湿度是引发丝状腐蚀的最关键因素。 （相关阅读：大气腐蚀的5个因素。）

控制丝状腐蚀的其他主要参数是合金成分、铸锭和钢坯的剥皮、热处理、金属表面层的状况、温度、研磨、酸洗和初步表面处理。虽然有机涂层的厚度和温度对引发丝状腐蚀的影响较小，但如果相对湿度保持在临界范围内，则升高温度会促进丝的生长。

如何检测丝状腐蚀

丝状腐蚀可以在不使用显微镜的情况下目视识别。在涂有锡、金、银、磷酸盐、搪瓷或漆的薄涂层的钢、铝和镁上观察到。

在美国识别丝状腐蚀阻力的标准测试是 ASTM D 2803，“金属有机涂层的丝状腐蚀阻力测试指南”。根据该测试，将涂层金属试样划线到裸金属上并在盐雾气氛中放置长达 24 小时，然后在蒸馏水中冲洗，然后将其湿放置在 25°C (77°F) 和 85% 的密闭柜中相对湿度。暴露时间通常从 100 到 1000 小时不等。试验结果表明涂层材料是否产生丝状腐蚀。

受丝状腐蚀影响最大的行业

飞机结构部件用螺栓和铆钉固定。这些紧固件和其他锋利的皮肤边缘是丝状腐蚀的常见起始点。据报道，在温暖的海洋环境中运行的飞机会遭受相当大的腐蚀破坏，尤其是涂有聚氨酯和其他涂层的 2024 和 7000 铝合金。

湿度是腐蚀传播最关键的变量，因为这是溶解盐离子所必需的。

腐蚀通常始于基材和涂层存在缺陷的地方。缺陷可能来自划痕或石屑，削弱了基材与涂层之间的粘合力。

腐蚀从这个位置开始，形成腐蚀缺陷的头部。腐蚀通常表现为明显的线状细丝，如蜗杆，出现在涂层表面之下。

对铝的损坏并不广泛，但在外观上令人反感，尤其是当轨道较长且颜色为白色时。

这种丝状腐蚀会损坏所有类型的铝制品，例如车轮、汽车车身和飞机。要修复损坏，需要打磨并涂上一层新涂层。为防止丝状腐蚀，需要进行适当的表面预处理。

当金属上的氯化物浓度较高时，丝状腐蚀更为严重，主要是飞机频繁飞越海洋或停泊在沿海机场的机库中。

铝被广泛用于罐头和其他类型的包装。铝箔经常被层压到纸或纸板上以形成湿气或蒸汽屏障。如果铝箔被丝状腐蚀，产品可能会因为蒸汽屏障被破坏而被污染或变干。贴箔复合纸板在生产过程中或随后在潮湿环境中储存时可能发生降解。

在汽车工业中，具有双色调表面（抛光部分）和/或抛光表面的锻造、独特的轻合金车轮显示出丝状腐蚀的增加趋势。

如何防止丝状腐蚀

通常，可以通过将相对湿度降低到 60% 以下来防止丝状腐蚀。不幸的是，直接降低飞机和汽车等运动物体的湿度是不切实际的。然而，长期存放的组件的湿度水平可以通过添加干燥风扇和恒湿器，或者在塑料包装中添加干燥剂来轻松控​​制。

采用两层环氧涂层体系和两层聚氨酯涂层作为底漆的部件比单涂层体系更能抵抗丝状腐蚀。

当钢基材镀锌时，丝状腐蚀的机会减少。富锌底漆和铬酸盐化和磷化底漆，具有坚韧、缓慢固化的聚氨酯和环氧树脂中间涂层，降低了钢基材上的丝状敏感性。铬酸锌底漆、铬酸阳极氧化和铬酸盐或铬酸盐-磷酸盐转化涂层提供了不同程度的铝合金丝状腐蚀缓解。 （另一种选择在运输和可再生能源行业的液态尼龙聚合物涂料进展一文中讨论。）

金属表面上的多层涂层减缓了水分的扩散，并且比单层涂料系统具有更少的渗透和缺陷部位。多涂层系统可抵抗机械磨损的渗透，并且具有较少的丘陵和山谷。通过层积层和较慢固化获得的较厚涂层已通过减少氧气和水分渗透、减少溶剂截留和更少的引发位点表现出显着更好的抗丝状腐蚀能力。粉末涂料系统也是有益的，因为它们是热熔的，从而产生具有更好抗湿气渗透性的坚韧涂层。光滑、准备充分的底漆金属表面通常比粗糙表面具有更好的抵抗力。

钢、铝和镁都具有化学活性。它们的合金含有金属间化合物，在热轧和退火过程中分散、沉淀和团聚。虽然这些合金通常具有改善的机械性能，但最近的工作表明它们的异质性（混合）和表面活性层的存在增加了它们对丝状腐蚀的敏感性。