水工钢结构件热喷涂锌-不锈钢阶梯涂层工艺及应用

liujiangnan · 发表于 2006-9-12 19:19:58

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水工钢结构件热喷涂锌-不锈钢阶梯涂层工艺及应用
分类：喷涂技术时间：2006-3-30 23:29:41
摘　要:介绍了热喷涂锌不锈钢阶梯涂层的施工工艺及工程应用情况。与单独喷锌或喷不锈钢试样进行了水下对比试验,结果表明,喷涂阶梯涂层试样水下耐蚀和抗破坏效果显著。因防护期长,所以周期单位造价低。认为这种复合喷涂层有良好的应用前景。
关键词:热喷涂阶梯涂层工艺
1       引　言
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,以较高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的方法。水工钢结构件等基体材料的表面,经过热喷涂技术处理,被“点铁成金”、“戴盔穿甲”,得到了具有一定厚度的耐腐蚀、耐磨蚀的金属保护涂层,从而使水工钢结构件达到耐蚀、耐磨的作用。
随着科技的不断发展,热喷涂技术日臻完善,可供选用的金属喷涂材料已研制开发出上百种,锌、不锈钢是其中常用的材料。不锈钢涂层具有耐磨损、保护周期长的特点;而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)。上述两种金属涂层各有优势,若将二者在同一工件基体上叠加使用,先用锌涂层作为底层,再用不锈钢涂层作为面层,最终形成阶梯涂层,运用到水工钢结构件中,就能获得既经济,又满意的防腐蚀效果。
2       热喷涂锌+热喷涂不锈钢阶梯涂层工艺流程简介
整个工艺流程见图1（略）。
2.1    钢结构表面处理(喷砂除锈打糙)
热喷涂金属阶梯涂层防腐蚀工艺的除锈打糙和喷锌、喷不锈钢一样,首先由空压机提供喷砂动力、压力一般为4～5ｋｇ/ｃｍ2。在压缩空气的作用下,将经过筛选的带有棱角的石英砂(颗粒为0.5～1 5ｍｍ)高速冲击工件表面,经处理后的基体表面凹凸不平,处理后的表面应达到Ｓａ2.5级,该流程结束后采用目测、图片对比等方法检测。
2.2    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。工作原理是:喷枪中的压缩空气作为原动力,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。其质量要求是:符合设计标准,厚、薄均匀(一般用非磁性测厚仪检测),颗粒适中,涂层为银灰色。
2.3    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、不锈钢二者熔点不同,故应调整好氧乙炔焰的用量。质量要求是:符合设计厚度,仍使用非磁性测厚仪检测,涂层颗粒较粗,外观为灰黑色。
2.4    涂装环氧云铁、封闭底漆、涂装ＡＣ 5氯化橡胶铝粉面漆
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。
3       应　用
2002年4月,我公司在国家重大工程———淮河入海水道滨海枢纽,立交地涵水工钢结构防腐蚀工程中进行了应用。
3.1    选　材
锌丝,根据设计要求,使用上海产品,3ｍｍ,纯度为99.99%,熔点为420℃(由机械工业材料性能测试技术中心检测)。外观色鲜亮、圆度匀、表面无毛刺、划痕,无氧化皮。塑料纸、布条双层外包装物完好。不锈钢丝,根据设计要求,使用上海产品,2ｍｍ的铁素体不锈钢丝。其中主要几种成分是:Ｃｒ18%,Ｎｉ9.0%,Ｍｎ1.25%,熔点为1200℃。(由中科院上海冶金研究所上海金属防腐蚀与防护技术有限公司检测)。外观无划痕、毛刺、无氧化皮、外包装物完好。
3.2    主要工艺参数
（1）金属气喷枪　喷锌选用高速枪、喷枪咀为3.2ｍｍ、空气帽用6.5ｍｍ;喷不锈钢时选用中速枪,喷枪咀为2.2ｍｍ,空气帽用6.0ｍｍ;相应更换蜗轮蜗杆。
(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0.5～0.6ＭＰａ(5～6ｋｇ/ｃｍ2),乙炔压力为80～120ｋＰａ(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一锥形雾束喷射到闸门上;喷不锈钢时氧气压力0 6～0.8ＭＰａ(6～8ｋｇ/ｃｍ2),乙炔压力0.14～0 15ＭＰａ(1.4～1.5ｋｇ/ｃｍ2),使不锈钢丝在喷枪口被氧乙炔火焰熔化后,形成一锥形微粒束,喷射到钢闸门上。
(3)进丝速度控制　由于锌丝熔点较低,使用了高速喷枪,因此进丝速度调整为3～4ｍ/ｍｉｎ;不锈钢丝熔点较高,使用了中速喷枪,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°,在一些困难位置也可以放到40°。喷不锈钢取10～20°,这样可避免因角度过大而导致喷涂层结构松散以及脱落现象的发生。
3.3    喷涂效果
阶梯涂层底层为锌层,颗粒较细,涂层均匀,孔隙小,密实性好,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,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涂装,防水、防渗性能好。水利部上海勘测设计院和江苏省质量检测中心曾对各道工序分别检测,证明热喷涂金属阶梯涂层质量优良,完全满足设计要求。
4       与单金属喷涂技术的对比及试验
4.1    质量对比
(1) 喷锌　我公司自1975年以来,长期在长江葛洲坝、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蚀工程,几十年的成功的施工经验证明,水工钢结构喷锌防护工艺的保护期为15年左右,其防护性能可靠稳定,锌层防渗透强,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报道和应用,不锈钢的喷涂层保护周期为45年左右,其特点是硬度高,耐磨性好,强度大,抗破坏性良好,但相对喷锌,不锈钢喷涂防腐蚀效果较差,因表面粗糙、渗水性强,覆盖密实性不够,易锈蚀。
(3) 热喷涂金属阶梯涂层　该工艺是逐步发展起来的防腐蚀新技术,在水工钢结构防腐蚀中尚未被广泛应用,为检验这种新技术的防蚀效果,我们做了一个试验:
将采用喷锌(Ａ)板、喷不锈钢(Ｂ)板和金属阶梯涂层防腐蚀的(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,5天后取出。
观Ａ板表面基本无变化,用小锤轻轻击打,锌层受撞击、磨檫变形移位,Ａ板表面受击部位裸露。
观Ｂ板表面基本锈蚀,锈水从不锈钢表层的粗糙裂缝中渗出(在水工钢结构防护中不可能磨光,原因是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。该工艺由于涂层孔隙大,透水性好,钢结构表面仍与水接触而锈蚀。
观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蚀及抗破坏效果显著。
4.2    经济效益
经济效益对比见表1（略）。从表1比较可知,热喷涂金属阶梯涂层防腐蚀工艺周期单位总造价最低。
5       结论与建议
经过本工程应用和试验说明:
(1) 单独选用喷涂不锈钢工艺防腐蚀,初始投资成本较之选用喷锌高,其不锈钢涂层坚硬、耐磨擦,保护周期可达45年之久,但对水工钢结构水下工程防腐蚀并不适用(<100μｍ时,因表层颗粒大、密实性差,渗水;涂层太厚,又极易剥落)。
(2) 单独选用喷锌工艺防腐蚀,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蚀工艺低,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、冲刷部位的锌层保护周期还将缩短。
(3) 热喷涂金属阶梯涂层防护技术,将上述二种工艺结合使用,优势互补,涂层耐磨损,外观整洁、覆盖均匀、密实,保护周期长,防腐蚀性能好,抗破坏性强,因不需组织二次施工,显著降低了工程寿命周期成本。热喷涂金属阶梯涂层技术成熟,实用性好,是首选的水工钢结构防腐蚀工艺。
我国江河湖泊众多,海岸线较长,水利工程和水工建筑物中钢结构件非常之多,防腐蚀工作面广量大。水工钢闸门各部分在运行中,水上、水下、水线受腐蚀与破坏程度不均,闸门滚轮、轨道等埋件受摩擦较重,保护层极易损坏。热喷涂金属阶梯涂层防护技术经济、实用,能达到最佳的防腐蚀和耐磨效果,应大力推广应用,并在应用中不断改进.

xiyie · 发表于 2006-9-12 19:24:41

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