简介：

    FBE和三层聚烯烃涂层材料经常被用于石油化工管道的外部腐蚀保护等应用中，并且都取得了一定的成功。但是，当采用多层涂层系统时，钢结构焊缝范围内则很容易发生涂层脱层/分层现象。

    FBE档案

    1 简介

    FBE是熔结环氧的英文名称“FUSION BOND EPOXY”的缩写，FBE管是指在钢管表面涂敷了熔结环氧粉末的钢管。

    2 优缺点

    FBE涂层有对钢铁材料粘结力强、膜完整性好、耐阴极剥离、耐土壤应力和耐磨损的优点，但其同样也存在一些缺点，例如抵抗机械损伤的能力和耐湿热性较差等。

    3 适用环境

    FBE涂层可用于工作温度为-30~100摄氏度的钢制埋地管道或水下管道设施的外防腐方面。现在，熔结环氧粉末涂层技术已经是一种经过了无数验证的涂层技术，越来越多的被用于保护钢管等材料在埋地和大气环境中免受外界腐蚀。

    在大多数类型的应用服务中，FBE通常会与包括聚乙烯或聚丙烯在内的多层聚烯烃（3LPO）系统一起使用，以提供更好的防腐蚀和/或绝热效果。

    4 常见问题

    所有这些涂料都具有长时期成功使用的案例记录。然而，在安装具有多层涂层的钢铁管道时，在环焊缝的裸钢切口区域内发生涂层分层现象也是非常常见的。

当使用多层聚烯烃涂层体系时，FBE在环焊缝区域从钢管道中脱离现象并不少见

    对过去三十年来进行的大量研究结果和文献报道进行综合分析，可以帮助管道制造者、管道安装人员、涂料施加人员和管道检查人员更好的了解这些涂料的失效原因。

    下面，我们将着重了解一些已知的失效机制和解决或者预防这一现象的一些有效措施。

    残余应力和附着力导致的失效机理

    根据一些研究人员的结果来看，可能存在的失效机理之一是由于这类三层涂层在应用期间和之后的加热及冷却过程中产生了残余应力所导致的。

    通常，涂层和钢材会被加热到超过392°F（200°C）的温度，随着管道逐渐冷却，涂层要比下面的钢材发生更多地收缩，但是它会通过粘附力固定在适当的位置，从而产生应力。这被认为是材料之间的热膨胀系数（CTE）的差异所导致的。

表1 涂层材料以及基体钢材的热膨胀系数

    进一步的分析表明，在多层涂层系统的FBE和钢材在收缩区域的界面处的应力水平会有所增加。如果粘附力降低，这些力最终可能会导致FBE涂层的剥离。但是，通过减少倒角和增加FBE尾部则可以显着减少压力和分层的风险。

有限元分析表明，在收缩区域的涂层结构明显决定了FBE/钢界面处的应力值大小。利用30度的倒角和增加FBE尾部可以明显减轻应力

    聚烯烃的热膨胀现象在3LPO（多层聚烯烃）涂层体系中会产生高残余应力。发生这种情况是因为聚烯烃的吸水率低，这也就意味着即使暴露在大气中后，其应力水平也会保持在较高的水平上。在收缩区域，聚烯烃的剥离和剪切应力较高，并且如果FBE和钢材之间粘合力降低，则产生的应力最终就可能会导致分层现象。

分离的出现：起始点

    分层区域的形状看起来就像圆形水泡，这种半圆从FBE和切口区域中钢材之间的界面开始。脱粘区域的形状意味着这里可能存在电化学反应开始的起始点。

从一个起始点到最终形成半圆状

    这种蔓延的生长模式可能与交替的阳极区域（腐蚀）和阴极区域（清洁钢）的电化学反应有关。表明可能存在两种不同的机制：

    ● 阳极缝隙腐蚀：在涂层/钢界面发生阳极反应，大面积的腐蚀产物迫使涂层远离钢板。

    ● 阴极起泡和分层：阴极反应会导致形成氢氧化物，从而破坏涂层结合。

左边表示的是阳极分层，右边表示阴极分层。

    了解分离的起始点到底是是阴极还是阳极并不是十分重要。因为，解决方案是从一开始就防止发生电化学反应入手。

    预防措施

    避免管端涂层脱粘的关键之处是尽量减少环境暴露。对于靠近海洋的管道存储尤其如此。最大限度地减少涂层施加，管道组装，环焊接涂层应用和安装之间的时间可以有效降低涂层的分层风险。长时间存放时，应使用合适的存储技术（例如包装，可剥离涂层或气相抑制剂等）来妥善保护FBE /钢界面。

    修复

    可以通过将母涂层去除掉，然后选取环焊接涂层作为代替选择来解决FBE层的分层现象。如果分层范围很广，则可能需要用到专门的设备，甚至需要切割管道并重新焊接等。

为了制作合适的环形焊缝涂装应用，脱层的涂层必须被移除，并施加良好粘接的涂层

    总结

    在某些区域，涂层分层的最常见原因是长期暴露在环境中所导致的，特别是在海洋环境中。分离过程一般都是从FBE/裸钢材料界面的受损区域开始，并开始形成电化学腐蚀。潜在的机理可能是电化学反应（无论是阳极还是阴极反应）。一旦暴露在环境中，降低了涂层的粘附力，其他因素如残余应力可作为增强剂，进一步促进涂层的分层现象。

    为了尽量减少这些区域涂层分层的可能性，我们应该：

    ● 尽量使用世界一流的涂层材料和应用程序。

    ● 最大限度地缩短缺口界面暴露在大气中的时间，对于某些特定需求需要暴露在环境中时，一定要做好预防及保护措施。

    ● 长时间存放时，应采取适当的保护措施，如包装，可剥离涂层或气相抑制剂等。

    ● 设计一个FBE尾部，以减少压力的影响。

    ● 将倒角角度降低至30度。

    充分了解这些涂层的分层机理并采取相应的预防措施可以有效减少管道安装过程中涂层分层的可能性。

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