目前，人們對(duì)文化旅游的需求與日俱增；為了滿足這種需求，大量的主題公園應(yīng)運(yùn)而建。這些大型的主題公園里一般都設(shè)置了各種類型的演藝設(shè)施，其中不乏大型實(shí)景演藝秀場(chǎng)。這些演藝秀場(chǎng)中有大量的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備，其中多數(shù)為露天安裝，還有大量的設(shè)備直接安裝在水中，甚至是海水中。雖然這些水中的設(shè)備可以采用不銹鋼等耐腐蝕材料，但由于成本的原因（耐腐蝕材料的設(shè)備造價(jià)是普通碳鋼的5倍左右），一般大型舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備都采用普通結(jié)構(gòu)用金屬型材制造，惡劣的工作環(huán)境使這些設(shè)備的腐蝕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)干燥環(huán)境下使用的設(shè)備。另外，近年來(lái)沿海區(qū)域大型主題公園不斷涌現(xiàn)，許多設(shè)備直接浸泡于海水中，在海水介質(zhì)中設(shè)備的使用環(huán)境更加惡劣，腐蝕情況非常嚴(yán)重?？梢?jiàn)，演藝設(shè)備的防腐蝕處理在舞臺(tái)機(jī)械的使用和防護(hù)中是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。筆者結(jié)合本公司近年來(lái)完成的幾個(gè)大型實(shí)景演藝秀場(chǎng)，針對(duì)設(shè)備的使用環(huán)境和防腐措施，談?wù)劥胺栏g技術(shù)在舞臺(tái)演藝設(shè)備防腐蝕中的應(yīng)用。

1設(shè)備腐蝕的防護(hù)

金屬防腐主要有兩種方式，即涂層保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)。

1.1 涂層保護(hù)

涂層保護(hù)對(duì)于金屬設(shè)備來(lái)說(shuō)，是一種應(yīng)用最廣泛，歷史最悠久，也最為經(jīng)濟(jì)、方便、有效的防護(hù)方法。涂層保護(hù)是將防腐涂料或鍍層涂覆在鋼結(jié)構(gòu)表面，使其形成一層完整、致密的涂層，以隔離各部位鋼鐵表面與外界腐蝕環(huán)境。涂層保護(hù)又可分為涂料涂層保護(hù)和鍍膜涂層保護(hù)兩大類。涂料涂層保護(hù)主要包括油漆、噴塑等；鍍膜涂層保護(hù)主要包括鍍鋅、鍍鉻等。隨著新材料的不斷開發(fā)應(yīng)用，現(xiàn)在又出現(xiàn)了氟碳、聚脲、達(dá)克羅等新型防腐涂層材料。

1.1.1 涂層保護(hù)的工藝要求

鋼材表面防腐涂層的有效保護(hù)壽命與涂裝之前的表面處理、涂料種類、涂膜厚度及涂裝的工藝條件等許多因素有關(guān)，其中涂裝前的鋼材表面處理質(zhì)量是影響涂膜保護(hù)性能的最主要因素，如表2所示。鋼材表面處理方法主要有：原材料拋丸預(yù)處理和涂裝車間噴丸或酸洗、磷化、底漆處理等。

1.1.2 涂層保護(hù)的效果

一般潮濕環(huán)境，室外以及淡水完全浸沒(méi)環(huán)境中的演藝設(shè)備可采用涂層保護(hù)方法進(jìn)行保護(hù)，只要嚴(yán)格按工藝要求施工，并且在吊裝、運(yùn)輸以及安裝過(guò)程中注意設(shè)備表面涂層的保護(hù)，是可以達(dá)到防腐要求的。筆者所在的公司參與設(shè)計(jì)的某影視城秀場(chǎng)的水中升降舞臺(tái)，采用普通碳鋼加船舶涂料進(jìn)行防護(hù)，即選用合適的船舶專用涂料，以船舶涂層的工藝要求進(jìn)行施工，設(shè)備使用兩年后鋼結(jié)構(gòu)表面基本沒(méi)有腐蝕，獲得了良好的防腐效果，如圖2所示。

1.2 電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)又稱之為陰極保護(hù)。陰極保護(hù)法有兩種，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。其中犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)又稱為被動(dòng)式保護(hù)；外加電流陰極保護(hù)又稱為主動(dòng)式保護(hù)。這兩種電化學(xué)保護(hù)方法在船舶殼體和碼頭鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)中被廣泛采用。

1.2.1 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是在需要保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備上固定一些作為陽(yáng)極的金屬材料，如金屬鋁、鋅、鎂及其合金等。由于這些金屬及合金的化學(xué)性質(zhì)比鐵更活躍，因此，在電解質(zhì)（海水）的作用下更易失去電子而呈高電位（陽(yáng)極），這樣金屬材料與被保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)之間就形成了一個(gè)微電池，在這個(gè)微電池中陽(yáng)極被加速氧化腐蝕，而陰極（鋼結(jié)構(gòu)）表面則被陽(yáng)極電子堆積覆蓋得以保護(hù)，從而大大減緩了鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)可使用鋁合金陽(yáng)極或鋅合金陽(yáng)極，其材料的化學(xué)成分、電化學(xué)性能必須嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4948-2002《鋁-鋅-銦系合金犧牲陽(yáng)極》和GB/T 4950-2002《鋅-鋁-鎘合金犧牲陽(yáng)極》。表3?表6列舉了陽(yáng)極材料的化學(xué)成分及電化學(xué)性能。

表5 鋅合金陽(yáng)極材料化學(xué)成分

1.2.2 外加電流陰極保護(hù)

外加電流陰極保護(hù)是在犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)過(guò)程中外加一個(gè)恒電位，利用外加恒電位使被保護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到保護(hù)電位域，此時(shí)所需要的電流叫做保護(hù)電流。保護(hù)電流的大小與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)的表面積有直接關(guān)系，通常采用單位面積的保護(hù)電流值——保護(hù)電流密度作為表征，圖3為陰極保護(hù)原理示意圖。鋼鐵在靜止的海水中的腐蝕速度一般為0.1 mm/年，假定其為速度恒定的均勻腐蝕，根據(jù)理論計(jì)算可知，其腐蝕電流密度為0.086 A/㎡。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在靜止的海水中，鋼鐵的保護(hù)電流密度為0.1 A/m2?0.15 A/㎡。這與理論上要求的保護(hù)電流必須大于腐蝕電流的概念是一致的。船體的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，一般是由恒電位儀、輔助陽(yáng)極、陽(yáng)極屏蔽層、參比電極等組成。恒電位儀是一個(gè)高性能的直流電源，一般還集合了良好的人機(jī)界面、自動(dòng)控制功能、自我檢測(cè)和異常報(bào)警等功能。輔助陽(yáng)極是一個(gè)重要的部件，其作用是將保護(hù)電流經(jīng)由海水傳遞到金屬表面，效果等于代替金屬進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。陽(yáng)極屏蔽層是覆蓋在輔助陽(yáng)極周圍一定面積范圍內(nèi)的絕緣涂層，可以使陽(yáng)極的輸出電流分布到較遠(yuǎn)的陰極表面，以使金屬電位分布均勻。參比電極主要是為恒電位儀提供實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制用的金屬電位信號(hào)，同時(shí)也為人機(jī)界面提供陰極保護(hù)效果的信號(hào)。

對(duì)于暴露于海邊以及長(zhǎng)期浸泡于海水中的演藝設(shè)備，由于海水和鹽霧的強(qiáng)腐蝕作用，僅用涂層保護(hù)顯然是不夠的。為此，采用涂層保護(hù)加電化學(xué)保護(hù)的綜合保護(hù)法。其中，對(duì)于暴露于海邊或有海水飛濺（噴淋）的演藝設(shè)備，采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的電化學(xué)保護(hù)措施保護(hù)效果明顯；而對(duì)于長(zhǎng)期浸泡于海水中的演藝設(shè)備，則應(yīng)采用外加電流陰極保護(hù)的電化學(xué)保護(hù)措施保護(hù)效果更好。筆者所在的公司曾給某海邊水秀場(chǎng)制造大型演藝設(shè)備，設(shè)置了海水噴泉，為了更好地保護(hù)設(shè)備減緩銹蝕，在設(shè)計(jì)制造時(shí)考慮了采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的電化學(xué)保護(hù)措施，如圖4所示。事實(shí)證明，對(duì)于海邊或半干濕環(huán)境中使用的演藝設(shè)備，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)措施所起到的防腐保護(hù)作用非常顯著。圖5是在相同的環(huán)境中經(jīng)過(guò)兩年的使用后，有保護(hù)和無(wú)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況的對(duì)比。

在海水中浸泡的演藝設(shè)備更宜采用外加電流陰極保護(hù)措施，只要在適當(dāng)位置安裝若干個(gè)輔助陽(yáng)極，控制好保護(hù)電流的大小，即可達(dá)到滿意的保護(hù)效果。但是在海水環(huán)境中，除了海水的侵蝕外還有海洋生物侵蝕，因此，這些設(shè)備的涂層保護(hù)也非常重要。傳統(tǒng)油漆涂料很難防止海洋生物的附著與侵蝕，而近些年被廣泛使用的聚脲防腐涂層則能有效防止海洋生物的附著。如果條件允許，聚脲涂層可在設(shè)備安裝完成后現(xiàn)場(chǎng)噴涂，噴涂時(shí)要注意盡量均勻并消除死角。通過(guò)上述涂層保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)的綜合保護(hù)，經(jīng)常處于海水中浸泡的演藝設(shè)備壽命可大大延長(zhǎng)，一般可使用5?10年，真正起到事半功倍的效果。

節(jié)選自《演藝科技》2016年第3期尹文敬，張術(shù)永，黃元樂(lè)，李強(qiáng)，劉廣威，武進(jìn)《淺談防腐蝕技術(shù)在舞臺(tái)機(jī)械中的應(yīng)用》

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