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【涂層制備】耐蝕涂層

【涂層制備】耐蝕涂層

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發布時間:
2019/12/12 16:50
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【摘要】:



熱噴涂涂層技術可以作為在腐蝕環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境千變萬化,包括干燥大氣、海洋大氣、城市大氣、工業大氣、土壤環境、淡水環境、海水環境、腐蝕性氣體、腐蝕性液體等,在不同的腐蝕環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發展最快、普及程度最高的熱噴涂技術之一。 

1.電弧噴涂Al及其合金的參數設置

采用美國Praxair公司生產的BP400型電弧噴涂設備噴涂Al及其合金的基本參數設置如表所示。

BP400電弧噴涂Al及其合金的參數設置

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及其合金的參數設置

采用美國Praxair公司生產的BP400型電弧噴涂設備噴涂Zn及其合金的基本參數設置如表所示。

BP400電弧噴涂Zn及其合金的參數設置

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范圍內的環境,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、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、改進型環氧酚醛和聚胺酯等。 
針對不同的環境使用溫度,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、淡水及大多數的酸和堿,而且常常用作食品和化學工業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前面的數字代表該涂層的厚度,單位為密耳,如數字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


腐蝕環境

預期效果

涂層選擇

Zn

Al

大氣腐蝕

鄉村大氣

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

 

根據不同環境的特性,又可將各種環境細分為如表所示的10種環境。根據工作環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前面的數字代表該涂層的厚度,單位為密耳,如數字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。

根據下表,就可確定相關零件在各類環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境是長期浸泡在海水中,其相對應的工作環境為9號環境;其次,環境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。


環境編號

分類

具體描述

1

室外暴露表面

無腐蝕內陸

雨淋表面

遭受輕微酸、堿、鹽、SO2腐蝕的表面

2

腐蝕內陸

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,通風較差并出現冷凝

6

室內

常常干燥

建筑物內部

部分冷凝

7

經常濕潤

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

海水或其它鹽水

長期浸泡

10

飛濺區

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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