【涂层制备】耐蚀涂层




热喷涂涂层技术可以作为在腐蚀环境下工作的机器零部件的防护技术,但由于零部件所处的腐蚀环境千变万化,包括干燥大气、海洋大气、城市大气、工业大气、土壤环境、淡水环境、海水环境、腐蚀性气体、腐蚀性液体等,在不同的腐蚀环境中需要选择最合适的热喷涂工艺和涂层材料来满足其防护要求。其中,采用电弧喷涂技术制备Al、Zn及其合金防腐涂层的应用最为广泛,特别是防止铁和钢在空气、淡水或盐水中的腐蚀非常有效,已在钢架结构、桥梁、输电塔、海洋工程、煤矿井筒、罐体内壁、船体、热电厂锅炉“四管”等方面获得成功应用。目前,电弧喷涂技术是国内发展最快、普及程度最高的热喷涂技术之一。 

1.电弧喷涂Al及其合金的参数设置

采用美国Praxair公司生产的BP400型电弧喷涂设备喷涂Al及其合金的基本参数设置如表所示。

BP400电弧喷涂Al及其合金的参数设置

电压(V)

电流(A)

喷涂效率(磅/小时)

 

100

6

28-32

240

13

 

360

19

2.电弧喷涂Zn及其合金的参数设置

采用美国Praxair公司生产的BP400型电弧喷涂设备喷涂Zn及其合金的基本参数设置如表所示。

BP400电弧喷涂Zn及其合金的参数设置

电压(V)

电流(A)

喷涂效率(磅/小时)

 

100

24

22-26

240

50

 

360

73

 

喷涂Zn涂层具有耐酸性较弱,适用于pH为6-12范围内的环境,如果工件处于酸性条件,选择铝涂层耐蚀性能更好。 
在喷涂Zn涂层时,需要注意的是,锌烟雾是有毒的,一定要保证有良好的通风条件,同时要特别注意呼吸系统的防护。 
3.耐蚀涂层封孔处理 
由于热喷涂涂层总具有一定的孔隙,孔隙率形态、大小及其分布状况随热喷涂工艺及喷涂材料的不同而存在差别,其分布可从小于1%到大于15%不等,这些孔隙可能互相联接,且从涂层表面到基体均具有孔隙特性,但是,当涂层厚度满足一定要求时,孔隙不会贯穿整个涂层而侵蚀到基体。为了防止或阻止在涂层/基体界面处发生的腐蚀,并延长涂层的使用寿命,常对耐蚀涂层进行封孔处理,以填充这种孔隙。 
作为耐蚀涂层封孔处理的材料,应具有以下特性: 
(1)足够的渗透性; 
(2)耐化学或溶剂作用; 
(3)一定的机械性能; 
(4)一定的耐温性; 
(5)不影响涂层或基体的性能; 
(6)使用安全。 
实际操作时,在热喷涂之后,涂层应首先采用蚀洗涂料(通常用磷酸)进行封孔前预处理,在表面形成一层复合磷酸盐薄膜,该薄膜有助于封孔剂的粘结。 
试验结果表明,在钢铁基体上采用低粘性封孔剂进行封孔处理,可以提高铝、锌涂层的防腐蚀性能。这些封孔剂包括:乙烯树脂、硅酮树脂、酚醛、改进型环氧酚醛和聚胺酯等。 
针对不同的环境使用温度,应选择不同的封孔剂,其中,乙烯树脂的最高使用温度为65℃;酚醛树脂的使用温度为150-260℃;用铝做颜料的硅酮树脂封孔剂的使用温度可达480℃,主要用于排气管、消声器等零件的封孔处理;含有铝的煤焦油封孔剂的使用温度可高达870-980℃,主要用于在该温度下工作的铝和镍铬类涂层的封孔处理。
石蜡作为封孔剂使用时,不仅能耐海水、淡水及大多数的酸和碱,而且常常用作食品和化学工业机械零件表面涂层的封孔与润滑,以解决存在的污染问题。常用的封孔剂如表所示。


常用封孔剂

封孔剂代码

说明

Praxair-TAFA公司牌号

a

专有封孔剂

P7

b

蚀洗涂料

4526

ct

煤焦油环氧树脂

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氧化锡

 

p

油漆

 

s

硅醇酸树脂(260℃)

4545

sa

铝硅树脂(538℃)

4503

vc

乙烯树脂聚合物

4550-4556

 

为了保证良好的渗透性,在进行封孔处理前,应对封孔剂进行稀释处理,并采用真空浸渗封孔方法,该法可利用真空环境,将涂层孔隙中的空气抽出,并利用毛细作用将封孔剂引进抽空的涂层孔隙中,从而增强涂层的耐蚀效果。

4.耐蚀涂层的选择 
采用电弧喷涂Al、Zn涂层进行防腐处理时,比较简单扼要的涂层选择方案可参见表所示。在表涂层选择一栏中,Al、Zn前面的数字代表该涂层的厚度,单位为密耳,如数字3代表该涂层厚度为3密耳,即0.003英吋(75μm);Al、Zn后面的字母代表该涂层所需要的封孔处理方法。

防腐涂层简明选择表


腐蚀环境

预期效果

涂层选择

Zn

Al

大气腐蚀

乡村大气

成本最低

3Zn

3Al

寿命最长

3Zn/vc

3Al/vc

外观漂亮寿命长

3Zn/vc

3Al/vc

工业大气

成本最低

3Zn

3Al

寿命最长

3Zn/vc

3Al/vc

外观漂亮寿命长

--

3Al/vc

海边及盐雾环境

成本最低

3Zn/vc

3Al/vc

寿命最长

6Zn/vc

6Al/vc

外观漂亮寿命长

6Zn/vc

6Al/vc

高温

<260℃

--

7Al/s

<538℃

--

7Al/sa

>538℃

--

7Al

浸泡腐蚀

化工

唯一选择

--

6Al/f

食品

唯一选择

--

6Al/g

海水

污染的

--

6Al/vc

无污染的

--

6Al/h

高温

-538℃

--

7Al/sa

软水

成本最低

10Zn

3Al/vc

3Zn/vc

 

承受严重腐蚀

--

3Al/vc

--

3Al/g

寿命最长

3Zn/vc(pH7)

3Al/vc(pH7)

饮用水

 

10Zn

--

表面控制

藻类生长

防止生长

50Cu/Al

贝类附着

防止生长

50CuNi/Al

 

根据不同环境的特性,又可将各种环境细分为如表所示的10种环境。根据工作环境状况及所期望的第一次维护涂层时所需的寿命要求,就可根据下表来确定耐蚀涂层选择方案。其中,在涂层选择一栏中,Al、Zn前面的数字代表该涂层的厚度,单位为密耳,如数字3代表该涂层厚度为3密耳,即0.003英吋(75μm);Al、Zn后面的字母代表该涂层所需要的封孔处理方法。

根据下表,就可确定相关零件在各类环境条件下的防腐涂层体系。例如,在海湾工作的钢制信号浮标,不采用长效防腐处理时,经常需要清洗和重先涂漆,工作量很大,希望寻找一种长效防腐方法来达到维护次数尽可能少、使用寿命尽可能长的目的。在该条件下,涂层体系选择过程如下:首先,由于钢制浮标的工作环境是长期浸泡在海水中,其相对应的工作环境为9号环境;其次,环境9所对应的第一次维护寿命超过20年的涂层方案是6Alvc;第三,可将涂层方案确定为:喷涂6密耳(即0.006英吋,150μm)厚的Al涂层,并在喷涂后采用乙烯树脂聚合物进行封孔处理,即可达到预期目的。


环境编号

分类

具体描述

1

室外暴露表面

无腐蚀内陆

雨淋表面

遭受轻微酸、碱、盐、SO2腐蚀的表面

2

腐蚀内陆

遭受SO2或其它气体腐蚀的表面

3

无腐蚀海边

表面同1,有盐但无盐雾

4

腐蚀海边

表面同2,有盐但无盐雾

5

室外遮蔽表面

同上,不遭受雨淋,通风较差并出现冷凝

6

室内

常常干燥

建筑物内部

部分冷凝

7

经常湿润

大部分冷凝

8

与淡水接触

不含盐的水

饮用水或非饮用水

9

海水

浸泡区

海水或其它盐水

长期浸泡

10

飞溅区

暴露于海风和海水中的漂浮的或挡潮结构,常遭受盐雾腐蚀

 

             

 

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