关键词

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涂层失效；处理；粉化；剥落；机械破损

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引言

    金属防腐蚀措施有很多种，但在金属表面涂覆有机涂层是目前最有效、最经济和应用最普遍的防护措施。涂层对金属的保护原理主要包括对金属基材的机械保护（一定程度上抵御或干扰外界破坏力）和阻绝金属服役环境中的腐蚀介质到达金属表面。石油钻采设备服役环境恶劣，其涂层要经历日晒、雨淋、风沙冲击、冷热交替、霜露等因素的不断侵蚀，相较于其他工程机械和钢构，涂层失效发生频繁，原因也更加复杂。涂层失效将导致金属防腐蚀涂层防腐能力大大减低，并引起基材腐蚀，影响石油钻采设备的使用寿命。对石油钻采设备涂层失效原因进行分析和总结，提出合理的处理方法，对恢复石油钻采设备涂层防腐能力，延长设备使用寿命有重要的意义。

1  

涂层失效类型及原因

石油钻采设备主要的服役环境有三大类，即沙漠干旱环境、陆地大气环境和海洋潮湿环境。经过多年统计，石油钻采设备备在服役期间主要发生的涂层失效类型有粉化、侵蚀、开裂、剥落、起泡、涂层机械破损（磕伤、划伤）等六类，涂层失效形式所占比如表1中所示。

表1  各涂层失效形式比例

涂层失效形式

失效形式所占比例

粉化（褪色）

21.8%

侵蚀

3.2%

开裂

8.3%

剥落

18.5%

起泡

5.6%

涂层机械破损

42.6%

有行业专家系统论述了涂层失效分析的方法和工作程序。目前，对涂料失效原因的分析方法有很多种，张蕾等对涂层失效研究方法做了较为全面的阐述。根据多年现场大量案例统计分析，结合学界对涂层失效的论述，对石油钻采设备主要涂层失效类型进行归纳，并对其失效原因进行分析。

1.1

涂层粉化

涂层粉化发生的严重程度与服役环境及年限有很大的关系，已粉化涂层与未粉化状态相比，有一定程度的变色或褪色，粉化的严重程度与涂料成分中成膜物质（主要为树脂）和颜料的浓度有很大关系，用手或其他工具进行擦拭会有一层易碎的粉层。学术界普遍认为涂层的老化和涂层下金属发生腐蚀是导致涂层失效的主要原因，其中老化是导致涂层粉化发生的重要因素。紫外线对涂层的老化起决定性作用，这主要是紫外线附带能量与一般化学键能量接近，长期紫外线照射容易导致分子链断裂。粉化在环氧类涂料中表现的尤为明显，沙漠和西部干热地区使用的石油钻采设备发生粉化的频率和严重程度要高于其他地区。

1.2

涂层侵蚀

涂层侵蚀主要表现为涂层的非机械磨损，严重时可导致金属底材的裸露，使得腐蚀介质接触基材，发生腐蚀。沙漠环境中服役的钻采设备侵蚀现象发生的尤为明显。李慧艳等研究表明，西部干热沙漠气候风沙流冲蚀磨损严重，风沙流速与涂层冲蚀失重重量近似呈指数关系。沙漠地区服役的石油钻采设备在风沙天气，尤其是大沙尘暴天气中，涂层被砂土和浮尘不断冲击，导致涂层严重磨损。

1.3

涂层开裂

涂层开裂是潮湿、较大昼夜温差或海洋环境下涂层失效的主要形式，表现为涂层外观发生不连续的变化，根据裂纹的长度、延展性及密集程度，可以分为细裂、小裂、深裂和龟裂。细裂和小裂主要表现为涂层表面出现细微的浅裂纹，但通常未穿透整个涂层，小裂相较于细裂，裂纹相对更深更宽一点。深裂表现为涂层出现深度裂纹，甚至贯穿整个涂层。昼夜温度的变化导致涂层张力的交替性变化，是导致涂层的开裂原因之一，涂层的老化也会导致涂层变薄、脆化，乃至开裂。风沙冲击会诱发和导致开裂的发生，这是由于风沙冲击易导致涂层表面细裂和小裂，再加上温度交替变化，反复改变涂层与基体的膨胀系数，在反复的“热胀冷缩”过程中，使涂层细裂和小裂不断扩展至穿透涂层。

1.4

涂层剥落

 涂层剥落分为层....