金属方面的热喷涂技术介绍

现在热喷涂技术的应用可以说是相当的广泛地,本文主要是介绍下涂层技术在金属方面的应用。
金属热喷涂是利用某种形式的热源将金属喷涂材料加热,使之形成熔融状态的微粒,这些微粒在动力的作用下,以一定的速度冲击并沉附在基体表面上,形成具有一定特性的金属涂层。水工钢结构件等基体材料的表面,经过热喷涂技术处理,得到了耐腐蚀、耐磨蚀的金属保护涂层,从而增强水工钢结构件耐腐、耐磨的性能。
可用于金属喷涂的材料较多如锌、不锈钢等。其中不锈钢涂层具有耐磨损及保护周期长等特点;锌涂层不仅具有覆盖、耐腐蚀作用,更重要的是具有阴极保护功能(原电池原理)。它们是水工钢结构防腐喷涂的重要材料,因此得到广泛应用。
随着国家南水北调工程的实施,水工钢结构的使用将会迅速增加,研究开发一种新型的水工钢结构防腐技术,对降低工程造价、延长工程寿命十分重要。为此,将上述两种金属涂层各有的优势互补,在同一工件基体上叠加喷涂,先用锌涂层作为底层,再用不锈钢涂层作为面层,zui终形成阶梯涂层,运用到水工钢结构中,经过大量研究与试验获得了既经济、又满意的防腐效果。
一、热喷涂金属阶梯涂层工艺流程 1钢结构表面处理:热喷涂金属阶梯涂层防腐工艺的除锈打糙和喷锌、喷不锈钢涂层一样,首先由空压机提供喷砂动力。在压缩空气的作用下,将经过筛选的带有棱角的石英砂经过砂桶、胶管砂气混合后,高速冲击工件表面,除去了基体表面的锈等氧化物达到使基体表面凹凸不平的目的。
2热喷涂锌:主要设备有:压缩空气系统,氧气、乙炔系统,金属气喷枪及胶管等设备。其原理是:以喷枪中的压缩空气为原动力,在驱动装置推动下,锌丝通过喷嘴,在氧-乙炔焰的加热下,成为熔融体,借压缩空气使之雾化成微粒并喷射到工件上,形成热喷涂锌保护层。由于喷砂后的基体表面凹凸不平散热收缩后的金属涂层能牢固地附在工件表面。
3喷涂不锈钢:主要设备同喷锌,但金属气喷枪应选用中速枪,一般在高速枪基础上改进,更换部分零配件即可使用。工作原理同上,只是锌、不锈钢两者熔点不同,故应调整好氧-乙炔焰的用量。
4涂装环氧云铁,封闭底漆,涂装ac-5氯化橡胶铝粉面漆。涂装方法:采用手工刷涂结合空气喷涂方法。要求无刷痕、无起泡、无流挂、无漏喷,外观呈银灰色,整洁,匀称一致。
二、应用 2002年4月,江苏省三河闸钢结构防腐公司在国家重点工程淮河入海水道滨海枢纽立交地涵水工钢结构防腐中应用了该技术。
1选材 根据设计要求,锌丝使用的是上海生产的3mm,纯度为99。99%,熔点为420℃。外观色鲜亮,圆度匀,表面无毛刺,无划痕,无氧化皮。塑料纸、布条双层外包装完好。
不锈钢丝使用的是上海生产的2mm的铁素体不锈钢丝。其主要成分是:铬(cr)含量18%,镍(ni)9。0%,锰(mn)1。25%,熔点为1200o℃。外观无划痕、毛刺、无氧化皮、外包装完好。
2主要技术控制 (1)金属气喷枪:喷锌选用高速枪,喷枪嘴为3。2mm,空气帽用6。5mm,喷不锈钢时选用中速枪,喷枪嘴为2。2mm,空气帽为6。0mm,应更换蜗轮蜗杆。
(2)氧气压力和乙炔压力调整:因锌与不锈钢熔点不同,喷涂时氧—乙炔用量应作相应调整,喷锌时氧气压力为5~6kg/cm2,乙炔压力为0。8~1。2kg/cm2,火焰调整为中性或偏碳化,使锌丝在喷枪口被火焰熔融形成锥形雾束喷射到闸门上;喷不锈钢时氧气压力6~8kg/cm2,乙炔压力1。4~1。5kg/cm2,使不锈钢丝在喷枪口被氧—乙炔火焰熔化后,形成锥形微粒束,喷射到钢闸门上。
(3)进丝速度控制:由于锌丝熔点较低,使用高速喷枪,进丝速度调整为3~4m/min;不锈钢丝熔点较高,使用中速喷枪,进丝速度调整为2~3m/min。
(4)喷射距离与角度掌握:这两个参数直接影响喷涂质量紧密度,经过对比,喷锌距离取15~20cm,喷不锈钢距离取20~30cm;喷锌在平面部位角度取10°~30°,在一些困难的地方也可以放到40°。喷不锈钢取10°~20°,这样就避免了因角度过大而导致喷涂层结构松散、脱落现象的发生。
3喷涂效果 阶梯涂层底层——锌层颗粒较细,涂层均匀,孔隙小,密实性好,锌层厚度达到设计要求,由于锌层的厚度仅为原来的一半,附着力强,不锈钢涂层覆盖其上,呈灰黑色,颗粒较粗,孔隙大,但坚硬、耐磨,因叠加喷涂厚度仅是原来的一半,故附着力也好,对锌层有很好的保护作用,再采用环氧云铁涂料封闭,用氯化橡胶铝粉漆作面漆,防水、防渗性能好。经*上海勘测设计院和江苏省质量检测中心对各道工序分别检测,热喷涂金属阶梯涂层质量优良,满足设计要求。
三、与常用喷涂技术的对比及试验 1质量对比 (1)喷锌 三河闸钢结构防腐公司自1975年成立以来,其钢结构喷锌防腐工艺多次获奖,*在长江葛洲坝、甘肃碧口电站、塞内加尔国家体育中心等数十个国内外重大工程承接钢结构喷锌防腐工程,几十年成功的施工经验证明水工钢结构喷锌防腐工艺的保护周期为15年左右,它的优点是防腐性能可*稳定,效果良好,防渗透性强,缺点是表面硬度较差,耐磨性不足,抗破坏性弱。
(2)喷涂不锈钢 根据国内外有关资料显示,不锈钢的喷涂层保护周期为45年左右,其优点是硬度高,耐磨性好,强度大,抗破坏性良好,缺点是喷涂防腐效果较差、易锈蚀、无阴极保护功能,表面粗糙、渗水性强,覆盖密实性差,易剥落。
(3)热喷涂金属阶梯涂层 该工艺是逐步发展起来的防腐新技术,但在水下水工钢结构防腐中尚未被广泛应用,为检验这种新技术的防腐效果,做了一个试验: 将采用喷锌(a)板、喷不锈钢(b)板和金属阶梯涂层防腐的(c)板三块钢结构试板(a板喷锌厚度160μm,b板喷不锈钢厚度160μmc板喷锌厚度80μm、喷不锈钢厚度亦80μm)同时浸入水中,数天后取出。
结果,a板表面基本无变化,用小锤轻轻击打,锌层受撞击、摩擦变形、移位,表面受击部位裸露。
b板表面基本锈蚀,锈水从不锈钢表层的粗糙裂缝中渗出(因其未磨光,在水工钢结构防腐中不可能磨光,否则不但施工困难且造价将数倍上涨),用小锤轻轻击打不锈钢表层,受击部分锈斑剥落,可见该工艺由于涂层孔隙大,透水性强,钢结构表面仍与水接触而锈蚀,故无法满足水工钢结构水下防腐的需要。
c板表面,完好如初,无锈蚀,用小锤轻轻击打不锈钢表层无磨损、剥落,不变形。由此可见,热喷涂金属阶梯涂层防腐效果良好。
2经济效益对比 单独选用喷涂不锈钢工艺防腐,初始投资成本较之选用喷锌高,其不锈钢涂层坚硬、耐摩擦,保护周期可达45年之久,但对水工钢结构水下工程防腐并不适用。
单独选用喷锌工艺防腐,虽然初始投资较之比选用不锈钢和热喷涂金属阶梯涂层防腐工艺低,但锌层耐磨性能差,保护周期仅15年,特别是闸门水线附近等一些经常受摩擦、冲刷部位,锌层保护周期将更短,45年需重复喷涂3次以上,工程寿命周期成本随之增高。
热喷涂金属阶梯涂层防腐技术,涂层耐磨损,外观整洁,覆盖均匀、密实,保护周期长,防腐性能好,抗破坏性强,不需组织二次施工,显著降低了工程寿命周期成本。是的水工钢结构防腐技术。
我国江河湖泊众多,海岸线较长、水利工程较多,同时南水北调等工程亦将修建大量的水工建筑物,水工钢结构防腐工作面广量大。水工钢闸门各部分运行过程中,在水上、水下、水线受腐蚀与破坏程度均不一样,磨损程度不一,闸门滚轮、轨道等埋件受滚轮摩擦,保护层极易损坏。热喷涂金属阶梯涂层防腐技术经济、实用,又能达到预期的效果,故应大力推广使用。
由徐州正菱涂装有限公司(zenithcoat)发明的该金属表面腐蚀防护的复合涂层,在金属表面紧密结合覆盖有由底层、中间层和外层组成的复合涂层,复合涂层的底层是热喷涂金属层、中间层为环氧粉末涂料喷塑层、外层为热固性粉末涂料喷塑层。粉末涂料不含溶剂,具有近100%的利用率,、环保、节能、经济,其涂层具有优异的物理机械性能和耐候抗腐蚀性能,近20年来在世界范围内取得了迅猛的发展。目前采用含有片状材料的环氧树脂粉末涂料,作热喷涂金属涂层的封闭层,同时又采用具有装饰,和防护作用热固性粉末涂料作外层的技术设计,还未见有公开的报导。该复合涂层的有效效果是:热喷涂金属层具有良好的防腐保护能力,可根据金属基材的防护需要,选择单一金属热喷涂层、两种或多种金属的合金层、多种金属单一热喷涂层的叠加复合涂层,充分利用活性金属的阳极保护作用或各种金属合金的优异抗腐蚀防护性能。
采用涂层技术对金属表面进行腐蚀防护的方法由来已久,如各类镀层、金属热喷涂涂层、有机涂料涂层等,都取得了较好的防护效果。与铁比锌、钼等都是活性很强的金属,采用热喷涂锌、钼或其合金形成金属涂层可对铜铁金属形成良好的保护,但由于金属热喷涂形成的金属涂层,是由熔化金属雾化成4~40μm的微粒而黏附于铜铁基材的表面上,涂层结构较疏松,腐蚀介质可以很轻易地渗透浸入到钢铁基材、形成腐蚀,其表面必须采用封闭涂料进行封闭处理。目前封闭材料一般采用液体涂料或各类油漆,在实际应用中尤其在恶劣腐蚀环境下,许多采用上述工艺加工的钢铁构件,腐蚀介质仍能较快地穿透其外封闭层而侵蚀到金属基材,另外液体涂料或各类油漆也都有或多或少的环境污染,其施工成本高,涂层质量也不易保证。该成果由正菱涂装陆东方、袁健、晁兵研制,其效果还有:采用黏度较低且填加一些片状材料的环氧粉末涂料做封闭层,在加热固化时,熔融的粉末涂料可以快速浸渗到热喷涂层的空隙中时,获得良好的封闭效果。
另据专家介绍,该材料中的片状材料(如惰性的云母粉、片状氧化物盐填料及活性片状金属材料如锌片、铝片及其他合金片)不仅提高了涂层的密实度,更能起到优异的屏蔽作用,阻止甚至阻断腐蚀介质的线路,采用活性金属片时,还可以消耗腐蚀介质并能利用腐蚀产物进一步阻隔腐蚀介质的渗透;外层可以根据防护需要,采用装饰性或功能性的热固性粉末涂料涂层,添加的紫外线吸收剂、抗氧剂、聚四氯乙烯、玻璃纤维、片状颜填料、纳米材料分别能起到耐日光照射、抗老化、增硬耐磨、耐腐蚀或涂层自洁的作用,让外涂层具有优异的物理机械性能和耐候抗老化性能,实现装饰与防护的统一。 徐州正菱涂装有限公司系*,采用、设备、测试仪器按标准,主要从事静电粉末涂料的生产制造和销售,产品有纯环氧、环氧聚酯混合型、户外纯聚酯、铝合金、高速公路、金属等*系列粉末及涂装产品加工。广泛应用于各种金属,电器,机箱,金属柜上。在高速公路护栏上应用尤其出色。
冷喷涂防腐是一项革命性技术,借助这项技术可直接、就地在镁合金上生成厚的铝镀膜达到降低或排除常见或电腐蚀造成的危害。这项技术有望克服原有镁合金防腐技术的缺点,从而有助于将镁用于汽车的外部元件。
冷喷涂是一项崭露头角的固态工艺。该方法可将以超声加速的固体颗粒的动能在撞击到镀件表面时转变为热能,从而完成冶金焊接。该工艺的原理是:每种金属均有其特定的、与温度相关的临界颗粒速度,当颗粒运动超过这一速度时即会焊接于镀件之上。
在传统的热喷涂工艺中,由于温度较高,镀层与镀件材料均会被氧化、产生冶金形变和剩余张应力。反之,冷喷涂工艺制成的镀膜,孔隙度很低(<0.5%),而且防氧化、防相变,对多种金属、金属陶瓷或其他材料组合均可减少张应力。
在高压冷喷涂技术中,高压氦或氮(350~450磅/平方英寸)用作载气,可将喷涂材料加速到超声速度。气体被加热并强制通过一个聚焦-发散喷头(de laval),该处被加速至超声速度(大于1000米/秒)。喷涂颗粒在喷头上游方被沿轴向注入。
在低压冷喷涂技术中,氮或空气被加压至70~15磅/平方英寸,而喷涂粉末在喷头的发散部位的下游方沿径向注入。低压冷喷涂系统是手提式的、运作更经济,颗粒速度可达800米/秒。便携式冷喷涂机可用于铝、铜、锌及其他金属组合的喷涂。便于携带特性使低压冷喷涂机更适用于野外保养和修复。
冷喷涂技术是在镁合金表面上生成厚的铝镀膜的一种有效方法,该方法对表面制备要求不高,而且对镀件的力学或热学特性无需顾及。铝镀膜表现出对镁元件具有防止各种以及电腐蚀的能力。很多时候,仅在钢紧固件周围需要进行电池腐蚀保护,而冷喷涂恰恰是一种对暴露镁表面进行局部保护的创新技术。
但是,为了了解和改善冷喷涂工艺有必要进行更充分的研究,尤其是对于多种材料组合以及冷喷涂工艺本身的不断发展创新,以及更佳的利用材料于未来技术,还需要进行大量的研究工作。

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