1 井下腐蚀的环境与原因

1煤矿井下腐蚀的环境与原因1.1腐蚀环境我国煤矿井下水的成分比较复杂，大部分呈中性或弱碱性，pH值为7～9，其余属偏酸性，pH值为4～7。有些煤矿井下水含硫量及含盐量比较高。地下水位高的矿井，工作面淋水现象相当严重。采煤机在采煤过程中产生大量粉尘，为降低井下空气中的粉尘含量，采用喷雾、淋水法降尘，增加了井下空气的相对湿度，一般在80%左右，最高达90%以上。井下空气中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、甲烷等有害气体，这些有害气体和有害物质溶解在潮湿的空气和井下水中，生成各种腐蚀性电解质水溶液，与粉尘溶合在一起，附着在支柱金属表面。1.2腐蚀原因立柱和单体液压支柱处于电解液、潮湿空气和粉尘中，由于种种原因金属表面存在许多极微小的电极，形成腐蚀电池，也称腐蚀微电池，微电池工作的过程就是腐蚀过程。立柱和单体液压支柱的缸筒大都由27SiMn无缝钢管经机械加工而成。液压缸筒除钢铁基材外还含有渗碳体等少量杂质。这些杂质的电极电位代数值较钢铁大，于是产生了电位差，即这些杂质与钢铁基材构成腐蚀微电池。立柱工作时，液压缸内充满乳化液，乳化液由95%的水与5%的乳化油混合配制而成，乳化液本身也是一种电解质溶液。由于钢铁基材与杂质之间产生电位差，电化学腐蚀得以不断进行。如果乳化液的配比不符合要求(即浓度低)，或配制乳化液的水质偏酸或偏碱，液压缸的腐蚀将更加严重。井下空气湿度大，液压支柱活柱表面对井下空气中的水分有吸附作用，在活柱表面形成水膜。如果活柱镀层表面存有孔隙，孔隙内便充满水。水的电离度虽小，但仍能电离成H+和OHˉ离子，这些离子溶液会穿入镀层孔隙，渗透到钢铁基体上，产生电化学腐蚀反应。加之水膜中溶解了井下有害气体，腐蚀情况随之加剧，使镀层失去保护金属的作用。单体液压支柱采用外供液方式，虽然缸筒内壁做镀铜处理，但当单体液压支柱降柱后，上腔则与空气接触，其腐蚀机理与活柱表面的腐蚀相同。由于缸筒铜镀层仅有25～40μm，腐蚀很快穿透铜镀层到达27SiMn钢基材，使腐蚀速度进一步加快。由于立柱采用封闭循环供液系统，液压缸内壁的腐蚀情况比单体液压支柱要轻得多，故其使用寿命要长得多。单体液压支柱腐蚀严重的原因除井下环境恶劣、条件复杂、镀层特性等因素外，电镀质量差也是腐蚀严重的一个重要因素。1.3腐蚀的形态与特征液压缸内壁腐蚀的主要形态是孔蚀和片状脱落，锈蚀出现在金属表面的某一处或某几处。这是由于电化学腐蚀发生在腐蚀微电池的阳极，其分布状态为随机分布，锈蚀表面粗糙不平，并伴有脱落，脱落面呈不规则形状，大小不等，使液压缸内壁产生斑斑点点的疤痕。液压缸内壁一旦发生腐蚀点，腐蚀将会沿腐蚀点加速向四周扩展。有时腐蚀坑深达0.5mm左右。活柱腐蚀的主要形态是镀层“鼓泡”、镀层脱落。要针对煤矿井下腐蚀的环境，相应选择合适的镀、涂层，以增强立柱和单体液压支柱的防腐蚀性能。2液压支柱的防腐单体液压支柱活柱表面镀层因腐蚀脱落而导致报废的数量很大。全国有许多研究单位和厂矿针对支柱的防腐问题进行了大量的研究，取得了较好的成绩，一些新的镀种在单体液压支柱上得到应用。由于立柱活柱镀层与单体液压支柱基本相同，下面着重将单体液压支柱活柱表面防腐方法与分类作一简单介绍。2.1镀铬层国内采用最多的镀层是乳白铬打底层，再镀硬铬，或者先用青铜打底，再镀硬铬的复合镀层。对活柱的钢铁基材来说，复合镀铬层属于阴极性镀层。镀铬层具有硬度高、摩擦系数小和耐磨性高等特点，可起到机械保护作用。但镀铬层对微裂纹或孔隙极为敏感，在使用过程中，活柱一旦发生穿透镀层的孔隙，就会出现电化学腐蚀，孔隙底部的活柱基体便成为阳极，铬镀层成为阴极。显然阴极的面积要远远大于阳极，大阴极、小阳极的组成使孔隙处的铁原子急剧被腐蚀。随着腐蚀的发展，蚀坑加大，腐蚀产物逐渐积累，从而造成铬镀层鼓泡、起皮和脱落，以致划伤密封圈，使密封圈失效。因此在使用过程中，应充分注意保护活柱镀层的完整，防止镀层碰伤。只有保证镀层的完整，才能起到保护层的作用。2.2镀锌磷化处理镀锌磷化处理在单体液压支柱活柱上用得比较多。镀锌磷化处理的镀层，对活柱的钢铁基材来说属于阳极性保护镀层，对活柱的钢铁基材起电化学保护作用。镀层对孔隙和微裂纹不敏感，即使遭到电化学腐蚀，首先是锌被腐蚀，而不会腐蚀孔隙底部的活柱钢铁基体。镀锌磷化处理是一种值得提倡的防腐蚀镀层。但是磷化后膜上涂覆的有机涂层，却存在结合力较差与不耐磨损的缺点。2.3喷涂防腐涂料在液压缸内壁与活柱表面喷涂有机防腐涂层，是液压支柱防腐蚀的有效途径。采用喷涂防腐涂层技术，能够改善液压缸与活柱在井下环境中的防腐蚀性能，延长其使用寿命。涂覆涂层既可用于新的液压缸、柱，也可用于修复废旧液压缸、柱，使报废的液压缸、柱重新使用，具有很好的经济效益。其方法是对液压缸与活柱表面涂覆耐磨、抗腐蚀保护层，以隔绝与腐蚀性介质的接触，从而达到金属表面防腐蚀的目的。这一新工艺已用于修复单体液压支柱油缸和活柱上。这种防腐涂料是以多种有机树脂为主，并添加防腐耐磨增强材料而制成的。涂层与金属基材具有很高的粘结强度，不起皮、不脱落，抗压强度达到80MPa以上。涂层具有良好的防腐性能，盐、碱和弱酸溶液对涂层基本不腐蚀。此外涂层还可进行车、镗、磨等机械加工，加工精度和光洁度完全能够满足液压支柱的使用要求。喷涂防腐涂料工艺，因其设备简单，操作方便，成本低，是未来取代电镀工艺的一种理想方法。它既可避免电镀工艺造成的环境污染问题，又能提高液压支柱的寿命。单体液压支柱缸筒修复，除喷涂防腐涂层外，还可将不锈