油漆噴涂設(shè)備, 油漆噴涂設(shè)備詳解
導(dǎo)讀：金屬氟碳漆是一種多用途，高效，化學(xué)固化的氟碳共聚體為原料的雙組分常溫固化涂料，具有出色的保護(hù)性、裝飾···
油漆噴涂設(shè)備, 油漆噴涂設(shè)備詳解:隨著能源危機(jī)問題的日趨突出，富饒海洋資源的開發(fā)和利用越來(lái)越被人們重視。開發(fā)海洋資源的能力不僅反映出一個(gè)國(guó)家海洋科技創(chuàng)新及其推廣應(yīng)用的水平，更能體現(xiàn)出這個(gè)國(guó)家在海洋領(lǐng)域的競(jìng)技潛能和綜合國(guó)力。目前，我國(guó)在海洋領(lǐng)域的探索和發(fā)展處于持續(xù)升溫狀態(tài)，越來(lái)越多的海洋工程設(shè)施投入應(yīng)用，如海洋平臺(tái)、油氣管線、岸壁設(shè)施、大型船舶用漆等。但是這些海洋工程設(shè)施的發(fā)展仍然面臨著諸多問題，腐蝕損傷、磨蝕失效和生物污損等情況嚴(yán)重延緩了我們?cè)诤Ｑ筚Y源開發(fā)利用領(lǐng)域的前進(jìn)步伐。據(jù)資料顯示，海洋工程材料因腐蝕等問題每年造成了近萬(wàn)億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，海洋腐蝕失效機(jī)理的研究與工程設(shè)施防腐技術(shù)的提升已成為我國(guó)海洋工程領(lǐng)域里亟待解決的問題。
近年來(lái)的研究與應(yīng)用結(jié)果表明，采用熱噴涂合金防腐涂層是海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的有效方法之一。這種技術(shù)是利用各種熱能將防腐金屬材料熔化，并通過高速氣流使其霧化噴射到零件表面上，形成防護(hù)涂層的一種表面加工方法。但是，傳統(tǒng)的電弧噴涂防腐技術(shù)通常是由人工來(lái)操作的，導(dǎo)致其控制精度較低、產(chǎn)生的涂層質(zhì)量不穩(wěn)定，而且它的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，這些情況嚴(yán)重制約了該技術(shù)在海洋防腐工程領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。針對(duì)這些問題，筆者科研團(tuán)隊(duì)將智能控制技術(shù)、逆變電源技術(shù)、紅外測(cè)溫技術(shù)、數(shù)值仿真技術(shù)綜合集成創(chuàng)新研制了新型自動(dòng)化高速電弧噴涂設(shè)備，將傳統(tǒng)“粗放型”電弧噴涂技術(shù)提升為噴涂工藝與涂層質(zhì)量**可控的先進(jìn)高效維修技術(shù)。
自動(dòng)化智能高速電弧噴涂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)與噴涂設(shè)備的一體化聯(lián)動(dòng)控制，具有自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，在海洋工程材料表面大面積防腐等領(lǐng)域效果顯著。該系統(tǒng)中的高速電弧噴涂槍實(shí)現(xiàn)了超音速氣流霧化，*大氣流速度達(dá)586m/s，鐵基噴涂材料的*大粒子飛行速度由傳統(tǒng)噴涂的100m/s以下提高到150m/s以上，涂層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)20-40MPa，孔隙率顯著降低，涂層質(zhì)量得到大幅提升。系統(tǒng)中具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高穩(wěn)定性的脈寬調(diào)制型數(shù)字式電弧噴涂逆變電源，實(shí)現(xiàn)了在噴涂過程中噴涂參量與送絲速度之間的智能化自反饋和自調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)電弧噴涂采用的硅整流電源相比，逆變式噴涂電源體積和重量分別減小50%和75%，質(zhì)量更加可靠，便于現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)。利用研發(fā)的電弧噴涂智能模糊控制單元，結(jié)合紅外熱像儀對(duì)噴涂溫度場(chǎng)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了電弧噴涂工藝參數(shù)的在線智能閉環(huán)反饋控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)涂層殘余應(yīng)力的優(yōu)化控制。設(shè)備單元采用模塊化設(shè)計(jì)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，涂層質(zhì)量**可控，使電弧噴涂升級(jí)為噴涂工藝與涂層質(zhì)量可**控制的先進(jìn)維修技術(shù)，噴涂效率為手工的3倍以上，大大減輕了操作強(qiáng)度，為海洋工程設(shè)施表面防腐提供了技術(shù)支撐。高速電弧噴涂技術(shù)不僅保持了經(jīng)濟(jì)性、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且使噴涂層獲得了更加優(yōu)異的性能，可有效延長(zhǎng)海洋工程設(shè)施的使用壽命，特別是在大型鋼結(jié)構(gòu)的防腐工程方面將發(fā)揮重要作用，是一項(xiàng)易于推廣、適合我國(guó)國(guó)情的**技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，筆者科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)材料制備與成形一體化先進(jìn)技術(shù)的設(shè)計(jì)思想，結(jié)合我國(guó)國(guó)情創(chuàng)造性地提出將粉芯絲材和高速電弧噴涂技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)了具有“自封閉”效應(yīng)的Zn-Al-Mg-RE涂層和新型兼具防腐與耐磨雙重功能的Al基非晶納米晶復(fù)合涂層，為海洋工程設(shè)施表面防腐提供了更為優(yōu)質(zhì)的材料支撐和技術(shù)保障。
(1)具有“自封閉”效應(yīng)的Zn-Al-Mg-RE涂層的研究采用熱噴涂Zn、Al及其合金涂層對(duì)鋼鐵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行防腐，國(guó)外早在20世紀(jì)20年代就已開始應(yīng)用，至今仍是普遍采用的腐蝕防護(hù)措施。國(guó)內(nèi)外防腐實(shí)踐表明，Zn-Al合金防腐涂層的防腐性能要好于Zn、Al涂層，并逐漸替代了Zn涂層和Al涂層，成為海洋氣候環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的**材料。但這些材料對(duì)“點(diǎn)蝕”等常見腐蝕形式的防護(hù)效果較差，容易導(dǎo)致材料腐蝕穿孔、鼓泡失效，影響裝備的使用壽命。
調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在Zn-Al合金涂層中添加少量的Mg和RE能進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性能。Mg的作用是形成尖晶石氧化膜改善涂層中Al的陰極保護(hù)作用，出現(xiàn)“自封閉”現(xiàn)象大大提高了其在鹽霧腐蝕環(huán)境下的耐“點(diǎn)蝕”性能;RE元素能細(xì)化涂層微觀結(jié)構(gòu)，減少噴涂層的孔隙率，并對(duì)涂層具有一定的強(qiáng)化作用。但由于受到實(shí)心材料拉拔工藝的限制，無(wú)法獲得高Al(含量大于15%時(shí))、Mg含量的噴涂絲材。針對(duì)海洋環(huán)境下工程設(shè)施的防腐問題，創(chuàng)造性地采用粉芯絲材制備技術(shù)鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明Zn-Al-Mg-RE高速電弧噴涂層具有*好的耐蝕性能，耐蝕壽命為Zn和Al涂層的4倍以上。經(jīng)過進(jìn)一步電化學(xué)試驗(yàn)手段分析認(rèn)為：在腐蝕環(huán)境中，Al涂層容易發(fā)生點(diǎn)蝕，腐蝕產(chǎn)物無(wú)自封閉作用;Zn涂層的腐蝕產(chǎn)物易溶于水，表現(xiàn)出微弱的自封閉效果;Zn-15Al涂層的腐蝕產(chǎn)物對(duì)涂層中的孔隙能產(chǎn)生一定的自封閉作用，但不徹底;加入Mg后的Zn-Al-Mg涂層在腐蝕后形成較致密的腐蝕產(chǎn)物，自封閉效果較為明顯，但不穩(wěn)定;加入RE元素后，改善了涂層組織的均勻性，降低了涂層的孔隙率，提高了腐蝕產(chǎn)物層的穩(wěn)定性，其自封閉作用明顯，從而進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性能，Zn-Al-Mg-RE涂層在腐蝕過程中表現(xiàn)出明顯且穩(wěn)定的自封閉現(xiàn)象提出了Zn-Al-Mg-RE涂層的“自封閉”機(jī)理。該涂層在腐蝕動(dòng)態(tài)過程中形成了納米腐蝕產(chǎn)物，隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，生成了一系列Zn的堿式鹽類、Mg的氫氧化物及Mg與Al形成的尖晶石氧化物的水合物等腐蝕產(chǎn)物(如圖3所示)，這些腐蝕產(chǎn)物不但能夠在涂層表面形成鈍化膜，還能夠有效地堵塞涂層中的孔隙，切斷腐蝕介質(zhì)的快速通道，從而提高涂層的耐蝕性。該涂層耐蝕性能為傳統(tǒng)Al涂層的2-3倍，有效解決了“點(diǎn)蝕”難題，可使海洋工程設(shè)施的防護(hù)壽命由原來(lái)的3-5年提高到10-15年以上，并成功應(yīng)用到了大型水壩閘門、海洋氣象浮標(biāo)、民用船舶甲板等鋼結(jié)構(gòu)件上(應(yīng)用實(shí)例見圖4所示)，防護(hù)效果顯著。
(2)與耐磨雙重功能的鋁基非晶納米晶復(fù)合涂層的研制鋁基非晶態(tài)合金材料是當(dāng)今國(guó)際材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。非晶材料不存在結(jié)晶金屬存在的晶界、缺陷、偏析和析出物等，表現(xiàn)出各向同性，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。但是，鋁基非晶態(tài)合金玻璃形成能力較差，過冷液相區(qū)寬度僅有10K左右，急冷條件限制比較苛刻(冷卻速度須大于105K/s)，且只能獲得粉狀、絲狀、薄帶、毫米棒等形式產(chǎn)品，限制了該類合金性能潛力的發(fā)揮及其推廣應(yīng)用。
高速電弧噴涂技術(shù)不僅可以快速升溫熔化材料，同時(shí)具有快速冷卻凝固材料的特征，冷卻速度極高(105-107K/s)，具備了形成非晶納米晶復(fù)合涂層的必要條件。而且該技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的優(yōu)勢(shì)，還可以大面積獲得具有優(yōu)質(zhì)防腐性能的非晶納米晶復(fù)合涂層，對(duì)于該類材料在海洋工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用非常有利。通過大量調(diào)研，利用粉芯絲材制備技術(shù)，通過合金成分的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，筆者科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先采用高速電弧噴涂技術(shù)獲得了鋁基非晶納米晶復(fù)合涂層，拓寬了該類材料的制備方法和應(yīng)用范圍，并在國(guó)際期刊上發(fā)表了**篇該領(lǐng)域的英文學(xué)術(shù)論文。
獲得的Al基非晶納米晶復(fù)合涂層由非晶、納米晶相和晶化相共同組成(氟碳漆廠家的金屬氟碳漆)，具有硬度高(與45鋼相近，顯微硬度值在HV0.1=300-400之間，見圖6所示)、防腐性能優(yōu)異(比傳統(tǒng)Al涂層提高了3倍以上，和耐磨損性能良好的特點(diǎn)。較為重要的是，該涂層在腐蝕與磨損交互作用環(huán)境下的相對(duì)耐磨性比傳統(tǒng)防腐材料(Al涂層)提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)。不僅解決了傳統(tǒng)Al、Zn基防腐涂層材料不耐磨損的技術(shù)“瓶頸”，更為在腐蝕與磨損交互作用下的惡劣工況環(huán)境中服役的工程設(shè)施提供了防護(hù)保障。
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