彩钢瓦锈蚀原因分析

建筑用彩钢板一般以热镀锌钢板和热镀铝锌钢板为基板，主要加工成瓦楞板或与聚氨酯复合夹芯板后，用于建造钢结构厂房、机场、库房、冷冻库等工业和商业建筑的屋顶、墙面、门。当失效时会导致穿孔、裂缝或者脱落，会影响正常的居住安全。

一、案例背景

该彩钢瓦使用于石材厂的工作厂房屋顶，材料为低碳钢——镀锌——涂有机漆膜，厂房安装使用一周后，发现房顶的彩钢瓦朝阳面出现不同程度的锈点，见图1。为分析出现锈点原因进行理化分析。

图1 彩钢瓦表面锈蚀图片

二、分析过程

01.宏观检验

宏观观察使用一周出现锈点的彩钢瓦，锈点出现在彩钢瓦外侧，锈点处有凸起物，见图2。

图2  样品锈蚀图片

02.金相微观观察

2.2.1锈点观察

对出现锈点的彩钢瓦样品沿横截面磨制到锈点附近，发现锈点在外表面，锈点区域镀锌层不均匀，有的区域小于1微米，见图3。

图3 出现锈点的彩钢瓦样品截面锈点形貌  

2.2.2厚度检测

对出现锈点的彩钢瓦和未出现锈点的彩钢瓦样品进行基板、镀锌层及有机膜厚度测量，结果见表1。

表1  截面厚度测量结果

03.显微红外主成分分析

刮取少量出现锈点的彩钢瓦和未出现锈点的彩钢瓦样品置于载物台上，用显微红外测定，得到其红外光谱图4。从两张红外谱图在3340cm-1、2960cm-1、2930cm-1、2854cm-1、1725cm-1、1265cm-1、1115cm-1、730cm-1附近存在酯类化合物特征峰，故判断两个样品镀膜有机主成分皆为聚酯类化合物。

图4   样品红外图谱 

04.扫描电镜+X射线能谱分析

对出现锈点的彩钢瓦样品表面锈蚀区域，利用扫描电子显微镜进行微观形貌观察及微区成分分析，EDS1区域呈现凸起，该区域成分分析含有大量的铁元素，未检测出锌元素，见图5（b）、图6及表2，说明该区域锈蚀已经腐蚀到基材，观察EDS2与EDS3区域之间明显有界限，并且EDS2区域成分分析含有大量的铁元素，未测出锌元素，而且EDS3区域检测出与EDS5正常区域相同的元素，检测出少量的铁、锌元素，见图5（c）、图6、图7及表2，说明EDS2区域为腐蚀覆盖产物，EDS3为正常区域。 

图5  出现锈点的彩钢瓦锈蚀区域微观形貌

图6EDS1~ EDS4检测位置 图7出现锈点的彩钢瓦正常区域EDS5测试位置

表2 X射线能谱微区成分分析结果（Wt%）

三、原因分析及结论

01.对两种彩钢瓦有机漆膜进行主成分分析，认为表面有机漆膜主成分皆为聚酯类化合物。

02、对两种彩钢瓦有机漆膜、镀锌层、基板进行截面局部厚度观察检测，有机漆膜在13.8~14.2微米之间，基板厚度在354~356微米之间，镀锌层厚度：出现锈点的彩钢瓦样品在3.4微米，未出现锈点的彩钢瓦为6.9微米，另外，观察发现出现锈点的彩钢瓦样品镀锌层不均匀，锈蚀区域镀锌层局部很薄，有的小于1微米。
03.对出现锈点的彩钢瓦样品锈蚀区域及正常区域进行微观观察及微区成分分析，锈蚀点处有凸起物质，成分含有大量的铁元素，未检测出锌元素，说明该处为腐蚀产物，并且已经腐蚀到基板。

04.出现锈点的彩钢瓦样品彩钢瓦表面锈蚀区域有腐蚀产物存在，腐蚀产物成分中含有碳、氧、硫、氯、铁、钙等元素，说明彩钢瓦基板由于较薄的有机膜和镀锌层，在工业厂房大气中的灰尘微粒，与大气中的二氧化碳、硫化氢、氯化物及雨水形成电解质，如此在彩钢瓦表面防腐薄弱处首先形成电解池，在电化学腐蚀中产生碳酸盐、氯化物、硫化物腐蚀产物，形成穿透型孔洞。

测试结论：通过对锈蚀及未锈蚀的彩钢瓦进行宏观、微观等理化分析，认为：彩钢瓦表面产生锈点的原因是彩钢瓦表面漆膜和镀锌层较薄，降低了镀层的抗腐蚀性能，导致彩钢板在潮湿的露天下，局部过早的产生电化学腐蚀，形成穿透型孔洞。