室外栏杆生锈原因分析

时间：2024-11-25

背景：客户海景房室外栏杆在使用2~3年后发生生锈，其迎风面明显生锈严重，甚至局部区域管材腐蚀形成孔洞。为此委托实验室对栏杆生锈试样进行检测，分析生锈的原因，研讨生锈机理，以便针对性改善。

1.样品信息及分析方式

问题描述：

一般栏杆制作过程为：工厂备料及开料→工厂焊接制作→(现场放线、预埋件施工)→金属基层喷砂防锈处理→底、面漆喷涂→包装后运输到现场→进厂检验→栏杆安装→验收。

本栏杆失效背景说明：栏杆素材为不同尺寸规格的镀锌方管，铁质钢材符合Q275标准(GB 700-88)，刷漆制程中分为三层：环氧富锌底漆+环氧中间漆+聚氨酯面漆，完成后干漆膜总厚度≥200 μm，安装位置近海，常年受雨季及台风影响。委托样品如图1所示(严重生锈栏杆与轻微生锈栏杆)。

图1 栏杆现场锈蚀形态及委托样品形貌图

测试项目、测试规范、设备信息、实验条件及测试环境：

2.分析数据

检测结果

2.1 栏杆物性测试

2.1.1栏杆材质化学成分

对栏杆管材的化学成分进行测试，结果如表1所示，可见：

●根据GB700-88，栏杆钢材的化学成分明显不符合 Q 275规格，其成分符合Q 235 B，需要其力学性能指标进一步确定。

表1 成份测试结果(wt %)

2.1.2 栏杆油漆层膜厚测试

对栏杆正常位置油漆层膜厚进行观察及测量，结果如图2及表2所示，可见：

●油漆层厚度基本均匀，膜层之间结合良好，膜层厚度总计212.2 μm，符合钢制栏杆行业技术标准规定。

图2 油漆层形貌(100×)

表2 油漆层测试结果

2.1.3 栏杆百格测试

取生锈较轻栏杆目视表面油漆层质量良好位置进行百格测试，结果如图3及表3所示，可见：

●边长为2 cm的方格中有3小格从管材表面脱落，依据ASTM D3359评级为3B级；

●基材表面成分主要为Zn，应为其镀锌层；

●掉落油漆位置1表面有较多刮痕，同时存在小颗粒状的异物，成分中含有腐蚀性元素S、Cl等，局部区域有油漆层残留；

●管材表面颗粒状异物、残留清洗剂等，将会降低油漆层底漆与管材表面的附着力，造成百格测试中掉漆。

图3 百格测试后试样形貌图及EDS分析位置

表3 EDS测试结果

2.2 试样表面观察

对栏杆表面形貌进行观察，结果如图4所示，可以发现：

●漆层的局部位置有这些特征：漆面正常、漆面鼓包、漆面鼓包生锈、漆层脱落+红锈斑、铁基材严重腐蚀穿孔。

图4 栏杆表面形貌图

2.3 试样表面SEM +EDS分析

对栏杆不同特征位置（掉漆位置、仅鼓包位置、鼓包生锈位置）取样，并进行SEM +EDS分析，结果如图5~6及表4所示，可以发现：

●掉漆位置油漆层几乎脱落裸漏基材，周围的油漆层严重开裂、破损，表面覆盖其氧化物 Fe2O3，同时存在腐蚀性元素Cl；

●仅鼓包位置油漆层炸裂，表面整体光滑、完整，局部区域存在微量针孔；

●鼓包生锈位置油漆层龟裂，表面破碎，表面成分中含有铁锈 Fe2O3与腐蚀性元素Cl。

图5 试样表面形貌

图6 EDS成分分析位置（100×）

表4 EDS成分分析结果（wt %）

2.4 试样切面SEM +EDS分析

对试样（正常位置、仅鼓包位置、鼓包生锈位置）的切片进行SEM + EDS分析，结果如图7~8及表5~6所示，可见：

●油漆层与基材之间存在间隙会降低其附着力，造成百格测试不良；

●油漆层与管材（镀锌钢管）结合面应为Zn层，仅鼓包位置与鼓包生锈位置均未发现完整的Zn层，推断管材表面在刷漆前就存在铁锈。

表5 表面测试结果

图7 试样切片形貌

图8 EDS成分分析位置（500×）

表6 EDS成分分析结果

2.5 管材镀锌层分析

管材上的镀层将保护铁基材生锈，若镀锌层不完整或铁基材上有铁锈，将对后续管材的防锈产生不良影响，对镀锌层进行详细观察与分析，结果如图9~10及表7所示：

●位置1锌层较厚，~31.8 μm，局部区域Zn层破损、与基材分离；

●位置2锌层厚薄不一，较薄处仅2.38 μm，Zn层也存在破损，与基体结合良好；

●位置3锌层结果完整，厚度不均匀，锌层下部存在异常区域深入基材~10 μm，成分中含有O、Fe、Zn，应为含有Zn的铁锈，此处铁锈应在镀锌之前就存在；

●通过对Zn层的观察可以发现Zn层厚度不均匀，厚度范围2.22~31.8 μm，结合仅鼓包位置与鼓包生锈位置仅发现Zn元素而无Zn层，可以判定镀锌管材质量较差，这样很难**镀锌管材在存储中不会生锈。

图9 管材镀锌层形貌图

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词条
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