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【涂層制備】耐蝕涂層

發(fā)布時間：

2019-12-12 16:50

來源：

熱噴涂涂層技術(shù)可以作為在腐蝕環(huán)境下工作的機器零部件的防護技術(shù)，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(shù)制備Al、Zn及其合金防腐涂層的應(yīng)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(jié)構(gòu)、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(yīng)用。目前，電弧噴涂技術(shù)是國內(nèi)發(fā)展最快、普及程度最高的熱噴涂技術(shù)之一。

1．電弧噴涂Al及其合金的參數(shù)設(shè)置

采用美國Praxair公司生產(chǎn)的BP400型電弧噴涂設(shè)備噴涂Al及其合金的基本參數(shù)設(shè)置如表所示。

BP400電弧噴涂Al及其合金的參數(shù)設(shè)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(shè)置

采用美國Praxair公司生產(chǎn)的BP400型電弧噴涂設(shè)備噴涂Zn及其合金的基本參數(shù)設(shè)置如表所示。

BP400電弧噴涂Zn及其合金的參數(shù)設(shè)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(fēng)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(yīng)具有以下特性：
（1）足夠的滲透性；
（2）耐化學(xué)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(yīng)首先采用蝕洗涂料（通常用磷酸）進行封孔前預(yù)處理，在表面形成一層復(fù)合磷酸鹽薄膜，該薄膜有助于封孔劑的粘結(jié)。
試驗結(jié)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(yīng)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(xué)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
f	1-象牙色Plasite 7155
g	1-透明Plasite 7155
g	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(yīng)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(yù)期效果	涂層選擇
腐蝕環(huán)境		預(yù)期效果	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
	海水	無污染的	--	6Al/h
	高溫	-538℃	--	7Al/sa
	軟水	成本最低	10Zn	3Al/vc
		成本最低	3Zn/vc
		承受嚴重腐蝕	--	3Al/vc
		承受嚴重腐蝕	--	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
表面控制	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(guān)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(yīng)的工作環(huán)境為9號環(huán)境；其次，環(huán)境9所對應(yīng)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(yù)期目的。

環(huán)境編號	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(fēng)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(fēng)和海水中的漂浮的或擋潮結(jié)構(gòu)，常遭受鹽霧腐蝕

熱噴涂與再制造材料-設(shè)備-工藝-解決方案

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