熱噴涂涂層技術可以作為在腐蝕環(huán)境下工作的機器零部件的防護技術,但由于零部件所處的腐蝕環(huán)境千變?nèi)f化,包括干燥大氣、海洋大氣、城市大氣、工業(yè)大氣、土壤環(huán)境、淡水環(huán)境、海水環(huán)境、腐蝕性氣體、腐蝕性液體等,在不同的腐蝕環(huán)境中需要選擇最合適的熱噴涂工藝和涂層材料來滿足其防護要求。其中,采用電弧噴涂技術制備Al、Zn及其合金防腐涂層的應用最為廣泛,特別是防止鐵和鋼在空氣、淡水或鹽水中的腐蝕非常有效,已在鋼架結構、橋梁、輸電塔、海洋工程、煤礦井筒、罐體內(nèi)壁、船體、熱電廠鍋爐“四管”等方面獲得成功應用。目前,電弧噴涂技術是國內(nèi)發(fā)展最快、普及程度最高的熱噴涂技術之一。
1.電弧噴涂Al及其合金的參數(shù)設置
采用美國Praxair公司生產(chǎn)的BP400型電弧噴涂設備噴涂Al及其合金的基本參數(shù)設置如表所示。
BP400電弧噴涂Al及其合金的參數(shù)設置
電壓(V) | 電流(A) | 噴涂效率(磅/小時) |
100 | 6 | |
28-32 | 240 | 13 |
360 | 19 |
2.電弧噴涂Zn及其合金的參數(shù)設置
采用美國Praxair公司生產(chǎn)的BP400型電弧噴涂設備噴涂Zn及其合金的基本參數(shù)設置如表所示。
BP400電弧噴涂Zn及其合金的參數(shù)設置
電壓(V) | 電流(A) | 噴涂效率(磅/小時) |
100 | 24 | |
22-26 | 240 | 50 |
360 | 73 |
噴涂Zn涂層具有耐酸性較弱,適用于pH為6-12范圍內(nèi)的環(huán)境,如果工件處于酸性條件,選擇鋁涂層耐蝕性能更好。
在噴涂Zn涂層時,需要注意的是,鋅煙霧是有毒的,一定要保證有良好的通風條件,同時要特別注意呼吸系統(tǒng)的防護。
3.耐蝕涂層封孔處理
由于熱噴涂涂層總具有一定的孔隙,孔隙率形態(tài)、大小及其分布狀況隨熱噴涂工藝及噴涂材料的不同而存在差別,其分布可從小于1%到大于15%不等,這些孔隙可能互相聯(lián)接,且從涂層表面到基體均具有孔隙特性,但是,當涂層厚度滿足一定要求時,孔隙不會貫穿整個涂層而侵蝕到基體。為了防止或阻止在涂層/基體界面處發(fā)生的腐蝕,并延長涂層的使用壽命,常對耐蝕涂層進行封孔處理,以填充這種孔隙。
作為耐蝕涂層封孔處理的材料,應具有以下特性:
(1)足夠的滲透性;
(2)耐化學或溶劑作用;
(3)一定的機械性能;
(4)一定的耐溫性;
(5)不影響涂層或基體的性能;
(6)使用安全。
實際操作時,在熱噴涂之后,涂層應首先采用蝕洗涂料(通常用磷酸)進行封孔前預處理,在表面形成一層復合磷酸鹽薄膜,該薄膜有助于封孔劑的粘結。
試驗結果表明,在鋼鐵基體上采用低粘性封孔劑進行封孔處理,可以提高鋁、鋅涂層的防腐蝕性能。這些封孔劑包括:乙烯樹脂、硅酮樹脂、酚醛、改進型環(huán)氧酚醛和聚胺酯等。
針對不同的環(huán)境使用溫度,應選擇不同的封孔劑,其中,乙烯樹脂的最高使用溫度為65℃;酚醛樹脂的使用溫度為150-260℃;用鋁做顏料的硅酮樹脂封孔劑的使用溫度可達480℃,主要用于排氣管、消聲器等零件的封孔處理;含有鋁的煤焦油封孔劑的使用溫度可高達870-980℃,主要用于在該溫度下工作的鋁和鎳鉻類涂層的封孔處理。
石蠟作為封孔劑使用時,不僅能耐海水、淡水及大多數(shù)的酸和堿,而且常常用作食品和化學工業(yè)機械零件表面涂層的封孔與潤滑,以解決存在的污染問題。常用的封孔劑如表所示。
常用封孔劑
封孔劑代碼 | 說明 | Praxair-TAFA公司牌號 |
a | 專有封孔劑 | P7 |
b | 蝕洗涂料 | 4526 |
ct | 煤焦油環(huán)氧樹脂 | 4538 |
d | 透明或象牙色Plasite 7155 | |
f | 1-透明Plasite 7155 | |
1-象牙色Plasite 7155 | ||
g | 1-透明Plasite 7155 | |
1-白色Plasite 7133 | ||
h | 1份vc+1份Tributyl氧化錫 | |
p | 油漆 | |
s | 硅醇酸樹脂(260℃) | 4545 |
sa | 鋁硅樹脂(538℃) | 4503 |
vc | 乙烯樹脂聚合物 | 4550-4556 |
為了保證良好的滲透性,在進行封孔處理前,應對封孔劑進行稀釋處理,并采用真空浸滲封孔方法,該法可利用真空環(huán)境,將涂層孔隙中的空氣抽出,并利用毛細作用將封孔劑引進抽空的涂層孔隙中,從而增強涂層的耐蝕效果。
4.耐蝕涂層的選擇
采用電弧噴涂Al、Zn涂層進行防腐處理時,比較簡單扼要的涂層選擇方案可參見表所示。在表涂層選擇一欄中,Al、Zn前面的數(shù)字代表該涂層的厚度,單位為密耳,如數(shù)字3代表該涂層厚度為3密耳,即0.003英吋(75μm);Al、Zn后面的字母代表該涂層所需要的封孔處理方法。
防腐涂層簡明選擇表
腐蝕環(huán)境 | 預期效果 | 涂層選擇 | ||
Zn | Al | |||
大氣腐蝕 | 鄉(xiāng)村大氣 | 成本最低 | 3Zn | 3Al |
壽命最長 | 3Zn/vc | 3Al/vc | ||
外觀漂亮壽命長 | 3Zn/vc | 3Al/vc | ||
工業(yè)大氣 | 成本最低 | 3Zn | 3Al | |
壽命最長 | 3Zn/vc | 3Al/vc | ||
外觀漂亮壽命長 | -- | 3Al/vc | ||
海邊及鹽霧環(huán)境 | 成本最低 | 3Zn/vc | 3Al/vc | |
壽命最長 | 6Zn/vc | 6Al/vc | ||
外觀漂亮壽命長 | 6Zn/vc | 6Al/vc | ||
高溫 | <260℃ | -- | 7Al/s | |
<538℃ | -- | 7Al/sa | ||
>538℃ | -- | 7Al | ||
浸泡腐蝕 | 化工 | 唯一選擇 | -- | 6Al/f |
食品 | 唯一選擇 | -- | 6Al/g | |
海水 | 污染的 | -- | 6Al/vc | |
無污染的 | -- | 6Al/h | ||
高溫 | -538℃ | -- | 7Al/sa | |
軟水 | 成本最低 | 10Zn | 3Al/vc | |
3Zn/vc | ||||
承受嚴重腐蝕 | -- | 3Al/vc | ||
-- | 3Al/g | |||
壽命最長 | 3Zn/vc(pH7) | 3Al/vc(pH7) | ||
飲用水 | 10Zn | -- | ||
表面控制 | 藻類生長 | 防止生長 | 50Cu/Al | |
貝類附著 | 防止生長 | 50CuNi/Al |
根據(jù)不同環(huán)境的特性,又可將各種環(huán)境細分為如表所示的10種環(huán)境。根據(jù)工作環(huán)境狀況及所期望的第一次維護涂層時所需的壽命要求,就可根據(jù)下表來確定耐蝕涂層選擇方案。其中,在涂層選擇一欄中,Al、Zn前面的數(shù)字代表該涂層的厚度,單位為密耳,如數(shù)字3代表該涂層厚度為3密耳,即0.003英吋(75μm);Al、Zn后面的字母代表該涂層所需要的封孔處理方法。
根據(jù)下表,就可確定相關零件在各類環(huán)境條件下的防腐涂層體系。例如,在海灣工作的鋼制信號浮標,不采用長效防腐處理時,經(jīng)常需要清洗和重先涂漆,工作量很大,希望尋找一種長效防腐方法來達到維護次數(shù)盡可能少、使用壽命盡可能長的目的。在該條件下,涂層體系選擇過程如下:首先,由于鋼制浮標的工作環(huán)境是長期浸泡在海水中,其相對應的工作環(huán)境為9號環(huán)境;其次,環(huán)境9所對應的第一次維護壽命超過20年的涂層方案是6Alvc;第三,可將涂層方案確定為:噴涂6密耳(即0.006英吋,150μm)厚的Al涂層,并在噴涂后采用乙烯樹脂聚合物進行封孔處理,即可達到預期目的。
| 分類 | 具體描述 | ||
1 | 室外暴露表面 | 無腐蝕內(nèi)陸 | 雨淋表面 | 遭受輕微酸、堿、鹽、SO2腐蝕的表面 |
2 | 腐蝕內(nèi)陸 | 遭受SO2或其它氣體腐蝕的表面 | ||
3 | 無腐蝕海邊 | 表面同1,有鹽但無鹽霧 | ||
4 | 腐蝕海邊 | 表面同2,有鹽但無鹽霧 | ||
5 | 室外遮蔽表面 | 同上,不遭受雨淋,通風較差并出現(xiàn)冷凝 | ||
6 | 室內(nèi) | 常常干燥 | 建筑物內(nèi)部 | 部分冷凝 |
7 | 經(jīng)常濕潤 | 大部分冷凝 | ||
8 | 與淡水接觸 | 不含鹽的水 | 飲用水或非飲用水 | |
9 | 海水 | 浸泡區(qū) | 海水或其它鹽水 | 長期浸泡 |
10 | 飛濺區(qū) | 暴露于海風和海水中的漂浮的或擋潮結構,常遭受鹽霧腐蝕 |
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