涂层系统（共9篇）
涂层系统 篇1
1 引言
目前在石油化工等行业生产中大量实用各种管道, 为了延长管道的使用寿命, 必须对管道内壁进行防腐处理, 通常采取表面涂覆漆膜的办法来达到防腐目的。漆膜的厚度和均匀程度直接关系到生产成本的高低和防腐效果。据不完全统计, 在我国东部油田企业, 每年由于管道腐蚀造成的经济损失已超过亿元, 可见提高防腐涂层质量具有重要的实际意义。因此可靠地检测防腐涂层的厚度和均匀度是防腐处理工作中必须解决的问题。为此, 国内外专家就防腐层的厚度测量问题进行大量的研究工作, 出现了射线法、超声波法、涡流法及电磁法等测量方法, 但对长度较大且直径小于准150mm管道内层厚度测量仍然是工程实践中的一个难题。本文介绍的检测系统是针对管道内防腐涂层厚度的测量, 实现了定点采样, 具有高精度、高稳定性等优点。该系统主要包括测量车、测量电路、驱动电路和控制及信息处理等部分。
2 测量车
测量时由测量车在管道内的单片机控制下实现行走运动, 进行定点测量。测量车包括驱动结构、集成装置、测量装置及定心装置等, 其结构如图1所示。
1.计程轮2.光电传感器3.电磁铁4.测厚传感器5.直流电机6.驱动轮7.车体
2.1 驱动机构
测量车的左右侧各装有一个直流驱动电机、一套传动机构和一对驱动轮。直流电机输出轴经一对斜齿轮减速后, 将运动传递给蜗杆转动, 蜗杆与蜗轮相啮合, 带动蜗轮转动, 实现第二级减速, 从而驱动同轴的驱动轮也同步转动。为了保证驱动轮与被检测管道内壁有足够的摩擦力, 并在一定范围内对不同的被测管径有较强的适应性, 在车体上另装有张紧装置。
2.2 计程装置
左侧驱动直流电机的一端装有计程轮, 它的外缘置于红外光电传感器的发送端与接收端之间, 当电机带动计程轮转动时, 光电传感器便发出截止与导通交替信号, 经整形后变为脉冲信号, 每个脉冲当量为0.2mm, 采用此计程装置可使测量车被较精确地定位在被测管道中。
2.3 测量装置
涂层厚度测量采取专用测量传感器, 它是整个测量系统的核心。该传感器基于磁法效应, 对铁磁性基体表面非磁性涂层的厚度实现测量[1]。传感器有开路磁芯的激磁线圈, 线圈两端由振荡器提供振幅和频率稳定的交流电源。当开路磁芯的两个磁极接触被测涂层表面时, 由于涂层厚度的不同, 磁回路产生的磁阻也不一致, 因而测量线圈中便产生不同的感应信号。根据此信号实现涂层厚度的测量。
测量车在被测管内行走时, 测厚传感器测头在弹簧作用下退至测量车内, 处于非测量状态。每当测量车行走5mm时, 测量车停止行走转为测量状态, 单片机发出控制命令接通磁铁, 通过弹簧片使测厚传感器测量端伸出测量车外, 并与被测管壁可靠接触, 使之转为测量状态, 测量值采样后控制电磁铁断电, 传速器测头退回。
2.4 定心装置
为确保测量车在工作中始终处于被测管道的中央, 测量车中左右各备有一个定心装置。该装置由三个等长的支撑杆及弹簧所组成, 支撑杆在弹簧的作用下以相同的角度张开, 根据被测管直径的不同, 支撑杆张开的角度也各异, 从而使测量车在同一管径中无论行进在任何位置, 测量传感器都与被测管壁等距, 以满足测量的精度要求。
3 测量和控制系统
3.1 信号采集及处理
图2是管道内涂层厚度的信号采集及处理系统图。
振荡器为涂层厚度传感器提供一个稳频稳伏的正弦波交流信号, 经功率放大后, 送至传感器的激磁线圈, 当涂层厚度变化时, 使传感器的测量线圈电感量也随之发生变化, 导致线圈两端电压变化, 完成了从非电量到电量的转换。经信号调理电路进行放大、滤波和电压-频率转换后, 送单片机T0和INT1端进行数据处理, 然后计算出对应测量点的涂层厚度值、最大涂层厚度值及最小涂层厚度值, 并判断是否合格。
3.2 控制与驱动电路
控制部分由以AT89C2051为主芯片的单片机系统来完成, 它除了完成数据采集和信号处理外, 还要对测量车进行前进、后退控制, 以及对电磁铁吸合与断开进行控制[2]。控制及驱动电路图如图3所示。
P1.1、P1.2口线控制电机旋转方向, 当P1.1=“1”、P1.2=“0”时电机正转, 而P1.1=“0”、P1.2=“1”时, 电机反转。同理, P1.3控制电磁铁的吸合与断开。逻辑电路可确保电机旋转时 (即测量车处于行走状态时) 处于非测量状态, 电磁铁不吸合;当测量车停止行走时, 电磁铁吸合进入测量状态[3]。
4 实验数据
在激磁电压为1V, 激磁频率为1350Hz情况下, 用标准膜作为涂层厚度进行试验, 膜厚与测量装置输出的电压关系见表1。
从表1可见, 传感器存在非线性, 为此在数据处理程序中, 根据测量装置输出电压采样值, 利用查表法确定涂层厚度。
5 结论
管道内防腐涂层厚度测量系统在大庆油建所实验基地长时间工作表明, 在管道长度200m, 管内径104~150mm范围内, 涂层厚度0~500μm之间, 行走速度5~8m/min时, 涂层厚度误差2~3μm, 达到预定的技术指标。由于该系统结构简单, 使用方便, 测量车行走灵活, 控制可靠, 因此有很大的实际应用价值。
摘要：在现代工业生产中, 管道内层防腐涂层厚度的检测一直占有重要地位, 针对当前存在的小口径长距离测量困难的问题, 开发研制了新型检测系统。该系统依据磁法效应, 利用单片机技术, 在软硬件配合下, 驱动测量车在管道内行走实现自动定点测量。实验结果表明, 该系统测量准确、数据可靠、精度高, 是一种在工业现场中实用的测量系统。
关键词：厚度,检测,MCU
参考文献
[1]姚广人.数字式涂层测厚仪[J].电子技术运用, 1991 (12) :16-18.
[2]郭强.单片微机系统实用教程[M].北京:电子工业出版社, 2010.
[3]肖看.单片机原理、接口及应用[M].北京:清华大学出版社, 2010.
涂层系统 篇2
一种新型金属表面防腐蚀涂层技术
锌铝涂层是将水性无铬锌铝涂料浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件或构件表面，经烘烤形成的以鳞片状锌为主要成分的无机防腐蚀涂层(外观偏灰)。锌铝涂层是近年来在锌铬涂层(即达克罗)基础上发展起来的一种新型环保型金属表面处理技术，有些资料中也称为无铬锌铝涂层、或无铬达克罗；锌铝涂层最早由美国金属涂层国际公司研制开发，该公司将这种新技术称之为交美特涂层。我国北京、上海、南京的一些厂家已在十多年前开始研制国产水性无铬锌铝涂料、并用于金属涂层产品上。
锌铝涂层是一种无废气排放、不添加重金属铬和铅的耐蚀性涂层。与传统锌铬防腐涂层相比具有以下特点：涂层中无金属铬、耐腐蚀性能基本相当、耐热性能良好(在≤300℃的较高温度下仍具有良好耐腐蚀性能)、具有深涂性能和再涂装性能。可适用于钢、铸铁、铝及其合金、铁基粉末冶金等多种基体材料的腐蚀防护。由于高温烘烤成型工艺的因素，锌铝涂层施工过程中没有产生氢脆的问题(在这一点上，相比较优于电镀工艺)，与铝及其合金也不会产生电偶腐蚀。锌铝涂层可替代锌铬涂层，也可以替代部分电镀锌、电镀镉、热浸镀锌工艺。
涂层系统 篇3
关键词：中频感应加热,IGBT逆变电源,控制系统
0 引言
感应加热技术是利用电涡流的热效应对金属工件表面进行加热[1]。感应加热技术因具有诸多优点[2]广泛应用于表面淬火、煅烧、熔炼等方面[3],而应用于管道加热的较少。已有的用于管道加热的系统主要是采用固定频率加工单一管径的管道,实际用途很受限制。传统中频加热电源多是采用并联谐振逆变式,虽然易于制造和控制,但会使电网侧功率因数下降,波形畸变,对电网污染大[4]。随着IGBT这类大功率全控开关元件的出现以IGBT为主体的串联式谐振逆变电路优点突出。本文依托于中国海洋石油工程有限公司合作项目的资助,用于海上铺设油管焊接节点防腐施工中海管表面预热和涂层加热。通过对中频加热原理分析,采用串联逆变谐振电路,以IGBT作为驱动元件,详细分析各个功能模块,设计一套新型高效的小型加热系统,并且拟定了两组对比实验以探讨加热频率和工件直径对加热效率的影响,用于项目交付使用前的各项实验数据分析。
1 系统总体设计
中频感应加热工作原理是将中频逆变电源产生的中频交流电转换成交变的磁场,由交变的磁场在工件中产生涡流而达到使工件自身发热的目的。这种加热方式的特点是将工件直接加热[5]。中频加热系统主要由中频逆变电源模块,感应加热线圈,冷却系统和辅助控制电路模块组成,其系统框架图如图1所示。
电源模块是整个逆变电路提供能量的来源[6],其核心是整流滤波电路,作用是将电网中的工频电压转换成较为平滑的直流电压。中频逆变电源模块是整个中频加热系统的核心,感应加热电源的根本目的是通过在感应线圈中产生一定频率的交流磁通,变化的磁通把功率传输到负载上[7]。该部分的功能是将直流电压逆变为10k Hz~50k Hz大电流的中频交流电压。中频逆变电源由激励信号发生电路、死区时间发生器、相位锁定电路、信号隔离驱动电路、大功率逆变电路和谐振电路组成。控制电路通过采集温度传感器的温度从而显示出来,以达到反馈控制的目的,是人与机器沟通的桥梁。控制器选择的是通用性很强的ATMEL mega328微控制器,其核心是一个8位的AVR处理器,其一般工作频率为16MHz最高工作频率为20MHz工作电压范围1.8V~3.3V。在系统工作过程中,电流的热效应是难以避免的,散热设计是通过采用合理的热传递方法将元器件的温度控制到安全的温度范围内[8]。散热系统将电路中产生的热量排出,避免系统元件过热对系统造成危害。
本设计通过高压整流电路和低压整流电路对整个系统提供电力。由信号发生电路发出激励信号,经过隔离驱动电路进行隔离和放大后推动主逆变电路中的开关电力元件,最终由谐振电路完成逆变并加热工件。
2 硬件电路设计
2.1 激励信号发生电路设计
本设计激励信号发生电路采用PLL锁相环集成电路型号为HEF4046,由此产生激励信号并进行放大以推动IGBT。该集成电路有以下优点:工作电压范围很宽(3V~18V)、输入阻抗极高(约为100MΩ)、动态功耗小(仅为0.6m W)。
2.2 死区时间发生模块电路设计
死区时间是整个逆变电源最重要的保护电路,因此此部分电路既要有很高的反应速度也要有极高的稳定性。选择以德州仪器公司生产的CD4001BE为核心的集成电路,结构简单,反应时间短,故障率低,并且输出信号的电平高,降低了后级驱动信号放大电路的放大倍数从而降低失真。
2.3 信号隔离驱动电路设计
信号隔离驱动电路是信号从发生电路到执行电路的桥梁。由于集成电路所产生的信号为高电平,低电流的信号,为了使执行电路能够有效的工作,必须要使信号具有足够的推动电流。另外,为了避免主逆变电路的动作对前面的信号产生串扰,还需要对推动信号进行隔离。本设计选择使用两级三极管并以半桥的连接形式来对信号进行扩流。第一级放大是由一对PNP和NPN三极管。第二级放大采用仙童半导体生产的TIP41C和TIP42C对管进行扩流以保证其后电路有充足的电流,避免信号失真。
2.4 逆变电路设计
逆变电路采用全桥式逆变,电力控制元件采用大功率IGBT,型号为DM2G75SH12A。其额定电压为1200V,电流为75A,满足设计需求。
2.5 谐振电路设计
谐振电路采用变压器推动,电路形式为LC串联式谐振。推动变压器采用铁氧体磁芯,保证在高频下可以正常工作并且不发生磁饱和。串联谐振电路有利于提高电路频率并增加谐振稳定性,主电路整体结构简单可靠[9]。
2.6 外围电路设计
外围电路包括高压整流电路、低压整流电路、温度保护电路和散热系统供电电路。整流电路的作用是将交流电经过整流滤波变为脉动的直流电,再经过滤波电容将脉动的直流电变为较为平滑的直流电。该电路另一个功能是避免设备自身产生的高次谐波返回电网,影响其他用电器。本设计选择使用全桥式整流电路。滤波部分采用2级电容滤波。实验结果表明,电源状态良好,符合设计要求。低压整流电路的作用与高压整流电路的不同之处在于此部分电路是为信号发生模块、控制系统和传感器提供电能,因此还需要稳压电路。温度保护电路的目的是防止IGBT等大功率元器件由于散热不良或者自身故障导致温度过高而损坏。其实际作用是在温度过高时向控制系统发出信号,使控制系统发出命令强行切断主逆变电路电源,以确保安全。散热系统供电电路的作用是为系统内所有的散热风扇和水泵提供电力。
2.7 温度采集电路设计
此模块主要功能是将温度信息显示出来,便于了解当前加热状态。为了避免温度和周围强磁场的干扰,最终选定了非接触式GY-906型红外传感器模块。该温度传感器模块的核心是MLX90614传感器,该传感器共有4个引脚,供电电压为3.3V,通讯采用SPI串行通讯。显示设备选用的是常用的1602型LCD液晶屏。
控制核心选择的是搭载ATMEL mega328微处理器的开发板Arduino Nano。通过对温度传感器所测得的数据进行采集和处理,而后将处理结果显示在液晶屏上。
3 加热系统的实验对比和分析
3.1 中频加热系统的实验拟定与理论分析
根据本文所设计的感应加热系统,本设计拟定了三次实验,进行两组对比,并作了理论分析和计算。实验依据单一变量原则,探究加热效率与工件直径和加热频率之间的关系。通过实验所测得的数据与理论计算的结果进行对比并分析误差原因,以得到准确的实验结论。
首先分析工件直径对加热效率的影响。若感应线圈内部的磁感应强度均匀,涡流电阻和导磁率恒定,不同口径下的磁通量变化情况可简化成关于半径的二次方的比例关系;考虑漏磁以及材料导磁率的影响,实际磁通量分布要远比理想情况复杂;进一步考虑中频加热中存在的圆环效应,即交流电通过圆环形线圈时,最大的电流密度出现在线圈导体的内侧,线圈和工件内的电流随着靠近线圈的距离而增大,更加造成感应器内磁场分布不均匀。因此可以得出结论:加热设备内径与被加热对象外径之比在恰当的范围内且其他条件相同时,被加热容器口径越大其加热效率越高。
然后分析加热频率对加热效率的影响。设其他条件不变,线圈内部的磁通量ΦM表示为:
其中,B为感应线圈内部的磁感应强度;r为感应线圈的绕线半径。
利用楞次定律计算被加热工件表面涡流:
其中:f为电源频率,Rw为被加热工件的涡流电阻。
设Rw为一个定值,令涡流常数为:
式(2)可改写为:
由此可得:
磁感应强度B与电源输入功率P0之间有:
代入式(4)则有:
综上可得知,产生的热量QW与f2成正比。即在一定范围内,增大加热频率,在同等时间内,加热系统产生的热量增加,加热效率提高。
3.2 激励频率对加热系统加热效率的影响实验
实验一:使用某材质为马口铁的容器,将其中加入一定量的水。调整激励频率为系统的谐振频率,周期为17μs,记录将容器中的水加热至沸腾过程中每分钟水的温度。详细参数如表1所示。
记录实验结果如表2所示。
实验二:相对于实验一,将主逆变电路的激励频率周期改为15μs,保持其他条件均不变。可以发现电流相对于实验一明显较小。详细参数如表3所示。
记录实验结果如表4所示。
将实验一与实验二表中数据绘制散点折线图如图10所示。
在此情况下,实际实验设备中存在漏磁等影响工作效率的因素。电源输出功率的改变和死区时间导致的占空比变化是带来实验结果和预期推理之间偏差的主要原因。实验表明:实验结果与理论分析吻合,增大系统加热频率,在同等时间下,水温上升速度加快,加热效率提高。
3.3 工件直径对加热系统加热效率的影响实验
实验三:相对于实验一,将工件的直径由52.58mm改为66mm,保持其他条件均不变。可以发现电流相对于实验一明显较小。详细参数如表5所示。
记录实验结果如表6所示。
将实验一与实验二表中数据绘制散点折线图如图11所示。
实验三在实验一的基础上考虑到漏磁的影响因素,只做了改用增大口径后的金属容器的修改,加热水的总量、加热频率等其他试验条件不变。对比实验结果可以看出口径增大对加热效率的影响,其变化趋势符合在理论计算中的讨论结果,即在合理的范围内,增大被加热物件的口径大小将减少漏磁现象,提高加热效率。
4 结论
涂层烘干室定期检验制度 篇4
1.目的
为了加强对我公司涂层烘干室所使用的机器设备、安全附件等定期检验检测的管理，明确涂层烘干室检验检测的工作任务、范围、职责，特制定本制度。2.适用范围
公司涂层烘干室所有作业人员及相关管理人员。3.工作职责
3.1安全主任负责定期（每年至少一次）联络当地政府法定的检验检测机构来厂对涂层烘干室设备设施、安全附件及作业环境等方面进行检验检测； 3.2安全主任负责组织对涂层烘干室检验检测中发现问题进行风险评估，组织制订隐患整改措施计划，负责管理安全检验检测记录和档案；
3.3 生产部涂层烘干室组长负责每年组织一次对涂层烘干室设备设施的安全检验检测，并对其检验检测过程中发现的问题进行整改落实。4.工作程序
4.1安全主任负责组织各职能部门管理人员对涂层烘干室生产过程进行每月至少一次联合检验检测，并做好相关记录，执行监视和测量的检验检测要求。4.1.1对涂层烘干室各作业工序遵守工艺安全操作规程的检查； 4.1.2 对涂层烘干室所使用设备、安全附件等完好情况的检验检测； 4.1.3对涂层烘干室监视和测量装置的校准状态及完好状态的检验检测；
4.1.4对涂层烘干室作业岗位人员的资格与能力的检验检查； 4.1.5对涂层烘干室各类表格记录的填写情况进行检查。4.2 安全检查检测分类
4.2.1外单位的安全检验检测，政府有关部门如市（区）安监局、消防局、卫生监督局、质量技术监督局等单位对公司的各类安全检验检测。
4.2.2公司安全检验检测，公司组织的安全检测，各部门或岗位组织的安全检验检测。
4.3安全检验检测表制订
4.3.1涂层烘干室《安全检验检测表》必须具有针对性、规范性、防止项目遗漏或走过场，并以此为依据进行检验检测。
4.3.2安全检验检测项目确定原则：安全检验检测表应体现检测项目完整、清晰明了、记录简单的原则。
4.3.3确定安全检验检测表项目时，应重点考虑涂层烘干室区域的如下内容：
4.3.3.1安全目标达标情况、安全机构及职责完善情况；
4.3.3.2安全风险、安全管理方案、制度和安全生产操作规程遵守情况； 4.3.3.3涂层烘干室所用危险化学品（如油漆、天拿水、印刷油墨、松节水、白电油）的储存、运输、使用各个环节及安全管理控制状况；
4.3.3.4曾经发生过安全事故的因素或容易影响安全的薄弱环节。4.4 安全检验检测实施
4.4.1外单位来厂进行涂层烘干室安全检验检测时（每年一次），需有生产部负责人陪同检验检测，安全主任负责记录检验检测提出的问题，并负责整改措施跟进和起草整改报告。
4.4.2公司级安全检验检测一般由公司领导、安全主任和有关人员进行（每年一次）；被检验检测部门/岗位负责人届时到场介绍情况，安全主任记录检验检测提出的问题。
4.4.3车间级安全检验检测由部门/岗位负责人带领设备维修人员参加（每年一次），并记录检验检测提出的问题；有关区域或岗位负责人在场。4.5 安全检验检测记录和统计
4.5.1各类《安全检验检测表》以及必要时另外所附的“检查记录”均为安全检验检测的正式记录，安全检验检测负责人和被检验检测负责人须在上面签字确认，并由安全主任存档。
4.5.2安全主任要定期对公司进行的各类安全检验及检测发现的问题进行跟踪和统计，发现未及时完成的问题要进行督促责任人落实，检查及问题整改情况要定期报告公司总经理。5 相关记录：《安全检验检测表》
涂层系统 篇5
1 各自P LC产品通讯网络
西门子S7系列PLC的通讯网络主要有MPI网络和Profibus-DP网络。其中MPI网络数据传输率在187.5Kbit/s至12Mbit/s之间,最多可有32个站点,由于能力受限,一般大型系统中较少使用。Profibus-DP网络属于其应用较多的网络,基本上315-2DP以上级别的PLC均支持。其一个住宅最多可带125个DP从站,通讯距离大于100公里(光缆),且支持的硬件极多(见图1)。其连接介质以双绞线、光纤为主。
Control Logix系列PLC产品为罗克韦尔公司现在主推的一个产品,其支持的网络为罗克韦尔自家的Device Net和Control Net。其中前者类似于西门子的MPI网络,能力较低,无法在大型系统上应用,所以目前使用以Control Net为主。其具有的特点为:网络速度为5Mbit/s;Producer/Consumer模式,包括多播、多主、对等;同一链路上可接99个节点;节点可随时加入与撤出;开放网络。
其典型的网络见图2。
除了上述网络外,两家公司的产品均支持以太网通讯。
2 通讯手段
目前来说,两家公司PLC产品的工业网络通讯协议并不开放,且接口不同,所以需要特殊产品支持。而以太网接口虽然均为标准以太网接口,但是其数据层的传输协议是不同的,也无法直接通讯。所以我们设想了以下几种实现数据传输的方式:
点对点通讯方式。将一方的PLC输入输出模块与另一方的输入输出模块通过中间继电器进行连接,从而实现信号的交换工作;
借助专门的转接模块实现的工业网通讯。出于技术保护目的两家公司本身还没有类似的产品出现,但是其均通过开放授权的模式向第三方厂家开放了相应接口,所以第三方厂家的类似产品很多。较有名的转接产品包括SST Woodhead生产的Profibus扫描器、Hilscher公司生产的产品、Prosoft公司生产的通讯产品等。
通过以太网进行通讯。这种通讯模式也许要特定的产品,且无法用于自动化控制。但如果用于PLC与PC之间的通讯则没有问题,仅是需要相应的软件支持。
3 各通讯方式的比较
针对以上几种通讯方式,我们分析如下:
点对点方式适用于要传输的数据不多的情况。当数据量较多时,需要大量的连接电缆和中间继电器进行数据通讯,增加了布线量。另一方面,由于PLC信号一般为24VDC,传输距离有限,难以实现远程传输数据;
通过第三方模块实现的工业网通讯模式适用于数据量大、响应时间要求高的数据传输。这种通讯方式可以继承工业网络的全部优点,但是也存在缺点。首先是网络配置困难,调试过程中时常发生无法通讯的情况;其次是兼容性存在问题,直接导致的就是网络速率下降,出现莫名其妙的问题。所以对于应用要求较高的场合,尽量避免使用,且对于涉及到安全的诸如紧停信号等还是应该采取点对点的方式;
以太网通讯的方式传输数据量较大,通讯速度也最高。但受限于以太网自身的特点,当链路中某一时段的数据量较大,用户点较多时,速度会下降,此时级别较低的用户点的数据传输得不到保证。所以这种情况下,就不适合用于工业控制,而是较多的用于纯数据的传输,例如过程数据采集等。
4 针对涂层生产线的网络设计
涂层生产线一般主要的工艺设备包括中频、抛丸、涂敷、管端清理以及一些辅助运输设备等。这里的单机设备一般采用了西门子公司的产品,而运输系统出于网络容量、控制区域等的考虑,选取了罗克韦尔公司的产品。
由于各个主要工艺设备之间被运输系统隔断,所以只要考虑单机设备和运输系统之间的通讯。而这些通讯一般只涉及到交接信号,信号点较少,所以我们设计采用点对点通讯的方式。
另外,此生产线的另一重要要求就是过程数据搜集,并上发到上级MES系统存储。由于上级系统要求和L1设备之间仅保留一个接口,所以数据必需要在L1层面进行打包,并以电文的方式上传。考虑到兼容性、数据处理能力等方面,我们决定把这个任务交给运输系统的PLC完成。这个系统整个的物理结构如图5,数据流向如图6。
这样,整个产线的网络设计完成。
5 结论
目前,以上网络设计已投入使用较长时间,运行效果良好,可靠,满足了本生产线的需求。
参考文献
[1]郑国伟.设备管理与维修工作手册[M].长沙:湖南科学技术出版社,1989.
[2]斯可克.现场总线的现状与发展[J].自动化博览,2000.
[3]罗克韦尔PLC使用说明书[Z].
涂层系统 篇6
1.1 路桥增设防水层的必要性
随着交通事业的迅速发展和公路等级的提高, 高速公路立交桥和高架桥日益增多, 钢筋砼梁的负弯矩处及钢筋砼桥面板在经受车辆重复荷载的震动、冲击、拉伸、剪切等力学性能的影响, 以及由于温度、气候变化引起膨胀、收缩后, 往往会产生细微裂缝而引起桥面渗水或漏水。致使钢筋锈蚀, 影响桥梁的耐久性。尤其是现浇缝砼结合部, 虽在设计和施工中采取了多种防裂措施, 但总存在薄弱环节, 产生裂缝, 若不采取防水处理, 势必降低桥梁的使用年限。 (见图1) 为了延长桥梁的使用寿命, 减少维修费用, 在水泥砼桥面板上喷涂一层防水涂料, 形成防水膜, 以达到桥面防水的目的就显得十分必要。 (GB5002-96) 《公路沥青路面设计规范》及行标JT014-97《公路沥青路面施工及验收规范》中的水泥砼桥面的铺装中均要求设置防水层。
1.2 对路桥防水层的要求
考虑到桥梁公路常处于一年四季不同的气候环境, 且是内外交通咽喉, 重车及超限车辆较多, 以致桥梁路面常年处于或高温或低温湿状态。由于路弯、坡长、坡陡、桥墩高、跨径大, 车辆在其上面行驶, 所形成的振动及剪切力特别大, 要求防水层不仅能起防排水作用, 而且能起到粘结等承上启下的作用。
对理想防水层的要求可以简单地概括为:施工后不透水和在设计年限内不透水, 造价合理。把这些要求分为施工中的要求和设计年限内的要求。
尽管对防水膜提出了很多要求, 但是桥面防水是一个整体系统, 该防水系统包括防水膜与排水设施以及其上的路面结构所组成, 防水膜的性能实际是取决于防水系统中各组成部分的互相作用。例如, 因防水膜与其上层部分粘结力不足而造成两者剥离, 那么即使防水膜的性能完好, 这一防水系统也将失去作用。
正如很难确定影响防水层性能的因素一样, 也很难对这些要求量化, 而正是用这些具体的要求才能控制和保证防水层的质量。原则的要求如下:
(1) 防水层必须是不透水的 ( (1) 施工中的渗水; (2) 设计年限内的渗水) 。
(2) 面层铺筑前、铺筑中、通车后, 防水层应不能被破损。
(3) 防水膜应与面层和桥面有足够的粘结力。
(4) 防水膜应能抵抗桥面裂缝, 包括在施工前和施工后所产生与发展的裂缝。
(5) 防水膜应具备良好的温度稳定性。
(6) 抗老化性能好:防水材料必须具有良好的抗老化性能, 不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力, 抗剪能力和防水能力。
1.3 对路桥防水层部分设计指标的意见
路桥防水层设计指标主要沿用了建筑上的防水指标, 由于使用功能的区别, 它并不完全适用于桥面防水。可以看出, 桥面防水层的作用不同于建筑上的防水, 也不同于地下工程的结构物防水。屋面防水涂膜不受荷载作用, 它的功能就是防止雨水侵入屋面砼, 腐蚀砼中的受力钢筋, 降低结构的使用寿命;而地下结构物的防水涂膜则是在屋面防水的基础上, 再加上一恒定的水压力 (设计指标中考虑了0.3Mpa) ;而桥面防水涂膜除了防水以外, 施工早期必须承受施工设备的裸辗及粒料的穿剌, 开通营运后还得承受行车的反复作用和动水压力 (该动水压力远大于0.3Mpa) , 所以在设计与检测指标上, 不能简单的用一个0.3 Mpa的水压力下不透水来衡量。
(1) 路面施工期间, 大量的施工机械及运输车辆必须在暴露的防水膜上行走, 要求防水膜在常温下经裸辗后无破损, 无剥落。所以应对其进行暴露轮辗试验, 来判定其是否满足设施工要求。
(2) 为保证防水涂膜经高温的沥青下面层混合料摊铺、辗压成型后是否因高温溶化或粒料穿剌而导致涂膜的破坏。所以应对其进行抗剌破与不透水性试验, 以确定其经施工辗压等工序后, 是否仍满足设计要求。从工后取芯处观察, 防水层与水泥砼表面粘结良好。
(3) 耐酸、碱性
对于公路桥面防水涂料抵抗酸、碱性的指标, 可不予检测。该层涂料下面是水泥砼, 上面是沥青砼, 酸性或碱性的物质对其污染的可能性很小, 从施工的角度出发, 对涂料进行与沥青的相融性及耐油性检测, 并提出相应的指标, 似乎更贴近其实际的使用情况。
(4) 粘结强度
从施工的角度出发, 要求防水涂料实干后经车轮辗压不因粘轮而破坏。所以要求涂料与砼间的粘结力大于涂料与轮胎间的粘结力。若不能满足要求, 则应在防水膜的表面再设置隔离层来满足其使用要求。试验表明, 涂料的粘结强度与砼桥面的粗糙度有关。砼表面不同的摩擦系数, 则有不同的粘结强度, 同时与试验温度有相当关系。
(5) 抗剪强度
作为粘结层, 要求沥青砼路面在夏季高温时, 在不同的行车荷载和不同的行车速度下不破坏沥青砼路面, 简单地用一个25℃和45℃下的抗剪切强度来衡量是不够的。相同的防水涂料在不同的垂直压力和不同的剪切速率下, 其层间的抗剪强度亦不同。
1.4 其他要求
还需要特别指出的是, 水泥砼填平层的好坏对桥面防水层的影响很大, 填平层的平整度、强度以及浮渣处理情况, 都将直接影响防水层的粘结效果。因填平层砼浇筑时混合料含水量较大致砼表面形成软弱层, 清理时表面粉尘无法清除干净, 致使防水膜被粘走的情形。
2 传统防水层设计方案
传统方案的注意事项:
(1) 防水层能否满粘
砼结构的桥面表面通常是不光滑的, 防水层的选材须考虑到防水材料有足够的粘结性, 降低因水气穿透引起涂层起鼓现象发生的几率, 使防水层可靠粘结在混凝土粗糙的表面上, 确保满粘, 有利于提高防水系统的性能。
(2) 后续施工的适应性
防水层材料的选择必须兼顾桥面系统设计, 根据防水层上面所使用的材料的不同选择合适的材料搭配, 同时考虑防水层做完后在未保护层之前是否能经受其他外力的损坏, 例如施工完短期内要经受900吨以上的运梁车的碾压、其他施工单位运输车辆的刹车和急转弯。
(3) 抗裂性能
气候条件的不断变化, 混凝土可能位移和开裂, 所以防水层的材料选择必须能经受高温和低温引起的混凝土开裂。
(4) 剪切强度
卡车和小汽车的刹车对桥梁的铺装层都会产生巨大的应力, 最大可达到0.1N/mm的牵引力;防水层也必须在一定的环境温度下承受这样的剪切力。
3 RHINO膜及涂层技术介绍及性能指标
镭纳膜和涂层技术由美国RHINO公司研发, 授权宁波镭纳涂层技术有限公司中国独家生产经营。
该产品是利用纳米技术特别调配出A、B组分按比例通过喷涂设备在喷枪外混和, 喷涂在物体表面上, 形成一种单层不定形的橡胶状膜。可在不规则基面上直接喷涂, 3秒钟成型80%, 2小时表干, 10小时实干 (依温度和湿度而定) 。两种组分均为无污染, 水溶性且不易燃的液体, 在储藏或运输中不会产生任何危险。
经过了美国材料试验协会 (ASTM) 反复严格测验, 并得到了美国船级社 (AMERICAN BUREAU OF SHIPPING) ABS权威认证。
针对路桥防水材料的特殊性, 还进行了热碾压后RHINO膜的渗透试验及RHINO膜裂缝开合疲劳试验。
3.1 热碾压后RHINO膜的渗透试验方法及结果
(1) 试验方法
a.成型透水砂浆抗渗试模。
b.在砂浆试模上涂刷RHINO膜涂层, 厚度lmm。
c.将RHINO膜成型后透水砂浆试块快放在轮辙模上排列紧密, 上铺2cm厚度沥青石屑, 温度125℃。
d.模拟轻、中型8T, 10T压路机各碾压4遍, 碾压温度120℃。
e.取出试快, 剥去沥青石屑, 用砂浆渗透仪进行透水试验。
(2) 试验结果
0.3MPa, 30min不渗水。
3.2 RHINO膜涂层裂缝开合疲劳试验参数及结果
(1) 试验参数
裂缝开合变化量:0.5mm、变化频率:24Hz、循环次数:200万次。
(2) 试验结果
经历200万次试验后, RHINO膜涂层与试验前一样, 未发生开裂。
3.3 RHINO膜涂层工程车辆现场碾压试验图片
(1) 试验结果
工程车辆碾压无破损
4 镭纳RHINO膜在路桥防水施工的可行性分析
(1) 镭纳RHINO膜涂层能够与水泥混凝土及沥青混和料都有很好的亲和性, 能牢固地粘结在一起, 并且能够在沥青混和料的高温下, 只软化, 不流淌, 在高温下与沥青接触面形成一体紧密粘合。在车辆荷载作用下不产生滑移现象。
(2) 镭纳RHINO膜具有近18倍的延展性, 当基面产生微小裂缝后防水层不被拉裂, 95%的还原性, 最大限度地满足了路桥热胀冷缩的设计要求
(3) -37℃低温及80℃的使用温度保证了冬季北方冰雪天气及夏季地表高温的环境要求。
(4) 镭纳RHINO膜具有超强300MM的抗刺破性能, 400磅/平方英寸的抗磨损性, 保证了面层铺筑前、铺筑中、通车后, 防水层不被破损。
(5) 镭纳膜涂层为不可燃, 冷施工、常温5℃机械喷涂、操作安全简便、2-3人一组每天可喷涂1000-2000m2整体没有缝隙、施工速度快, 6秒钟即可成膜, 2h可以表干, 12h后可以进行铺筑沥青混凝土, 最能适应快速施工, 保证施工中的安全。
(6) 可在不规则基面喷涂, 降低施工难度。
(7) 50年以上的使用寿命, 超长的使用寿命是目前国内防水材料无法替代的。
(8) 能够耐酸碱盐腐蚀, 有效地阻止碱-骨料反应, 冰融作用盐的腐蚀、及酸雨腐蚀。
(9) 镭纳RHINO膜涂层, 无毒、无味、绿色环保。
5 镭纳涂层在各种不同工矿的桥面设计
6 施工工艺
6.1 施工工序
基层表面清理→对特殊部位进行RTG涂刷→均匀喷涂镭纳涂层
6.2 基层要求
(1) 基层表面应压实平整, 采用水泥砂浆找平层时, 必须充分养护, 不得有酥松、起砂、起皮现象, 应符合设计要求。
(2) 新旧面层必须清理干净, 不得有杂物、油污和灰尘, 以免影响粘结强度。
(3) 防撞墙拆模后, 应彻底清除防撞墙和混凝土桥面交接部位的模, 钢筋铁丝等杂物。
(4) 桥面含水率不应大于15%。
6.3 施工工具
镭纳膜涂层专用喷涂设备、吹风除尘机、各类滚排刷、兑料桶、涂料搅拌器、机动车等。
6.4 施工操作
(1) 基层清理完毕后, 应先将阴阳角、伸缩缝、施工缝等重点部位进行处理。特别是泄水孔等部位、应做加强处理。
(2) 为避免涂料污染防撞墙, 在喷涂桥面RHINO涂层时, 在无需喷涂的交界处采用HDPE薄膜平整黏贴, 待喷涂完成后实干后就可以撤除HDPE薄膜。
(3) 镭纳涂层可以根据工程等级, 厚度要求进行多遍涂刷或喷涂。直至达到设计标准规范或合同约定的要求。并可根据业主或设计要求增设增强层。其中保护层、在摊铺沥青前可采取在防水层表面撒布细粒沥青混合料的方法做成隔离层, 以防涂膜受损。
6.5 用量
一般面层喷涂1MM厚1.43升/m2, 并可根据工程等级调节。
6.6 注意事项
(1) 使用前拌均匀 (详见镭纳RHINO施工手册) 。
(2) 气温在5℃上施工。
(3) 贮运温度5℃-35℃为宜。
(4) 应选择十二小时无雨雪天气施工。
(5) 涂膜未干燥或未铺沥青砼前, 严防踩踏或汽车行驶。
(6) 防水层必须实干以后, 方可进行摊铺沥青, 一般12小时后为佳 (实干时间根据天气情况而定) 。
7 结语
综合镭纳RHINO膜涂层各项优异的性能指标。可以看出在国内路桥施工中很大程度地降低了施工难度且能有效节省施工时间, 缩短工期, 提高施工进度, 同时其优良的防水、防腐性能, 和耐久性能够为桥面提供长足有效的防水保护, 在道桥应用中是一种极为理想便捷的防水材料, 值得在一些重要桥梁防水上推广应用。
摘要：喷涂高弹橡胶沥青防水涂料是近年来发展起来的一种快凝、无污染的冷制冷喷涂技术, 其优异的物理及化学性能、优良的施工工艺和绿色无污染的环保性充分显示出比传统防水、防渗技术有着无以伦比的优越性能。本文结合工程实例着重介绍喷涂高弹橡胶沥青防水涂料的性能特点、施工工艺及在工程中的应用。
关键词：喷涂,防水涂料,桥面,应用
参考文献
《RHINO膜及涂层技术施工手册》
《国内外桥面防水层施工应用实践》
《对桥面防水涂料部分设计指标的探讨》
《桥梁的涂装》
《中国路桥网》
涂层技术及刀具涂层知识 篇7
2, CVD金刚石涂层:表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟, 与PVD涂层刀具相比, CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10~20倍。金刚石涂层刀具的高硬度, 使得切削速度可比未涂层的刀具提高2~3倍, 使CVD金刚石涂层刀具成为有色金属和非金属材料切削加工的不错选择。
3, 刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求:1硬度高、耐磨性能好;2化学性能稳定, 不与工件材料发生化学反应;3耐热耐氧化, 摩擦系数低, 与基体附着牢固等。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。涂层材料的发展, 已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层, 经历了TiC—Al2O3 一TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段, 现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN, 等多元复合薄膜材料, 使刀具涂层的性能有了很大提高。
4, 在涂层刀具制造过程中, 一般根据涂层的硬度, 耐磨性, 高温抗氧化性, 润滑性以及抗粘结性等几个方面来选择, 其中涂层氧化性是与切削温度最直接相关的技术条件。氧化温度是指涂层开始分解时的温度值, 氧化温度值越高, 对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层, 但事实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝, 氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比, 硬质合金刀具的切削速度通常更高, 这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层, 硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVDTiAlN涂层。
涂层系统 篇8
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.
涂层系统 篇9
金刚石涂层刀具的涂层表面光滑度和涂层粘结力的提高是涂层刀具质量改善的两大课题[1]。作为新型刀具涂层材料, 金刚石涂层材料在切削时与刀具基体材料——硬质合金之间的粘结力大小是影响刀具表面涂层材料使用寿命的关键因素。热丝CVD沉积工艺制备金刚石涂层刀具时, 涂层与刀体之间的粘结力的提高、涂层厚度均匀性的改善是目前进行工艺改善的主要方向, 因为这两项指标直接关系着涂层刀具的切削性能及可靠性, 也是金刚石涂层刀具实现产业化必须面对的重要课题。
国内外学者对热丝CVD法金刚石涂层工艺进行了大量研究, 对金刚石涂层各项性能的测定进行了多方面的探索, 为金刚石涂层刀具的研究进展积累了丰富经验, 并取得了许多可贵的技术成果。但是对有关CVD法制备金刚石涂层的耐磨性能和失效机理方面的研究, 目前还处于起步阶段, 且CVD法制备金刚石涂层的评价体系尚未形成, 因而这方面的研究是值得进一步深入的。
以硬质合金作为刀具涂层的基底材料时, 硬质合金材料中钴元素的存在会对金刚石的沉积产生抑制效应, 具体表现在影响金刚石的形核以及促进金刚石相向石墨相转化。进行预处理工艺时, 应以提高基体材料表面激活能、增强金刚石涂膜与基体材料的粘结强度、缩小基体材料与金刚石涂膜之间的热膨胀系数、增大基体材料与碳源气体之间的有效接触为考量。因此, 对硬质合金刀体表面进行预处理首先就要去除其表面的钴元素。
2 酸碱两步预处理法原理
采用酸碱法对硬质合金基体表面的钴元素进行腐蚀处理。首先采用Murakami法 (氢氧化钾与铁氰化钾混合溶液) 移除硬质合金基体表面的WC, 然后利用浓硫酸与双氧水的混合溶液去除基体表面的 元素。元素作为硬质合金材料中的粘结剂, 在热丝CVD法制备金刚石涂层工艺中对石墨的生长有促进作用, 却不利于金刚石的沉积, 影响涂层材料与刀具基体之间的粘结力[2]。图1所示为Co的催石墨作用示意图。
3 实验方法
首先是碱洗, 氢氧化钾和铁氰化钾是用来腐蚀硬质合金表面碳化钨的碱性溶质, 配取不同浓度两种溶质的溶液三组, 编号为J1、J2、J3。然后是酸洗, 浓硫酸和双氧水是用来腐蚀硬质合金表面粘结剂Co的强酸, 配取两者不同组分的溶液三组, 编号为S1、S2、S3。表1所示为酸碱法实验中所需溶液的配比对照表。最后是酸洗, 将三组刀具D1～D3、D4～D6、D7～D9分别浸入强酸溶液中浸泡15s。酸洗过程中刀具浸泡部位产生大量气泡, 并释放大量热量。在碱洗完成后和酸洗完成后, 需要各穿插一步超声波清洗的工艺, 以完全清除硬质合金表面的溶液残留。
碱处理的目的是对硬质合金表面的WC进行腐蚀, Co不会参加与碱溶液的反应, 具体化学反应方程式如下:
酸溶液中, 硬质合金中的粘结剂Co会发生反应, 具体反应方程式如下:
Co+H2SO4→CoSO4+H2↑。 (4)
对9把刀的表面进行扫描电镜SEM拍摄, 分析酸碱两步法后刀具表面形貌的差异。9个样品的反应结束后表面形貌的SEM对比图见图2。
对D3、D6、D9号样品进行热丝CVD法沉积金刚石薄膜。反应过程中, 控制通入沉积室内的丙酮/氢气体积分数为1%～3%, 控制反应室内压强为6kPa, 加热热丝温度升至2 000℃, 沉积工艺进行5h。利用SEM扫描电子显微镜观察9份样品表面的金刚石成核密度。图3所示为9个样品在不同预处理工艺条件下金刚石沉积效果的SEM照片。
4 实验结果分析
由图3中可以发现:D1、D2、D3号样品的碱处理时间较短 (低于45min) , 随着样品碱处理时间的延长, D4、D5、D6号样品表面的腐蚀程度提高, 表面粗糙度上升。进行沉积金刚石后, 金刚石的成核密度也在逐步增加 (由106cm-2逐次增加到107cm-2、108cm-2和109cm-2) 。其中尤其以D5、D6号样品成核密度的提高最为明显, 金刚石晶体几乎遍布样品表面, 这说明当控制酸碱两步法的处理时间在35min左右时, 是较为适合金刚石沉积的预处理时间。随着预处理时间的进一步延长, 样品表面粗糙度进一步提高, 而在其表面进行沉积金刚石涂膜后发现, 这一提高反而引起了成核密度的下降 (下降至105cm-2左右) , 图中可以看到金刚石晶体的积聚。这就说明酸碱两步法的反应时间过长对金刚石形核也有消极影响。
5 结语
(1) 通过对硬质合金涂层刀具的磨损及失效形貌做出了初步分析, 并提出了一种适合对硬质合金YG6进行表面预处理的工艺安排, 可以确定碱溶液中氢氧化钾、铁氰化钾与水的最佳配比为1∶1∶10, 硫酸与双氧水的最佳配比为3∶7。
(2) 根据对涂层后SEM照片的分析, 得出了适合于YG6表面去Co预处理方案的最佳工艺参数安排, 即利用酸碱两步法对硬质合金YG6表面进行处理的最佳工艺安排为碱处理时间45min左右, 酸洗时间为15s左右。
参考文献
[1]戴达煌, 周克崧.金刚石薄膜沉积制备工艺与应用[M].北京:冶金工业出版社, 2001.