马口铁三片罐腐蚀失效过程与应对措施

1.锡罐的腐蚀
金属包装产品的腐蚀是由腐蚀性物质中材料的电化学不稳定性引起的。三种马口铁罐的主要耐腐蚀材料是罐体涂层、马口铁涂层和铁涂层,以及含有涂层的顶盖和底盖。因为金属包装产品有一定的保质期,当马口铁的设计腐蚀寿命比保质期长时就能满足生产要求,保证食品和饮料在保质期内的质量和安全,过度的腐蚀裕度就是质量过剩,增加了产品的经济成本。为了满足合格设计寿命和经济性的要求,马口铁三片罐的生产对原材料和工艺有着严格的要求,以保持稳定的产品质量。
 
实验结果表明,涂层、锡涂层和铁涂层是储罐的主要防腐层,稳定的原材料和合理的工艺可以满足大多数固体储罐产品的耐腐蚀要求。相关研究还发现,一些产品对储罐的腐蚀时间较早,由于腐蚀类型和位置的不同,其发展速度也大不相同,一些真正的储罐在几周内就产生锈斑,严重的甚至在未来几个月内会出现腐蚀穿孔现象,一些真正的储罐腐蚀会持续到保证期后腐蚀穿孔才会发生。在马口铁罐头的生产和储存过程中,经常发现罐腐蚀发生在固体罐头保质期之前。局部腐蚀对储罐的质量和安全有害,并可能导致货架期内的腐蚀和穿孔泄漏。
 
1.1均匀腐蚀
均匀腐蚀又称综合腐蚀,腐蚀现象分布在整个金属表面,金属表面各部分的腐蚀速率大致相同,金属表面相对均匀变薄,与金属表面的腐蚀形式没有显著差异,这种腐蚀因为发生在所有表面,容易发现和控制。马口铁罐腐蚀中最常见的腐蚀现象是均匀腐蚀,主要发生在罐颈顶部区域、罐体底部收缩变形区域和焊缝填充涂层区域。
 
 
1.2局部腐蚀
局部腐蚀又称不均匀腐蚀,由于电化学性质的不均匀性,如异质金属、表面缺陷、浓度差异、应力集中或环境因素不均匀等,形成局部电池腐蚀。局部腐蚀的阴极和阳极是可以区分的。局部腐蚀集中在特定位置,并迅速发生。这种材料被迅速腐蚀和破坏。局部腐蚀的特点是多样性。根据局部腐蚀引起的失效模式,可分为电偶腐蚀、孔隙腐蚀、焊缝腐蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀或选择性腐蚀。
 
2.马口铁罐腐蚀原因分析
2.1罐体防腐系统
马口铁储罐的防腐系统由有机涂层/锡层/铁层三重保护结构组成,固体储罐腐蚀初期的涂层保护、中锡层保护、后期的铁材料保护,为实现储罐货架期内的防腐,涂层保护起着主要作用。大多数马口铁罐头在使用固体罐头时能满足保质期的质量要求,只有少数固体罐头会被腐蚀和穿孔。马口铁罐的腐蚀与包装的内容物密切相关。当包装中的内容物呈酸性、含盐量高且含有更多硫蛋白时,其腐蚀性很强。虽然有机涂层可以防止液体中的内容物与金属接触,但通常由于其孔隙,经过一段时间后会有液体渗入并与金属接触,锡层溶解。锡层本身相对稳定,但在高腐蚀性物质中以及在存在硝酸根或硫离子时溶解更快。一段时间后,金属铁暴露出来,形成锡-铁电对,这加速了铁的溶解。锡罐的耐腐蚀性很大程度上取决于涂层的孔隙率和缺陷、锡层的钝度和厚度以及铁的厚度。
 
2.2涂层失效
涂料的性能不仅取决于涂料的类型及其自身的性能,尤其取决于涂料的施工工艺。金属表面预处理的清洁度、涂层厚度、涂层固化度和涂层附着力是影响涂层防护性能的主要因素。对于不同含量的产品,合适的涂层和合理的生产工艺对保证储罐产品质量的稳定性有着重要的作用。
 
2.3锡层失效
罐装罐内的锡在灌装过程中与罐内残留的氧气相互作用,减少了罐内物质被氧化的机会。锡还原对一些清淡的水果风味和色泽有很好的保鲜效果,所以使用铁能更好的保持风味和色泽的含量,褐变稍有变化,风味质量的可接受性更好,贮藏期因而延长。然而,锡、硝酸盐和亚硝酸盐的均匀酸性溶液引起的异常快速脱锡,以及锡的硫化物腐蚀将导致锡层逐渐变薄。为了提高锡层的耐蚀性,通常需要对锡层进行钝化,以降低锡层的溶解速率。
 
2.4罐装过程
在生产中发现,大多数情况下,马口铁罐腐蚀失效的次数很少,发生率很低,表明腐蚀失效可能是生产过程中个别因素引起的一些随机现象。大多数产品的耐蚀性满足质量要求,表明生产工艺合理。腐蚀的主要原因应该是涂层性能中的随机缺陷。实验结果表明,腐蚀主要发生在罐底缩颈、罐底缩颈、罐底坡口和焊缝修补涂层区域,罐底缩颈区域锡层的黑色腐蚀区域也非常显著,涂层变薄和罐底缩颈过程中产生的缺陷是罐底腐蚀穿孔的主要原因。由于涂层厚度抗腐蚀裕度很小,涂层随机变薄的缺陷会增加,腐蚀的机会就越大。此外,罐装过程中的焊缝重涂一直是马口铁罐防腐处理中的薄弱环节之一。由于干燥通道短,加工速度快,所以辅助涂层剂必须能够快速干燥和固化,并具有良好的耐酸性和耐硫性。对于腐蚀性强的内容物,在空罐生产的重涂基础上采用全喷涂工艺,可以提高重涂质量,同时弥补制罐过程中的机械损伤、烧伤等缺陷,大大提高罐体的耐腐蚀性。
 
 
 
 
3.增强马口铁罐耐蚀性能措施
马口铁罐头的腐蚀是一种不可避免的现象,无论是高锡铁,还是涂层和金属保护系统,由于包装内容的腐蚀、加工变形和运输碰撞涂层的损坏腐蚀失效时有发生。因此,为了提高马口铁空罐的耐蚀性,将罐内壁的腐蚀减缓到最小程度,有必要从罐的原材料和生产工艺入手,根据内容物的特性选择合适的空罐,使两者能够很好的匹配。与其他金属相比,耐蚀性越高,寿命越长,马口铁产品越能有一个较好的保质期,过高的腐蚀寿命会导致质量超标,浪费经济效益。在现有的生产工艺中,从质量安全和经济效益最大化的角度出发,通过提高镀层保护性能和镀锡板镀层性能来提高镀锡板罐的耐蚀性是可行的。
 
3.1新涂料的开发
提高涂层耐蚀性的主要方法是增加涂层厚度、涂层附着力和固化度、降低涂层孔隙率、提高涂层附着力和涂层柔韧性。在马口铁空罐生产中,涂层厚度和硬度的增加以及孔隙率的降低不会显著提高底部抗收缩能力,因此不会产生明显的效果。它对提高涂层的附着力和柔韧性起着重要作用。通过这种措施,可以显著提高涂层的抗底部收缩性,减少加工过程中的缺陷,并延长腐蚀寿命。提高涂层附着力和柔韧性的主要方法是改进涂层的化学配方。考虑到涂料配方的改变是一项系统工程,涂料涂料印刷、食品安全等重要性能都需要考虑,系统应在成熟涂料配方的基础上进行测试。改进后的涂层配方将显著影响空罐生产过程,但从长远来看,这一措施有可能彻底解决空罐的耐腐蚀问题,有利于产品的升级换代和长期发展。
 
3.2增强锡和铁层的耐腐蚀性
提高镀锡层耐蚀性的有效方法之一是钝化锡层。锡层钝化处理涉及下游钢供应商的生产能力和技术条件。对于合格的马口铁供应商来说,可以探索马口铁钝化性能与耐蚀性之间的关系、钝化锡层与镀层结合力的匹配性能,从而生产出高性能的马口铁产品。
 
马口铁的铁层起着结构骨架的作用。与涂层和锡层相比,提高耐蚀性的空间和效果很小,而且会增加原材料成本。特别是涂层和锡层的耐蚀性增强后,不必再增强铁层的耐蚀性,也能满足储罐的耐蚀性要求。
 
3.3提高空罐耐腐蚀性的技术
由于马口铁罐的产品保修和产品成本的限制,罐体的材料厚度和强度有限,内外涂层的韧性有限,而且在生产过程结束时,更不能够承受罐体的外力,容易在生产过程的各个环节变形和涂层缺陷,增加整个喷涂过程是更好的补救措施。罐底收缩工艺是一种成熟的自动化生产工艺,其工艺条件对罐的强度和密封性能至关重要,降低工艺的加工力很小。如果改进整个喷涂工艺,修补底部收缩区损坏的涂层,可以提高涂层的防护性能和腐蚀寿命。
 
发现喷嘴远离罐底,喷雾力弱,导致喷雾修补不彻底,罐底缩口区域缺失。所以可以通过移动喷嘴来减小槽内喷涂距离,或者增加喷嘴的喷射功率,或者减小喷射角度,或者降低涂料的粘度,使所有的喷涂涂料都能到达槽底的槽区,以保证槽底收缩区域的涂料缺陷区域能够得到完全修复,加强对槽底涂层的保护,这将有效降低槽底腐蚀发生在还原区的几率,延长锡壳腐蚀的寿命。
 
此外,由于各种类型的喷漆和喷漆涂料,可能会出现涂料相容性问题,降低涂层与底层涂料的结合力,造成底层涂料缺陷修补不完善,应选择与罐底涂料相容性好的涂料,增强两种涂料的附着力,以保证喷涂涂料的完整性和强度。
 
3.4加强对空罐运输的保护
马口铁罐的工厂包装和运输是空罐和实罐生产中不可缺少的环节,发现运输碰撞对马口铁罐的腐蚀寿命有很大影响。使用缓冲冲击包装材料,在易拉罐之间添加缓冲材料等。在生产固体罐头的过程中,应增加对空罐头的定期抽样检验,以避免因包装和运输碰撞而造成涂层损坏的空罐头的生产,并对合格的空罐头进行筛选,以生产固体罐头。

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