涂层体系（共7篇）
涂层体系 篇1
随着我国交通运输业的快速发展, 我国桥梁建设取得了明显进步。而桥梁建设过程中防腐工艺也在不断成熟。防腐作为桥梁钢结构设计过程中的一个重点内容, 它的设计历来都是桥梁钢结构设计的重点之一。在现代新形势下, 桥梁钢结构面临的形势也发生了深刻变化, 影响钢结构的因素也越来越多。正因如此, 加强桥梁钢结构防腐涂层的研究具有重要意义。
一、钢结构设计考虑的因素
当前在现代桥梁钢结构制造过程中能够导致钢结构腐蚀变质的因素有很多, 在对现代桥梁钢结构进行防腐设计的时候必须要充分考虑到各种因素对钢结构的影响。从多年的实际经验来看在钢结构设计过程中要高度重视周边环境、防腐寿命以及涂装部位等因素, 要结合工程的实际情况进行有针对性的设计。
(一) 周边环境
周边环境是影响钢结构质量的一个重要因素, 桥梁钢结构大多位于大气区, 在大气区中钢结构容易遭受的腐蚀主要是电化学腐蚀。空气中相对湿度的增加, 污染物的增加以及冷凝的出现都会加剧钢结构的腐蚀, 因而在这样的背景下做防腐设计要充分重视周边环境的影响。
现代桥梁钢结构的设计不仅要考虑气候因素同时还要考虑到局部环境和微环境。局部环境主要指的是钢结构组成部件周围的环境, 而微环境主要指的是结构组件与周围交界的环境, 桥梁内侧以及建筑物的阴阳面是最为典型的微环境, 在设计过程中要充分考虑到这些因素的作用。
(二) 防腐寿命
防腐寿命是设计中需要重点考虑的一个因素, 所谓防腐寿命具体而言就是指涂层保护体系自身的耐久性。影响涂层耐久性的因素有很多, 钢结构设计、表面处理质量、施工条件以及施工标准等都会对耐久性造成影响。在实际工作过程涂层体系按照年限主要可以分为普通型和长效型两类, 普通型的一般是10到15年, 而长效型的则是15到25年。
(三) 涂装部位
在钢结构设计过程中涂装部位不同, 所需要的涂装材料以及涂装工艺也是不同的, 因此在设计过程中需要区别对待不同的涂装部位。通常情况下需要涂装的部位有以下几个位置:外表面;非封闭环境内表面;封闭环境内表面;钢桥面;干湿交替区和水下区;防滑摩擦面以及附属钢构件。这些部位的防腐设计是不同的, 外表面的设计要重点考虑耐候性, 非封闭环境内表面的设计就需要考虑到防腐蚀的要求, 重点是要考虑配置除湿系统等。可见不同位置的设计方法是不同的, 因而设计人员需要采用不同策略来进行设计。
二、桥梁钢结构防腐涂层设计
在现代桥梁钢结构防腐涂层体系设计过程中有两方面的内容非常重要, 一方面是涂层厚度的设计, 另外一方面就是涂层的配套设计。涂层厚度直接影响着防腐效果, 因而设计人员要高度重视涂层厚度的设计。在实际设计过程中要注重两方面:一是适度控制厚度。涂层厚度的设计基本上是按照不同环境以及不同涂层材料的特点来进行确定, 在符合环境的条件下做出合理选择, 涂层厚度的设计要按照提高施工效率和涂层耐久性的原则来进行设计。另一方面是要慎重选择涂层厚度。钢结构涂层厚度的设计往往不是越厚越好, 涂层如果过厚就很容易出现污染环境等问题。一般意义上底漆厚度一般保持在40-80μm, 但是在我国的实际施工过程中底漆厚度通常为75μm或者是80μm。这是我们在设计过程中需要注意的。在施工过程中经常会遇到底漆厚度不够的情况, 此时一般采用中漆来进行弥补。总的来说在设计过程中就是要根据不同位置, 不同环境的要求来进行科学合理的设计, 确定合适的厚度。
涂层配套体系设计是桥梁钢结构设计的重点, 加强对涂层配套体系的研究对于提升桥梁钢结构设计水平具有重要意义。在今后设计过程中需要高度重视涂层配套体系设计。从以往设计经验来看底中面三层长效配套涂层体系是最为常用的设计方案, 因而加强对这种设计方案的研究有重要意义。在这套方案中首先是底漆的设计, 底漆一般用的是富锌漆, 之所以要用这种漆, 是因为富锌漆能够起到良好的电化学保护功能, 对于钢结构防腐十分有益;对于中间漆一般选用的是环氧云铁漆, 这种漆具有一定粗糙度, 与面漆相贴后不容易滑落;面漆的涂刷要按照不同时段来进行涂刷, 氟碳高性能漆是优良的面漆, 这种漆的耐久性与耐候性都是当前各种油漆中较为出名的。防腐剂的选择对于防腐效果有重要影响, 在设计过程中应该慎重选择油漆。接下来就来探讨防腐材料的选择。
三、防腐涂漆的选择
(一) 底漆涂料选择
防腐涂漆的选择意义重大, 不同位置的底漆涂料选择必须慎重。桥梁钢结构易受到电化学腐蚀, 因而就需要选择具有电化学保护功能的涂料。上文中提到的富锌漆就是一个典型例子, 此外还有热喷涂金属涂层。热喷涂金属涂层本身具有良好的电化学保护性能, 运用这种漆能够起到防腐效果, 但是这种漆的使用要求非常严格, 同时还存在环境污染以及高耗能等问题, 因此在涂漆过程中需要慎重考虑。
富锌涂料本身实际上还可以进行分类, 环氧富锌底漆以及无机富锌底漆就是最为明显的分类。在无机富锌底漆中又可以分为水性无机富锌底漆和醇溶型无机富锌底漆。环氧富锌涂料施工要求相对宽松, 本身也具有良好的电化学保护性能, 但是这种漆却不能用在湿度高的环境中。无机富锌底漆对于施工环境以及表面处理等都有较高要求, 无机富锌底漆的耐介质腐蚀性能和耐温性能都是非常优良的。在利用水性无机富锌底漆的时候需要对表面进行严格清理, 清洁度必须要达到Sa3级, 只有这样才能真正达到防腐效果。从以上分析我们就可以发现不同种类的涂料具有不同的特质, 同时对于施工环境的要求也是不同的, 因而在设计过程中需要根据工程现场的实际特点来确定合适的底漆。
(二) 面漆的选择。
在钢结构设计过程中面漆承担着重要角色。当前在实际施工过程中常用的面漆是FEVE氟碳面漆。大型铁路桥梁主体一般采用的是氟碳涂层, 这种漆主要是四氟乙烯和乙烯基醚单体共聚构成, 氟碳面漆可以分为多种类别, 不同类别的性能也是不同的。从施工工艺的角度考虑丙烯酸聚氨酯性能是最好的, 聚硅氧烷涂料敏感性较高, 最大优点是厚膜施工, 这种材料尽管具有优异性能, 但是由于现代化桥梁常需要两道施工, 因而其本身的施工优越性体现不出来, 这是我们需要注意的一个问题, 在今后施工过程中要不断提升对于这方面的研究。
四、经典案例
某桥梁位于长江和汉水汇流夹角, 属于湿润季风气候, 雨量充沛、热量丰富、光线充足, 该地区大气腐蚀度也较高。因而为了有效保护该桥梁不被腐蚀需要合理设计钢结构防腐涂层。
(一) 该桥梁涂层方案设计
钢桥梁本身属于永久性建筑, 在对钢桥梁结构防腐蚀施工过程中工程人员为了保证设计效果采用热喷涂技术来进行施工。热喷涂技术是当前最佳的长效防腐蚀方法, 当前许多国家都把热喷涂工艺作为防腐的首选工艺。在涂料选择方面工程人员主要是从能否与喷涂层相容这个角度来进行分析, 工程人员结合当地大气腐蚀环境, 经过对国内外各种涂料进行详细对比后得出结论:环氧封闭类涂料以及脂肪族聚氨酯涂料是最佳涂料, 应用这两种涂料能够达到耐腐蚀、耐紫外线以及耐候性等目标。
(二) 寿命分析
防腐寿命是现代桥梁钢结构设计过程中需要重点考虑的因素, 科学合理的防腐寿命分析对于保证桥梁钢结构的防腐效果具有重要意义。本案例中该桥梁在防腐设计过程中也经过了专业详细地防腐寿命分析。在本案例中针对防腐寿命的分析主要集中于封闭涂层寿命分析、铝涂层寿命分析以及电弧喷铝复合涂层耐腐蚀理论寿命分析等几个方面。
封闭涂层的寿命分析。针对封闭涂层的腐蚀速率的分析是不可能用公式计算的方式来做出精确计算的, 在实际设计过程中工程人员通过定量描述的方式来对其进行了精确分析。经过专业分析工程人员发现钢铁基体涂装环氧封闭漆加脂肪族聚氨酯面漆的涂层体系的耐腐蚀寿命是8到10年, 金属喷涂层上涂装环氧封闭漆加脂肪族聚氨酯面漆的涂层体系寿命一般在10年以上。
铝涂层寿命分析。针对铝涂层的寿命主要是通过涂层剥离面积估算法来进行精确计算的, 通过运用这种估算法工程人员发现铝涂层的寿命在23年。
电弧喷铝复合涂层耐腐蚀理论寿命经过详细计算后发现能够达到50年。
(三) 结论与建议
该防腐设计方案经过会审通过后于2005年12月开始修建, 2006年4月竣工。施工企业严格按照施工标准以及相关工艺指标来进行施工, 最终达到了防腐蚀的目的。该桥梁耐腐蚀的寿命是50年, 为了保证桥梁耐腐蚀能够达到使用寿命, 建议有关部门每隔10年对钢结构维护一次。要组织人力物力对桥梁进行定期检查, 当发现个别部位出现防腐失效问题时必须要马上组织人员进行修复, 要通过这样的手段来尽可能的延长大桥的服役年限。现代桥梁钢结构防腐涂层体系设计是一项专业性工作, 在今后工作过程中工程人员必须要加强对这项工作的研究。从以上案例我们就可以看出科学设计固然重要, 但是相关维护也是不可缺少的。
结语
随着我国经济社会的快速发展, 我国桥梁建设事业取得了明显进步, 桥梁钢结构防腐涂层设计也变得越来越重要。在人们对桥梁防腐的重视程度越来越高的背景下加强对桥梁钢结构防腐涂层设计的研究有重要意义。本文先分析了设计过程中需要考虑的因素, 而后重点论述了厚度设计和配套设计, 最后结合案例详细分析了科学防腐设计的实现以及后期维护的重要性, 在今后施工过程中工程人员应该加强对桥梁钢结构防腐设计的研究, 要结合实际情况来进行科学设计。
摘要：本文根据影响钢结构的因素以及桥梁钢结构的防腐设计标准, 探讨了如何实现现代桥梁钢结构防腐涂层的科学设计。
关键词：桥梁,钢结构,配套体系
参考文献
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涂层体系 篇2
桥梁钢结构防腐涂层的设计, 要考虑到自然环境、涂层安装部位、涂层使用寿命等诸多方面因, 并要做到涂层体系设计的经济性和环保性。
1.1 环境因素
桥梁钢结构基本都裸露在空气之中, 这就导致钢结构极易与空气中的水分子发生电化学腐蚀。因而在防腐涂层体系设计时, 应充分考虑桥梁所处区域环境状况对钢结构电化学腐蚀速率的影响, 通常要考虑以下几个方面:环境温度、湿度大小、空气成分、是否有工业污染等。采用合理的防腐涂层设计, 不仅可以有效的保护桥梁钢结构, 更能在一定程度上降低造价, 增强项目的合理性。
1.2 涂层部位的考虑
桥梁钢结构的不同部位发生的腐蚀程度不一样, 对防腐涂层的要求也就不一样。因此在桥梁钢结构防腐涂层设计过程中要充分认识到这种差异性, 因地制宜, 对不同的部位采用针对性的防腐涂层设计, 保证整个防腐体系的高效性。
1.3 防腐体系寿命的考虑
国际上, 把防腐涂层的使用年限划分为两类:普通型, 可使用10~15a;长效型, 可使用15~25a。随着科学技术在材料学上的不断运用和发展, 现在市面上的高性能防腐涂层材料最多可以到达25a的使用寿命。在桥梁钢结构防腐涂层体系的设计中要合理的设计涂层使用的年限, 由于桥梁的设计使用寿命很长, 因而在实际涂层体系的设计时常按长效型涂层体系进行设计。
2 防腐涂层体系高性能材料的选择
2.1 底漆的选择
现代桥梁钢结构防腐涂层底漆的作用主要是:与钢结构接触充分, 提供电化学保护, 因而常用到涂料内富含锌的油漆材料, 常见的有环氧富锌底漆、醇溶型无机富锌底漆、水性无机富锌底漆。富锌底漆主要具有以下特点:孔隙率大, 喷涂较厚的中间漆时容易产生空隙, 造成安全隐患;漆膜表面凝结较快, 但内部固化还需要1~3d的养护。底漆的选择除了上述的几种, 还有一类比较少见的环保型钝化缓蚀底漆, 该种底漆在铁路中应用较广泛, 在桥梁中应用较少。
2.2 中间漆的选择
我国桥梁钢结构涂层体系中采用的中间漆主要是环氧云铁漆, 它能延长侵蚀路径, 起到很好的屏蔽腐蚀介质的作用, 并能够吸收一定的应力, 保证了良好的力学性质, 是一种综合性较强的长效漆, 并且其表面具有一定的粗糙度, 可以大大增加与面漆之间的粘结力, 提高共同作用的效率。环氧云铁漆常见的类型有薄涂型和厚涂型两种。
2.3 面漆的选择
面漆是桥梁钢结构涂层体系中最后的一到涂层, 它直接与外界环境接触, 因而要具有良好的耐候性和耐久性。以前常用而代之的是FEVE氟碳类面漆和丙烯酸聚氨酯面漆, 前者在国内采用较多, 优点突出, 种类繁多, 应用情况各异;后者在国外得到普遍采用, 其施工性能优良。另一种改性耐候材料聚硅氧烷因其环保的特点, 得到一定应用, 但是它施工质量受环境影响较大缺点也非常明显。总的来说, 我国在桥梁刚结构防腐涂层体系中, 面漆的选择还是以应用氟碳面漆为主。
在底漆、中间漆、面漆的选择时应根据实际钢结构所处的环境, 相关规范的要求, 并结合经济、适用的原则对材料方案进行合理的选择。
3 防腐涂层体系的设计
桥梁钢结构防腐涂层的设计通常包含两个方面, 一是涂层配套体系的选择, 二是涂层厚度。目前我国桥梁钢结构防腐涂层体系常用的是地—中—面三层长效配套涂层体系, 首先是底漆, 采用一道或两道富锌漆, 富锌漆能够很好的为钢结构提供电化学保护, 并具有良好的施工性能;接着是中间漆, 中间漆采用一道环氧云铁漆, 但是当涂层厚度超过150μm时则应多刷一道, 它具有一定的粗糙度可以更好地与面漆紧贴、不至脱落;最后是面漆, 面漆一般分不同的时段进行两道氟碳高性能漆的涂刷, 具有优异的耐候性和耐久性, 是目前钢结构涂层面漆中使用较多的。防腐涂层的设计对现代桥梁钢结构的保护具有重要的意义, 是提高钢结构的耐久性, 防止钢结构被腐蚀的重要保障。
另外, 在涂层厚度的设计中需要注意两个方面的问题:第一, 注意底漆厚度的选择。在桥梁钢结构防腐涂层体系中, 底漆的厚度并不是越厚越好, 过厚不符合国家节能减排的环保要求。对于底漆厚度采用40~80μm的设计值, 而我国桥梁钢结构底漆的厚度一般为75μm或80μm, 特别注意当底漆厚度不够时, 应采取用中漆弥补的方法。第二是每道漆的厚度要控制适当, 在涂层设计原则中对不同的环境和不同涂层材料对每道漆的厚度做出了不同的规范要求, 进行涂层体系的设计时一定要在符合要求的情况下选择合理的厚度, 能够在很大程度上提高施工的效率和涂层的耐久性。
4 结语
防腐涂层的设计对现代桥梁钢结构的保护具有重要的意义, 是提高钢结构的耐久性, 防止钢结构被腐蚀的重要保障。在桥梁钢结构防腐涂层体系的设计中, 应充分考虑多种因素对钢结构腐蚀作用的影响, 做到防腐涂层体系的完善, 无漏洞。另外, 合理控制材料的选择, 优先采用环保清洁的涂层材料, 并从经济合理的角度出发, 在合理的范围内降低造价。
参考文献
[1]吴石.地面装备用防腐涂层体系现状及发展趋势[J].表面技术, 2008 (04) .
涂层体系 篇3
腐蚀科学作为一门应用科学, 与其它基础学科有着千丝万缕的联系, 基础学科的发展必然会对腐蚀学科的发展起着巨大的推动作用。计算机技术的迅速发展与提高, 促进腐蚀与防护领域的研究方法与控制手段不断更新换代, 显示出强大的应用发展潜力。近年来, 应用数学取得了许多重要的成就, 神经网络、小波分析和分形理论及技术引人注目, 科学家将它们引入研究领域, 取得了很多有意义的成果, 如腐蚀预测、电化学噪声数据分析等。现代数学理论和方法的发展为腐蚀学科的定量化和模型化提供了强大的理论基础和方法上的支持。应用其它相关学科的成熟理论并吸收一些新兴学科的最新研究成果, 提高本学科的定量化和模型化研究水平, 是每一门交叉学科的必然趋势, 也是腐蚀科学发展的必然趋势。
1 铝合金大气腐蚀监测
1.1 铝合金大气环境暴露试验
在铝合金大气腐蚀研究中, 比较常用的方法是通过大气环境暴露试验或室内加速腐蚀试验, 测定铝合金重量的变化, 配合以表面腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析。在分析技术上主要借助于一些物理手段, 如X-射线衍射分析 (XRD) 、扫描电镜 (SEM) 、电子探针法 (EPMA) 、X-射线光电子能谱法 (XPS) 等。
1.2 铝合金大气腐蚀电化学监检测技术
除在干燥的大气环境中发生表面氧化、硫化造成失去光泽和变色等是属于化学腐蚀外, 在大多数情况下大气腐蚀属于薄液膜下的电化学腐蚀。当达到一定的临界湿度后, 暴露于大气中的金属表面便会形成“看不见的”电解质薄液膜。就完全未受污染的大气来说, 在恒温条件下, 一个完全干净的金属表面在相对湿度低于100%时应该不会受到腐蚀破坏。然而实际上因表面存在吸水性物质、大气中含有杂质以及在大气和金属表面之间存在小的温度梯度, 在较低的相对湿度下往往会形成细微的表面电解质溶液。由于大气腐蚀涉及三相, 液膜多变不确定, 因此很难设计完善的研究体系, 电化学测试相当困难。相关的监检测装置直至20世纪90年代才开始应用, 其中具有代表性的是开尔文 (Kelvin) 探针技术和大气腐蚀监测仪 (ACM) 。
(1) 大气腐蚀监测电池ACM
大气腐蚀监测电池 (Atmospheric Corrosion Monitor (ACM) ) 的概念是Mansfeld于1976年首次提出的, 其原理是根据薄液膜下异种金属之间形成的电偶电流来反映大气环境腐蚀性强弱, 测定金属表面在大气环境中的润湿时间。Shinohara Tadashi用ACM型腐蚀传感器评估了大气环境中的腐蚀, 用Fe和Ag两种金属制成ACM进行了长期的监测, 并配合失重法, 积累了大量的数据。大气腐蚀速度与湿度存在近似指数关系, 相对湿度是决定大气腐蚀速率的最重要的因素。金属在超过临界相对湿度后, 腐蚀速率急剧增加, 大气湿度越大, 金属腐蚀随湿度的变化敏感性越大。
(2) Kelvin探针技术
Kelvin探针技术主要是利用振动电容法测量两金属间表面电位差, 探头的主要部分是设置在待测电极上方并可上下移动的一块惰性金属, 如Au、Pt。金属探头的振动改变了它与待测电极间的距离及极间电容值, 因而在回路中感生出一交变充放电电流。在该回路中串联-可调外电源, 调节电压使交变电流值为零。此时, 待测电极电位与外加电压之间成线性关系, 标定后可测得其数值。
Kelvin探针不与试样和电解质接触即可进行电化学研究;对于局部腐蚀有较高的灵敏度和分辨率, 若扩展到二维腐蚀分布测量, 可为研究大气中的局部腐蚀及膜下腐蚀提供有用信息;该技术是一种研究薄层液膜下电化学过程的有效方法, 所得结论可按常规电化学方法解释。
2 涂层体系腐蚀失效检测
2.1 有机涂层体系腐蚀破坏特征
有机涂层广泛应用于金属的腐蚀防护工程, 其防腐蚀性能的优劣, 通常取决于涂层与金属基体之间的粘结强度和涂层对水及其它侵蚀性粒子的抗渗透能力。研究表明, 基体金属的性质、涂层的组成和结构、温度等诸多因素对有机涂层的使用寿命均具有重要影响。
一般而言, 有机涂层的防护机理主要有以下三种:
(1) 涂层作为阻挡层减缓侵蚀性粒子向涂层/金属界面的扩散。虽然对于水、氧气来说, 涂层是可渗透的;但有机涂层一般均具有很高的电解质阻挡性, 可以阻抑阴极和阳极区域之间的离子运动。
(2) 涂层中的缓蚀型颜料可以在侵蚀性粒子到达涂层/金属界面时起到抑制基体腐蚀的作用。
(3) 涂层和金属之间一般均具有很好的粘结性, 可以防止腐蚀剥离的发生。有机涂层在海水中的腐蚀破坏有两种原因:一是由于涂层/金属界面的腐蚀而造成涂层的破损及其相应的外观变化;二是涂层自身受到化学或物理作用而引起的结构变化。由金属界面产生的腐蚀引起涂层外观变化主要形式有起泡、生锈、脱落。由涂层自身化学的、物理的变化, 引起的破坏形式有粉化、变色、起泡、龟裂等。
在海水飞溅带, 由于干湿交替作用, 阳光紫外线暴晒使有机涂层产生粉化、变色等破坏形式, 在全浸区和潮差区的水下部分, 有机涂层的主要破坏形式为起泡、生锈、脱落。在海水环境中有机涂层起泡是最为普通的早期破坏现象。起泡通常是涂膜局部丧失防腐蚀能力的最早外观表征。
2.2 涂层体系腐蚀失效的电化学检测
涂层下金属的腐蚀主要是电化学腐蚀, 有机涂层在金属的防护失效过程中, 总伴随着一系列的电化学变化, 通过检测电化学变化信号, 可以实时获得金属腐蚀与涂层防护性能变化的动态信息, 应用电化学理论对给出的信息进行分析处理, 可以对涂层下金属腐蚀的动力学规律与涂层的防护机理进行研究, 实现涂层耐蚀性的定量与半定量评价。电化学方法很多, 如直流电化学法、电化学阻抗谱、电化学噪声法等。
EIS是对研究体系 (介质/涂膜/金属) 施加一小振幅正弦交变信号扰动, 采集体系的响应信号, 测量系统的阻抗或导纳谱, 然后根据数学模型或等效电路模型对阻抗谱或导纳谱进行解析拟合, 以获得体系电化学信息的一种方法。EIS法施加的扰动信号很小, 对被测样品的性质影响很小, 故认为EIS可以无损研究涂层, 并能快速得到试验结果。由于EIS法具有上述优点, 现已成为研究有机涂层防腐蚀机理与性能最主要的方法之一。
3 结束语
在腐蚀科学领域中, 表征金属材料的腐蚀特性除了腐蚀数据外, 还有许多图和照片, 如金属材料在腐蚀介质中的腐蚀图、材料腐蚀形态照片、工厂设备腐蚀破坏案例照片等, 这些也都是极其宝贵的资料。特别是金属试样的腐蚀形貌图, 它真实再现了金属材料在特定介质中的腐蚀特征。S
参考文献
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[2]王光雍, 王海江, 李兴濂, 等.自然环境的腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版社, 1997.
涂层体系 篇4
1.1 喷涂聚脲防水涂料的研制
1.1.1 喷涂聚脲防水涂料产品性能要求
为了规范聚脲防水涂料的市场,有关部门制定了聚脲防水涂料的国家标准。《聚脲防水涂料》国家标准中产品部分性能指标摘录如表1。
现在一些大型的国家重点工程所要求的聚脲防水涂料技术指标都以Ⅰ型产品的技术指标为依据,所以本公司重点研制达到标准Ⅰ型指标要求的产品。从产品指标及基于以前的研究成果分析,开发该产品的难点在于两个方面:1)要同时满足涂膜的拉伸强度与断裂伸长率指标,而这两个指标相互制约、此消彼长,因此,要求涂膜中的硬段和软段必须达到一个动态平衡;2)涂层与混凝土基面的粘结性要求,要提高这一指标除了从配方设计上入手外,还要研究聚脲涂层与整个防水涂层的粘结。
1.1.2 A组分中原材料对涂膜性能的影响
要提高产品的拉伸强度,一般要提高A组分中液化MDI和高官能度、低分子量等聚醚的含量;相反,要提高涂膜的断裂伸长率,则要提高体系中MDI-50和低官能度、高分子量等聚醚的含量。在A组分中加入低不饱和度的新型聚醚(比如上海高桥公司的GSE-2028),可以提高涂膜的综合性能。试验配方设计与对应产品性能如表2。
从表2可以看出:1)在组分中加入低不饱和度的聚醚后,涂膜的综合性能上升较明显。但在试验过程中也要考虑低不饱和度的聚醚官能度和分子量,若与体系搭配不合理,涂膜的某一项性能下降会比较明显。同时,由于低不饱和度的聚醚的合成工艺比普通的聚氧化多元醇要复杂,一般原材料的价格要高20%～30%,所以该类聚醚的使用要考虑产品的性价比。2)在A组分体系中加入适当的DGE等低分子量的交联剂,可以使产品中的硬段与软段的链接更加合理;但若用量不当,会破坏这两者的平衡。
1.1.3 B组分中扩联剂对涂膜性能的影响
从产品指标中的硬度看,聚脲弹性体在防水涂料中属于柔性涂膜,因此,一些低分子量的氨基聚醚(比如D-230、T-430)在体系中用途不大,同样,三元氨基聚醚T-5000也只能少量使用。影响涂膜性能较大的就是氨基扩联剂,不同的氨基扩联剂对产品性能的影响见表3。
由表3数据可以看出,随着E-100用量增大,涂膜凝胶时间缩短,涂膜的拉伸强度提高,断裂伸长率降低;随着E-4200用量增大,涂膜凝胶时间延长,涂膜的拉伸强度降低,断裂伸长率提高;E-300对涂膜性能的影响介于E-100与E-4200之间。要使涂膜的性能达到指标要求,上述3种扩链剂要进行合理的配比。
1.2 封闭底漆的开发
由于聚脲涂料数秒内凝胶固化,几十分钟即可达到步行强度,所以,该产品在对底材的湿润、与基材的附着力等方面有一定的缺陷,涂层失效点主要是涂层与混凝土之间的界面。提高聚脲涂层与混凝土之间的粘结强度是对混凝土进行有效保护的关键。研制合适的底漆一直是本公司努力研究的课题。该底漆除了能对混凝土表面进行有效封闭外,还要在基材与涂层之间起到一种桥接作用,以提高附着力。
底漆一般是环氧和聚氨酯体系,但是在试验过程中发现这两种体系的产品都存在一定的缺陷。环氧和聚氨酯两种底漆的试验情况如表4所示。
由于环氧树脂中含有许多羟基和醚键,能与底材相互吸引并进行桥接,所以环氧底漆与基层的附着力较好,但由于环氧体系与聚脲体系不匹配,底漆涂层干燥后与聚脲涂层的附着力不是很理想;聚氨酯底漆与基层、聚脲涂层之间的附着力恰好与环氧底漆相反。为了能充分利用这两种底漆的优势,把各自的缺陷降到最低,本公司开发了一种环氧-聚氨酯底漆。该底漆中的环氧基团有较低的表面张力和优良的粘附力,且环氧基团与碱反应形成的硅酸盐,能有效地阻止盐和碱的迁移。环氧涂膜的耐化学品性能为其在强碱条件下的稳定性提供了保证。另外,环氧树脂中含有—OH,可以在底材中形成氢键,从而增加封闭和附着力;氨酯键能在高聚物分子之间形成非环及/或环形的氢键,除了能进一步提高与基材的附着力外,最主要是还能使涂膜具有很高的韧性和断裂伸长率,提高底漆与聚脲涂层的匹配性,实现底漆与聚脲涂层较好粘结的目的。
开发该产品的主要目标就是使该底漆与基层、聚脲涂层的附着力都达到2.5 MPa以上。经过试验,控制基料组分(另一组分为固化剂)中环氧树脂的比例与聚氨酯树脂的比例在一个合理的范围内,封闭底漆与基层、聚脲涂层的附着力都可以达到设计要求。底漆体系试验配方及对应产品性能如表5所示。
底漆中树脂含量对附着力的影响可用曲线图描述。由图1可以看出,当环氧树脂的含量为40%左右时,底漆与界面的附着力达到最佳。试验表明,当基材为潮湿基面时,在底漆中要加入适当的消泡剂和流平剂;同时需保证底漆的厚度,以使基面中水分平稳溢出。
1.3 修补腻子的确定
一些形状比较特殊的缺陷处,由于底漆难以流入,基面施工封闭底漆后表面会留下一些凹陷。为了使聚脲施工后的涂层表面平整光滑,这些凹陷处必须用腻子进行修补。
腻子体系有环氧和聚酯两个体系。环氧腻子固化后体积收缩率较低,一般2%左右;而聚酯腻子在固化后体积收缩率达到10%左右,从而达不到修补效果,所以,一般选用环氧体系作为修补腻子。为了提高腻子与界面的附着力,需在腻子中加入一种适合的有机硅偶联剂。硅烷偶联剂是在同一个分子里同时含有无机和有机反应性的硅基化学分子,其典型结构为:(RO)3SiCH2CH2CH2—X,这里—RO是指可水解基团(如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基),X是指有机官能基团(如氨基、甲基丙烯酰氧基、环氧基等)。硅烷偶联剂会在无机材料(如玻璃、金属或矿物)和有机材料(如有机聚合物、涂料或黏合剂)的界面起作用,结合或偶联两种不同的材料。本公司开发的修补腻子的性能指标如表6所示。
2 聚脲涂层体系在南水北调工程中的应用
2.1 工程概况
南水北调东线济南市区段工程是整个南水北调工程中唯一一个穿过省会城市的项目,共投资28亿元。该段工程共长28 km,其中的4.6 km沿用原有的小清河河道,其余约23 km全部采用暗涵形式,沿小清河北岸地下埋设3孔涵洞,其中济泺路到洪家园桥约11 km路段采用聚脲防水产品进行施工。由于暗涵南侧直接与小清河接触,为了防止小清河的河水对暗涵混凝土基面的腐蚀,施工方经过多方论证,最后选定用聚脲材料对混凝土基面进行防护。
2.2 施工工艺
1)搭架:现场施工采用活动脚手架,层高2 m,层宽0.6～1.0 m,层长2 m,架子的高度不能低于基面高度1.5 m。由于混凝土立面高5 m,所以要用2层脚手架进行组合。
2)打磨:用角磨机进行打磨,对于凸起及混凝土基面接缝处只允许平缓过渡变化,且平整度不能大于3 mm。打磨完成后要把基面处理干净。
3)基面修补:基面缺陷处要用水泥砂浆进行修补,修补的地方要达到实干(在现场可采取手指触摸法)以后才能进行下道工序。
4)施工封闭底漆:施工时,首先把基料搅拌均匀,然后在连续搅拌的条件下,把固化剂徐徐加到基料中,搅拌均匀后静置3～5 min,再进行施工,一般情况下刷涂2遍,后一遍与前一遍要垂直刷涂。
5)气孔的修补:基面有许多气孔呈外小内大的球形结构,修补砂浆很难填补进去,刷上封闭底漆后,缺陷处就会出现凹陷或鼓泡现象。缺陷处须用修补腻子进行补孔,否则会影响聚脲涂层的表观效果和防水性能。
6)聚脲材料的施工:基面的封闭底漆和修补腻子实干后至7 d内可施工聚脲材料,喷距控制约为80cm,走枪以后的每一枪以覆盖住前一枪的3/4～4/5为宜,行进速度大约每2 s一步。第一遍聚脲施工要尽可能薄喷,走枪速度要稍快;枪手在同一个位置喷涂完第一遍后,要让聚脲涂层凝固1 min左右,再进行下遍喷涂,直到要求的厚度。
2.3 施工中应注意的几个问题
1)用水泥砂浆对基面进行修补,要从不同的方向对缺陷处进行修补,特别是对面积较小的孔隙和缝隙,要来回刮涂才能完成填补;用修补腻子对施工底漆后的基面气孔进行修补也要来回多遍刮涂,否则会影响修补效果。聚脲涂层表面的面积较大或不规则形状的缺陷,一般是由基面的缺陷没有进行有效填补而引起;面积较小或圆形的缺陷,一般是由基材刷涂底漆后表面形成的气孔没有进行有效修补而引起。
2)枪手在同一位置进行喷涂时,喷涂的长度不要超过手臂与喷枪喷距之和的2/3;喷涂的长度过长,既浪费材料又影响防水和表观效果。
3)聚脲施工时,理论上,A、B两料压差大于2.1MPa后,聚脲涂层一般会出现不干和鼓泡等缺陷,但当喷枪的出料量较小时,A、B料压差大于2.1 MPa后(此次喷涂A、B料压差最高大于4.2 MPa),涂层也不会出现不干和鼓泡等现象,但是涂层黄变情况将变得严重,这说明涂层没有达到实干,从而影响涂膜的力学性能,所以,一般情况下还是要调试A、B料压差到2.1 MPa以内。
3 结束语
涂层体系 篇5
在金属基体表面涂覆陶瓷层可增强其耐蚀、耐磨功能,目前常用的方法有化学气相沉积、热喷涂、溶胶凝胶、自蔓延高温合成、高温熔烧和复合镀等[1,2,3,4],多存在成本高、工艺复杂,且不能满足恶劣环境下的现场施工要求等缺点[5]。近年来,高温胶粘剂得到了广泛和深入的研究,但用其制备胶粘陶瓷涂层时制备温度过高(700~1 000 ℃),涂层易起泡开裂,使用寿命降低[6,7,8]。纳米氧化锌与磷酸二氢铝反应迅速,可以降低涂层制备的温度,为实现胶粘陶瓷涂层常温简易制备提供技术保障。目前,国内外有关氧化锌与磷酸盐制成的胶粘陶瓷涂层表面组织结构方面的研究报道甚少。本工作以磷酸二氢铝为胶粘剂、纳米氧化锌为调和剂,在45钢表面制备胶粘陶瓷涂层,研究涂层中氧化锌含量对涂层表面组织结构的影响。
1 试 验
1.1 基材前处理
基材为45钢,尺寸ϕ2.0 cm×0.5 cm,采用100号砂纸将其表面氧化层和锈斑除去,然后用酒精和丙酮超声波清洗去除表面油污。
1.2 涂层制备
(1)浆料配制
将24 g微米氧化铝加入40 g磷酸二氢铝(胶粘剂)中,搅拌均匀后添加1 g纳米氧化铝,搅拌均匀,再添加12 g硅酸锆、12 g氧化锆、1.2 g高铝水泥(固化剂)、1.8 g氧化铬(消泡剂)以及0~1.6 g氧化锌(调和剂,纳米级)混合搅拌均匀。
(2)施涂固化
将浆料涂覆于基体表面,再分3个阶段固化:①室温下放置1~2 h;②80 ℃保温1 h;③250 ℃保温1 h。制备的陶瓷涂层厚约0.5 mm。
1.3 测试分析
采用MAT2500型光学显微镜观察涂层的形貌,并用其所带Image5.0软件进行涂层裂纹长度与深度分析。采用液滴观测法,研究氧化锌含量对涂层气孔率的影响:即在涂层表面滴加去离子水,5 min后在显微镜下观测涂层表面气孔。
2 结果与讨论
2.1 氧化锌含量对涂层表面裂纹的影响
不添加氧化锌时,陶瓷涂层表面存在树枝状裂纹,但未观测到气孔。当添加0.2 g氧化锌后,涂层表面裂纹增多,裂纹形态未发生变化。随着氧化锌含量的继续增加,涂层表面裂纹减少,长度亦变短:1.2 g氧化锌时涂层表面仅有少量裂纹存在;1.6 g时涂层表面不存在裂纹,没有龟裂现象,表面致密。裂纹减少对于增强陶瓷涂层的耐蚀性具有重要的意义。
不同氧化锌含量时涂层裂纹的长度与深度见图1。从图1可以看出,随氧化锌含量的增加,涂层裂纹长度和深度均先增加后降低,当氧化锌含量增加到1.6 g时,涂层表面的裂纹消失。氧化锌呈碱性,可以降低胶粘剂的酸性。不添加氧化锌时,涂层中酸性过大,在加热条件下金属与酸发生反应易产生气泡,且金属与陶瓷涂层的热膨胀系数不同,因此陶瓷涂层表面出现了开裂。添加0.2 g氧化锌后,涂层的裂纹长度与深度反而高于不添加氧化锌的涂层,是因为氧化锌的含量较少,仅与胶粘剂发生了局部反应,在热处理过程中反而进一步加大了涂层表面局部特性的不均匀性,造成热应力集中,从而增大了裂纹。随氧化锌含量的进一步增加,涂层表面裂纹的长度与深度开始减少,是因为涂层的酸性随氧化锌含量的增加迅速降低,纳米级的氧化锌可以吸附固化过程中产生的水分,酸性的降低和水分的减少可减少气泡的产生,从而减少了裂纹。当氧化锌含量为1.6 g时,涂层表面平整,没有龟裂。
2.2 氧化锌含量对涂层表面气孔率的影响
随着氧化锌含量的增加,涂层表面孔隙率降低。气孔处多存在裂纹,即气孔是陶瓷涂层裂纹的生长点,降低气孔亦可减少表面裂纹。酸性胶粘剂与金属基体的反应以及固化中产生的水分在加热过程中都会成为气孔的来源,而气孔的存在将大大降低陶瓷涂层表面的耐腐蚀性能。随着氧化锌含量的增加,涂层的酸性降低,大大减少与金属基体反应产生的气泡;同时,纳米级氧化锌可以吸收固化中产生的水分,从而大大降低了气孔率。当氧化锌含量为1.6 g时,涂层表面平整致密,气孔消失,不存在龟裂。
3 结 论
以磷酸二氢铝为胶粘剂、纳米氧化锌为调和剂在45钢表面制备出胶粘陶瓷涂层,随氧化锌含量的增加,陶瓷涂层裂纹的长度和深度先增加后减少,气孔率逐步减少;当氧化锌含量为1.6 g时,涂层致密,无开裂、无气孔。
参考文献
[1]Shen D,Li M,Gu W,et al.A novel method of prepara-tion of metal ceramic coatings[J].Journal of MaterialsProcessing Technology,2009,209(5):2 676～2 680.
[2]Nie P,Lv H,Zhou T,et al.Interfacial adhesion mea-surement of a ceramic coating on metal substrate[J].Journal of Coatings Technology and Research,2010,7(3):391～398.
[3]刘峰,于明涛,万隆.金属基高温耐磨陶瓷涂层的制备与研究[J].中国陶瓷,2008,44:58～60.
[4]董世知,闫翠娟,周鹏.热化学反应陶瓷涂层技术研究进展[J].热加工工艺,2011,40(22):130～136.
[5]徐秋红,王志,史国普,等.钢基体涂覆Al2O3陶瓷层的研究现状与展望[J].稀有金属快报,2007,26(12):1～4.
[6]张雷,陈孜,李志友,等.NiFe2O4/Cu金属陶瓷与金属的磷酸盐黏接特性[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(6):2 149～2 155.
[7]He L P,Chen D C,Shang S P.Fabrication and wearproperties of Al2O3-SiC ceramic coatings using aluminumphosphate as binder[J].Journal of Materials Science,2004,39(15):4 887～4 892.
涂层体系 篇6
1 电泳涂层粗糙度对面漆涂层桔皮的影响
(1) 试验材料和设备
a.宝钢冷轧板:钢板粗糙度Ra=1.0μm。
b.雷诺红聚氨酯面漆。
c.乘龙兰金属漆。
d.丙烯酸清漆。
e.擦净布。
f.3M 600号砂纸。
g.GRACO PRO静电喷枪。
h.电热恒温烘箱。
(2) 检测仪器
a.BYK-wave scan桔皮仪:德国BYK公司。
b.BYKO-Test 8500膜厚仪:德国BYK公司。c.SJ-210粗糙度仪:日本Mitutoyo公司。
d.503PICOGLOSS光泽仪:德国仪力信公司。
(3) 试验步骤
a.制作粗糙度不同的电泳涂层样板。
b.用600号砂纸轻微打磨样板电泳涂层表面明显的颗粒, 并擦拭、吹净样板表面。
c.喷涂雷诺红面漆样板 (25℃的粘度为22.5s) , 喷涂乘龙兰金属漆样板 (乘龙兰金属漆25℃的粘度为14.5 s, 清漆25℃的粘度为22.5 s) 。
d.喷涂后的样板水平放置流平3 min后, 放入恒温烘箱烘烤成膜 (烘烤条件为:温度140℃, 时间20 min) 。
e.待样板自然冷却到室温后, 用仪器测量桔皮的长波 (L) 、短波 (S) 、鲜映性 (DOI) 和光泽度数据。
(4) 试验结果
试验结果见表1和表2。
(5) 试验结论
通过上述试验数据可以得出如下结论。
a.当电泳涂层表面粗糙度<0.190μm时, 面漆涂层的长、短波和DOI数据良好 (整车一般控制L<15、S<25、DOI>80) ;随着电泳涂层粗糙度的增大, 面漆长、短波和DOI数据逐渐变差。
b.电泳涂层的粗糙度对面漆涂层长波值的影响较短波值明显。
c.面漆涂层桔皮的长、短波数值直接影响面漆涂层的DOI数值。当电泳涂层粗糙度降低时, 面漆涂层的DOI值升高。
d.电泳涂层粗糙度对面漆涂层的光泽度有一定影响, 但影响不大。
2 增加中涂层对漆膜外观的改善效果
(1) 试验材料和设备
a.宝钢冷轧板:粗糙度Ra=1.0μm。
b.中涂漆。
c.乘龙兰金属面漆。
d.清漆。
e.擦净布。
f.600号砂纸:3M公司。
g.GRACO PRO静电喷枪。
h.电热恒温烘箱。
(2) 检测仪器
a.BYK-wave scan桔皮仪:德国BYK公司。
b.BYKO-Test 8500膜厚仪:德国BYK公司。
c.SJ-210粗糙度仪:日本Mitutoyo公司。
d.503PICOGLOSS光泽仪:德国仪力信公司。
(3) 试验步骤
a.制作粗糙度Ra>0.23μm的电泳涂层样板。
b.用600号砂纸轻微打磨样板电泳涂层表面明显的颗粒, 并擦拭、吹净样板表面。
c.喷涂中涂试板 (25℃的粘度22.5 s) 。
d.喷涂后的样板水平放置流平3 min后, 放入恒温烘箱烘烤成膜 (烘烤条件为:温度140℃, 时间20 min) 。
e.喷涂乘龙兰金属漆样板 (乘龙兰25℃的粘度为14.5 s, 清漆25℃的粘度为22.5 s) 。
f.将样板水平放置流平3 min后, 放入恒温烘箱烘烤成膜 (烘烤条件为:温度140℃, 时间20 min) 。
g.待样板自然冷却到室温后, 用仪器测量桔皮的长波 (L) 、短波 (S) 、鲜映性 (DOI) 和光泽度数据。
(4) 试验结果
试验结果见表3。
(5) 试验结论
由表3的试验数据可以得出以下结论。
a.增加中涂层可以极大地改善面漆涂层的桔皮。
b.有中涂层的车身外观, 除整车桔皮感变小外, 整车的油漆丰满度也更好。
c.中涂层明显提高了整车的光泽度。
3 结论
(1) 对于无中涂层的卡车而言, 电泳涂层的粗糙度Ra必须控制在0.19μm以下, 否则将对面漆的桔皮和DOI产生不良影响。
(2) 针对目前卡车大多不采用中涂工艺的情况, 为降低整体涂层的短波桔皮应重视完善钢板、电泳涂层的粗糙度监控体系;稳定质量, 确保电泳涂层厚度和面漆涂层厚度的均匀。
(3) 装饰性要求高的产品可以通过增加中涂工艺达到目的。
(4) 不同面漆材料对电泳涂层的填充效果也不同。在无法改变电泳漆材料的情况下, 可以通过配套性试验优选面漆材料, 以提高整体涂膜的外观质量。
摘要：面漆涂层桔皮是评价车身面漆涂装质量的重要指标之一, 同时也是影响面漆鲜映性的重要因素。结合目前国内卡车涂装线的生产特点, 通过试验分析对比了电泳涂层粗糙度对面漆 (丙烯酸金属闪光面漆及普通聚氨酯面漆) 涂层桔皮的影响。
关键词：电泳涂层,粗糙度,面漆,桔皮
参考文献
[1]王锡春.汽车涂装工艺技术[M].北京:化学工业出版社, 2004, 12.
[2]崔泳, 等.汽车面漆桔皮缺陷的机理分析与工艺控制[C].2009年汽车涂装技术交流会论文集, 武汉:2009, 10.
涂层刀具,引领未来 篇7
提高加工效率、完善装备功能、采用先进的工艺方案是汽车制造的进步之路。在内燃机领域不断倡导的“绿色、环保、小型化、高效化”的背景下, 发动机零部件的使用寿命和性能一直谋求表现更为优异的表面处理技术。涂层刀具已成为现代切削刀具的标志, 在刀具中的使用比例已超过50%。涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低, 以及与基体附着牢固等要求。显然, 单一的涂层材料很难满足上述各项要求。为使得硬质合金能通用于不同工程材料的加工, 刀具制造商们通过添加不同的添加剂 (如:硬质相或金属添加剂) 来制取不同硬质合金牌号。
涂层技术在西方发达国家从20世纪70年代就开始应用于工业生产, 被广泛地应用于切削刀具、成型模具、汽车零部件及工业零部件上, 在提高刀具、模具和零件的耐磨性能, 防腐蚀性能以及降低摩擦 (降低摩擦系数和自润滑) 方面都有着非常广泛和成功的应用。更前沿的压制技术、烧结技术、涂层技术及涂层后处理技术, 更多样的表面处理方式, 能对刀片切削刃进行更优化的处理, 共同使得生产制造的可转位刀片能为现代化金属加工业提供更适合的满足其高效加工需求的解决方案。