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          江蘇悅澤環保設備有限公司

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          配重塊涂裝設備:熱噴涂線材

          2021-03-09

          鋼結構表面噴鋁噴鋅防腐的原理   


              一、鋼結構噴鋁噴鋅防腐的原理

                  鋼結構噴鋁噴鋅防腐技術中尤以電弧噴涂應用普遍,其應用前景也更為廣泛。電弧噴涂防腐原理是利用電弧噴涂設備,對兩根帶電的金屬絲(如鋅、鋁等)進行加熱、熔融、霧化、噴涂形成防腐涂層,外加有機封閉涂層的長效防腐復合涂層,該涂層的顯著特點是:

                  具有較長久的耐腐蝕壽命其防腐壽命可達到50年以上同時該防腐涂層在30年使用期內無須其它任何防腐維護;30年以后的維護,僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料;無須重新噴涂,實現一次防腐,涂層經久有效。

                  電弧噴涂層與金屬基體具有優良的涂層結合力(可達10Mp以上),金屬噴涂層以機械鑲嵌和微冶金與基體金屬相結合,在輕微的彎曲、沖擊或碰撞下也能確保防腐涂層不脫落、不起皮、結合牢固、防腐長久有效,這一點是其它任何表面防腐涂層無法達到的。

                  鋼結構噴鋁噴鋅防腐涂層原理為陰極保護,在腐蝕環境下,即使防腐涂層局部破損,仍具有犧牲自己保護鋼鐵基體之效果。涂層(陽極)與鋼鐵基體(陰極)的面積比≥1;而富鋅涂料的陽極與陰極比都<1,其保護效果和結合力也遠遠低于電弧噴涂防腐涂層。


               二、鋼結構噴鋁噴鋅防腐的技術優勢

                  電弧噴涂同火焰噴涂相比,由于采用了電能代替氣體燃燒,大大提高了工作效率和工作安全性,特別是電弧噴涂機械化設備的出現,電弧噴涂技術已完全可以滿足橋梁建設工期的需要,且電弧溫度遠高于火焰,涂層結合力也遠大于火焰噴涂,因此涂層質量也完全可以滿足長效防腐的需要。美國由于人工費用高,使用電弧噴涂防腐施工的費用甚至低于重防腐油漆。經過幾十年的考驗證明,噴涂技術是鋼鐵結構長效防腐的好方法,這個結論已經得到世界許多國家的政府部門和工程界的認可。

               三、鋼結構噴鋁噴鋅防腐的施工工藝

                  一般電弧噴涂設備由整流電源、控制裝置、噴槍、金屬絲盤架或送絲裝置、壓縮空氣供給系統等組成。金屬絲盤架和壓縮空氣供給系統與線材火焰噴涂相同。電弧噴鋅、噴鋁工藝參數除與噴涂材料有很大關系外,還取決于使用的設備和生產效率的要求。


              鋼結構噴鋁噴鋅防在國內的應用電弧噴涂長效防腐技術于20世紀90年代起,金屬噴涂技術中尤以電弧噴涂應用普遍,其應用前景也更為廣泛。

               四、鋼結構噴鋁噴鋅防腐的應用

                  先后在煤礦、鐵道、水利、港口碼頭、冶金、機械、廣播電視、電力、消防等領域得到廣泛應用,如寶山鋼鐵集團馬跡山港碼頭鋼樁、上海磁懸浮快速列車軌道功能件、長江三峽水利樞紐工程、武漢軍山長江大橋鋼箱梁及橋面等國家重點建設項目以及淳安千島湖南浦大橋、長江黃柏河大橋、下牢溪大橋、廣州機場三元里立交橋、徐連高速公路邳州運河大橋等鋼結構橋梁均采用了電弧噴涂長效防腐技術進行了腐蝕防護,并取得很好的防腐效果。我國已完全有能力采用電弧噴涂長效防腐技術解決國家大型鋼橋梁的腐蝕防護問題。

                  橋梁鋼結構的重防腐技術至今,逐漸形成了兩大發展趨勢,一是發展迅速的以無機富鋅涂料為基底的重防腐體系,配重塊涂裝設備二是較為成熟的以金屬噴涂層作為基底的重防腐體系,這兩種體系由于具有優良的防腐性能和環境適應性受到各類型鋼結構橋梁防腐的關注。在未來的幾十年將為國家節約大量的鋼橋防腐維護費用,減少環境污染,延長鋼橋的使用壽命,產生巨大的經濟效益和社會效益。

          配重塊涂裝設備

            鋅、鋁、鋅鋁合金及低熔點合金絲

                  鋅絲和鋁絲是常見的也是用量大的純金屬噴涂絲材,主要用于對橋梁、井架、發射塔、艦船、港口、水利設施和運輸管道等大型鋼鐵結構件進行腐蝕防護。它們對鋼鐵材料的保護機理主要有兩個:一是具有與涂料涂裝防腐機理類似的阻擋腐蝕介質的隔離作用;二是具有通過涂層材料的有效防護實現陰極的(即鋼鐵構件)保護作用。這是因為鋅、鋁的電極電位比鋼鐵要低,在有電解質時對鋼鐵材料呈陽極,使鋼鐵構件受到陰極保護而不被腐蝕。

                  在Zn中添加Al,能提高涂層的耐蝕性能。目前,在國內已實現了ZnAl合金絲的批量生產,常見的牌號為ZnAl15合金絲。北京有色金屬研究總院已實現了Al含量更高的ZnAl20合金絲的批量生產。另外,AlMg合金絲以及稀土Al合金絲也逐步成為國內相關材料研制單位的熱點研究項目。

                  錫基合金中較常使用的是錫基巴氏合金(SnSbCu合金)絲,它主要被用來修復滑動軸承的軸瓦。

           

             鐵基合金絲

                  Fe基噴涂絲材中應用較多的是碳鋼絲、不銹鋼絲和耐熱鐵合金絲。

                  碳鋼絲按碳含量的多少又可分成低、中和高碳鋼絲三類。由低、中碳鋼絲制備的涂層,易于切削,可用于超差零件的尺寸恢復;高碳鋼絲則可用于軸類等零件表面的耐磨涂層的制備。


                  不銹鋼是指具有抵抗大氣、酸、堿、鹽等腐蝕作用的合金鋼的總稱,按其金相組織可分為五類:即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。其中,馬氏體(如Cr13型)型不銹鋼絲和奧氏體(如18-8型)不銹鋼絲是兩類較為常用的噴涂絲材。前者可用作各種軸類件上的軸承位、柱塞和套筒等零件的耐磨涂層;后者由于具有比前者好很多的耐腐蝕性能,因而被更多地用在工作環境中存在腐蝕介質的零件的表面。如造紙烘缸、泵殼、閥門以及各類化工儲罐等。 

              

                  FeCrAl合金是良好的高溫電阻材料,具有很好的抗高溫氧化性能,其合金絲也被作為噴涂材料噴到鋼鐵上形成抗高溫氧化涂層。該種材料早期曾在燃煤電廠鍋爐受熱面管道的涂層防護中得到較多的應用,近幾年已逐漸被抗高溫、耐腐蝕性能更好的鎳鉻合金所取代。

           

             銅與銅合金絲

                  銅絲主要用作電器開關和電子元件的導電涂層以及塑像、工藝品水泥等建筑表面的裝飾涂層。

                  銅合金中的黃銅主要用于修復磨損及加工超差零件,也可作為裝飾涂層使用。在黃銅中添加1%(質量分數)左右的錫,可改善黃銅的耐海水腐蝕性能,故被稱為海軍黃銅,大量用在與海水接觸的活塞、軸套和氣閥上。


                  鋁青銅的強度比一般黃銅高一倍,因而具有很好的腐蝕疲勞性能和耐磨性能,主要用在水泵葉片、閥門和軸瓦上,也可用來修復青銅鑄件及作裝飾涂層。

                  磷青銅和白銅呈美麗的淡黃色和白色,主要被用作裝飾涂層。

                  良好的高溫電阻材料,具有很好的抗高溫氧化性能,其合金絲也被作為噴涂材料噴到鋼鐵上形成抗高溫氧化涂層。該種材料早期曾在燃煤電廠鍋爐受熱面管道的涂層防護中得到較多的應用,近幾年已逐漸被抗高溫、耐腐蝕性能更好的鎳鉻合金所取代。

           

             鎳與鎳合金絲            

                  NiCr合金絲是獲得應用的Ni基合金絲材,作為高溫電阻材料,這類合金具有很好的抗高溫氧化性能。早期使用的NiCr合金主要是Ni80Cr20系列,隨后又出現了Ni70Cr30系列。目前,由北京有色金屬研究總院研制成功的Wcr在43%~45%之間的高鉻鎳基合金絲材PS45,已實現產業化生產,并在國內獲得廣泛應用,同時已有部分產品出口至美國和日本等國家。非常高的鉻含量使得由該種合金絲材制備的涂層在高溫環境下能發生選擇性氧化,在涂層表面形成一層連續且致密的Cr203保護膜,從而有利于阻止外界腐蝕介質的侵入和涂層內金屬離子的向外擴散。另外,試驗表明,該種涂層材料還具有抗硫化物(包括SO2、H2S以及硫酸鹽等)腐蝕性能,使其非常適用于火力電廠鍋爐以及有著類似工況的零部件的預防護。


                   NiAl合金絲是另外一種得到廣泛應用的鎳基合金絲材(見圖3)。這種主要作為電弧噴涂結合底層材料使用的合金絲材也是由北京有色金屬研究總院率先研制成功的(該項目榮獲北京市科技進步二等獎)。該種絲材的名義成分為Ni95Al5。由其制備的涂層的結合強度可達55MPa以上,是噴涂各種軸類件、柱塞、造紙烘缸以及在金屬基體上制備陶瓷涂層時必不可少的底層材料。蒙乃爾(NiCu)合金因具有較好的耐蝕性也是被較多使用的一種Ni基合金材料。其耐蝕性能,在還原氣氛中比鎳好,在氧化氣氛中優于銅,在許多介質中都表現出比不銹鋼更突出的耐蝕性能。

           

             復合噴涂絲材

                  復合噴涂絲是指用機械方法將兩種或兩種以上的材料復合壓實制成的噴涂材料,現在又被稱為粉芯絲材或管狀絲材。

                  國內出現的復合噴涂絲是由北京有色金屬研究總院研制成功的火焰噴涂結合底層材料——NiAl復合絲。它是采用粉/管復合法,將一定配比的Ni粉和Al粉裝入鋁管之中,再通過適當的減徑變形手段以及特殊的接頭工藝制成了可供連續噴涂使用的Ф3mm(或3.175ram)的絲材。該種復合絲是增效型復合噴涂材料的典型代表。在噴涂過程中,Ni和Al發生化合反應形成NiAl和Ni3Al化合物,分別放出142.8J和157.92J的熱量,從而使涂層可與很多金屬形成十分牢固的“微冶金”結合。與早期作為結合底層材料使用的鉬絲相比,由NiAl復合絲制備的涂層具有更高的使用溫度(前者為430℃,后者可達870℃)。同時,從材料成本角度考慮,后者也要比前者經濟得多。另外,由NiAl復合絲制備的涂層中因含有Ni3A1等化學性能穩定、高溫強度好的金屬間化合物而也可直接被作為耐高溫氧化、磨損的工作層使用。


                  現在使用更多的是另外一類采用粉/皮復合法制成的復合絲,即將粉末填料添加到作為包覆用的金屬或合金帶中(一股為碳鋼帶),經過卷曲、拉拔等工藝制成的復合噴涂絲。該種工藝具有粉末組元調節方便、生產周期短、效率高的優點,既適于多品種、小批量的開發目的,也可用于大批量的定型生產。目前,該種復合絲中的粉末填料多為陶瓷、金屬陶瓷(如TiB2/NiAl復合絲(粉/管法)和耐磨復合絲(粉/皮法)Al203NiCR-Cr3C2Fe(Cr)3B)等硬質耐磨粉末,同時添加少量的如Ni、Al等合金元素,有利于提高結合強度。由于這類絲材制備的涂層呈軟基體中包含硬質相的結構,因而具有較好的耐磨粒磨損性能,適合作為耐沖刷涂層使用。這類復合絲材的出現是對實芯合金絲材的一個有力補充,解決了部分材料不能采用傳統的塑性加工工藝制備成絲材的難題。目前。這類絲材已在燃煤電廠循環流化床鍋爐受熱面管道、風機葉輪等部件的耐磨防護上得到了廣泛的應用。


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