高腐蚀性海洋大气环境下严重风化钢表面特性的高效制备工艺优化

针对高腐蚀性海洋环境中严重风化钢(WS)的腐蚀问题，研究人员评估了五种高效表面处理工艺（PT/AB(S)/AB(G)/CWL/AWT(G)）对表面清洁度、再腐蚀抗性和纹理化的影响，发现AWT(G)工艺最具优化潜力。该研究为海洋基础设施防腐涂装提供了关键表面处理技术依据，对延长钢结构服役寿命具有重要意义。

　　

在海洋基础设施维护领域，长期暴露于高盐雾环境的钢结构面临着严峻的腐蚀挑战。尤其令人担忧的是，即使以耐候性著称的风化钢(WS)，在缺乏雨水冲刷的隐蔽区域（如桥面板下部、隧道内部）经过15年服役后，其腐蚀速率竟与普通碳钢(CS)相差无几。更棘手的是，这些区域积聚的氯化物盐、汽车尾气颗粒等污染物会形成顽固的锈蚀层，传统机械处理难以彻底清除，导致防腐涂层出现起泡、剥落等失效现象。据统计，表面处理质量可直接影响涂层50%的耐久性，但现有技术如开放式喷砂存在健康危害和环境污染问题，激光处理又会产生不良氧化层。

针对这一重大工程难题，由中国奖学金资助的研究团队联合日本JSCE钢铁结构分会，在冲绳县高度腐蚀的海洋环境中展开系统性研究。他们选取经15年暴露的SMA490AW WS钢板，对比评估了五种表面处理工艺：动力工具(PT)、钢砂(AB(S))和石榴石(AB(G))喷砂、连续波激光(CWL)以及石榴石磨料水射流(AWT(G))。研究创新性地采用ISO 8501清洁度标准、SEM-EDX元素分析和拉拔强度测试等多维度方法，首次揭示了"外敌入侵"（环境腐蚀因子）与"内患作乱"（残留锈斑、磨料嵌入、氯化物盐等）共同削弱涂层附着力的双路径机制。

关键技术方面，研究团队通过优化设置的Laval型喷嘴提升喷砂效率30%，采用EDX元素映射替代XPS实现表面污染物半定量分析，并建立锈蚀面积、宏观断裂面与拉拔强度的量化关联模型。特别值得注意的是，他们通过截面显微观察捕捉到锌基涂料遭受"前后夹击"的失效场景——外层受潮湿环境侵蚀，内层则被残留氧化物层破坏化学键合。

研究结果呈现多个突破性发现：

1. 腐蚀严重度评估：HO(高位遮蔽)环境下WS锈层呈现独特的深棕色伴白色斑块特征，显微结构显示锈层松散多孔，氯元素含量严重超标。
2. 清洁度等级：AWT(G)处理达到最高Sa3级清洁标准，有效清除_可溶性氯化物；而CWL产生的激光氧化皮(laser oxide scale)成为新的粘附障碍。
3. 再腐蚀抗性：锈斑面积与拉拔强度呈强负相关(r=-0.89)，AB(S)组因钢砂嵌入导致30%强度损失。
4. 纹理化效果：水射流形成的^微米级凹坑结构最有利于机械锚固，表面粗糙度Rz控制在50-70μm时附着力最佳。
5. 主要风险因素：识别出残留磨料颗粒、_非稳态氧化铁层及几何不连续处为涂层失效三大诱因。

结论部分强调，磨料水射流(AWT(G))展现出最优的综合性能，其水介质既能抑制粉尘又具有冷却效应，处理后的表面氯离子含量低于NASA标准限值50%。该成果发表于《Applied Surface Science》，不仅为JIS G3114标准修订提供数据支撑，更开创性地提出"双因素破坏模型"，对跨海大桥、海上石油平台等重大工程的防腐维护具有直接指导价值。研究团队特别指出，未来需开发能同步消除激光氧化皮的后处理工艺，并建议将水射流参数纳入日本道路协会(JRA)的钢桥养护规范。