1 井下腐蝕的環(huán)境與原因

1煤礦井下腐蝕的環(huán)境與原因1.1腐蝕環(huán)境我國煤礦井下水的成分比較復(fù)雜，大部分呈中性或弱堿性，pH值為7～9，其余屬偏酸性，pH值為4～7。有些煤礦井下水含硫量及含鹽量比較高。地下水位高的礦井，工作面淋水現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。采煤機(jī)在采煤過程中產(chǎn)生大量粉塵，為降低井下空氣中的粉塵含量，采用噴霧、淋水法降塵，增加了井下空氣的相對濕度，一般在80%左右，最高達(dá)90%以上。井下空氣中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、甲烷等有害氣體，這些有害氣體和有害物質(zhì)溶解在潮濕的空氣和井下水中，生成各種腐蝕性電解質(zhì)水溶液，與粉塵溶合在一起，附著在支柱金屬表面。1.2腐蝕原因立柱和單體液壓支柱處于電解液、潮濕空氣和粉塵中，由于種種原因金屬表面存在許多極微小的電極，形成腐蝕電池，也稱腐蝕微電池，微電池工作的過程就是腐蝕過程。立柱和單體液壓支柱的缸筒大都由27SiMn無縫鋼管經(jīng)機(jī)械加工而成。液壓缸筒除鋼鐵基材外還含有滲碳體等少量雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的電極電位代數(shù)值較鋼鐵大，于是產(chǎn)生了電位差，即這些雜質(zhì)與鋼鐵基材構(gòu)成腐蝕微電池。立柱工作時(shí)，液壓缸內(nèi)充滿乳化液，乳化液由95%的水與5%的乳化油混合配制而成，乳化液本身也是一種電解質(zhì)溶液。由于鋼鐵基材與雜質(zhì)之間產(chǎn)生電位差，電化學(xué)腐蝕得以不斷進(jìn)行。如果乳化液的配比不符合要求(即濃度低)，或配制乳化液的水質(zhì)偏酸或偏堿，液壓缸的腐蝕將更加嚴(yán)重。井下空氣濕度大，液壓支柱活柱表面對井下空氣中的水分有吸附作用，在活柱表面形成水膜。如果活柱鍍層表面存有孔隙，孔隙內(nèi)便充滿水。水的電離度雖小，但仍能電離成H+和OHˉ離子，這些離子溶液會穿入鍍層孔隙，滲透到鋼鐵基體上，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。加之水膜中溶解了井下有害氣體，腐蝕情況隨之加劇，使鍍層失去保護(hù)金屬的作用。單體液壓支柱采用外供液方式，雖然缸筒內(nèi)壁做鍍銅處理，但當(dāng)單體液壓支柱降柱后，上腔則與空氣接觸，其腐蝕機(jī)理與活柱表面的腐蝕相同。由于缸筒銅鍍層僅有25～40μm，腐蝕很快穿透銅鍍層到達(dá)27SiMn鋼基材，使腐蝕速度進(jìn)一步加快。由于立柱采用封閉循環(huán)供液系統(tǒng)，液壓缸內(nèi)壁的腐蝕情況比單體液壓支柱要輕得多，故其使用壽命要長得多。單體液壓支柱腐蝕嚴(yán)重的原因除井下環(huán)境惡劣、條件復(fù)雜、鍍層特性等因素外，電鍍質(zhì)量差也是腐蝕嚴(yán)重的一個(gè)重要因素。1.3腐蝕的形態(tài)與特征液壓缸內(nèi)壁腐蝕的主要形態(tài)是孔蝕和片狀脫落，銹蝕出現(xiàn)在金屬表面的某一處或某幾處。這是由于電化學(xué)腐蝕發(fā)生在腐蝕微電池的陽極，其分布狀態(tài)為隨機(jī)分布，銹蝕表面粗糙不平，并伴有脫落，脫落面呈不規(guī)則形狀，大小不等，使液壓缸內(nèi)壁產(chǎn)生斑斑點(diǎn)點(diǎn)的疤痕。液壓缸內(nèi)壁一旦發(fā)生腐蝕點(diǎn)，腐蝕將會沿腐蝕點(diǎn)加速向四周擴(kuò)展。有時(shí)腐蝕坑深達(dá)0.5mm左右?；钪g的主要形態(tài)是鍍層“鼓泡”、鍍層脫落。要針對煤礦井下腐蝕的環(huán)境，相應(yīng)選擇合適的鍍、涂層，以增強(qiáng)立柱和單體液壓支柱的防腐蝕性能。2液壓支柱的防腐單體液壓支柱活柱表面鍍層因腐蝕脫落而導(dǎo)致報(bào)廢的數(shù)量很大。全國有許多研究單位和廠礦針對支柱的防腐問題進(jìn)行了大量的研究，取得了較好的成績，一些新的鍍種在單體液壓支柱上得到應(yīng)用。由于立柱活柱鍍層與單體液壓支柱基本相同，下面著重將單體液壓支柱活柱表面防腐方法與分類作一簡單介紹。2.1鍍鉻層國內(nèi)采用最多的鍍層是乳白鉻打底層，再鍍硬鉻，或者先用青銅打底，再鍍硬鉻的復(fù)合鍍層。對活柱的鋼鐵基材來說，復(fù)合鍍鉻層屬于陰極性鍍層。鍍鉻層具有硬度高、摩擦系數(shù)小和耐磨性高等特點(diǎn)，可起到機(jī)械保護(hù)作用。但鍍鉻層對微裂紋或孔隙極為敏感，在使用過程中，活柱一旦發(fā)生穿透鍍層的孔隙，就會出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，孔隙底部的活柱基體便成為陽極，鉻鍍層成為陰極。顯然陰極的面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽極，大陰極、小陽極的組成使孔隙處的鐵原子急劇被腐蝕。隨著腐蝕的發(fā)展，蝕坑加大，腐蝕產(chǎn)物逐漸積累，從而造成鉻鍍層鼓泡、起皮和脫落，以致劃傷密封圈，使密封圈失效。因此在使用過程中，應(yīng)充分注意保護(hù)活柱鍍層的完整，防止鍍層碰傷。只有保證鍍層的完整，才能起到保護(hù)層的作用。2.2鍍鋅磷化處理鍍鋅磷化處理在單體液壓支柱活柱上用得比較多。鍍鋅磷化處理的鍍層，對活柱的鋼鐵基材來說屬于陽極性保護(hù)鍍層，對活柱的鋼鐵基材起電化學(xué)保護(hù)作用。鍍層對孔隙和微裂紋不敏感，即使遭到電化學(xué)腐蝕，首先是鋅被腐蝕，而不會腐蝕孔隙底部的活柱鋼鐵基體。鍍鋅磷化處理是一種值得提倡的防腐蝕鍍層。但是磷化后膜上涂覆的有機(jī)涂層，卻存在結(jié)合力較差與不耐磨損的缺點(diǎn)。2.3噴涂防腐涂料在液壓缸內(nèi)壁與活柱表面噴涂有機(jī)防腐涂層，是液壓支柱防腐蝕的有效途徑。采用噴涂防腐涂層技術(shù)，能夠改善液壓缸與活柱在井下環(huán)境中的防腐蝕性能，延長其使用壽命。涂覆涂層既可用于新的液壓缸、柱，也可用于修復(fù)廢舊液壓缸、柱，使報(bào)廢的液壓缸、柱重新使用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。其方法是對液壓缸與活柱表面涂覆耐磨、抗腐蝕保護(hù)層，以隔絕與腐蝕性介質(zhì)的接觸，從而達(dá)到金屬表面防腐蝕的目的。這一新工藝已用于修復(fù)單體液壓支柱油缸和活柱上。這種防腐涂料是以多種有機(jī)樹脂為主，并添加防腐耐磨增強(qiáng)材料而制成的。涂層與金屬基材具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，不起皮、不脫落，抗壓強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上。涂層具有良好的防腐性能，鹽、堿和弱酸溶液對涂層基本不腐蝕。此外涂層還可進(jìn)行車、鏜、磨等機(jī)械加工，加工精度和光潔度完全能夠滿足液壓支柱的使用要求。噴涂防腐涂料工藝，因其設(shè)備簡單，操作方便，成本低，是未來取代電鍍工藝的一種理想方法。它既可避免電鍍工藝造成的環(huán)境污染問題，又能提高液壓支柱的壽命。單體液壓支柱缸筒修復(fù)，除噴涂防腐涂層外，還可將不銹