CN102555344B - 矿用轻金属机械防爆涂层及其喷涂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用轻金属机械防爆涂层及其喷涂工艺。解决了现有矿用轻金属机械必须使用铸钢或铸铁零件代替存在安全隐患、增加能耗的问题，方案包括在轻金属机械表面由内至外依次为磨砂面、底层金属层、有机封闭涂层，其中，所述底层金属层为Zn层，所述有机封闭涂层由下述重量份数的组分混匀喷涂后干燥固化形成，组分包括水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2。本发明工艺简单、防爆效果好、不增加机械部件的重量，减少机械作业时的油耗、安全可靠。

Description

矿用轻金属机械防爆涂层及其喷涂工艺

技术领域

本发明涉及一种涂层及其喷涂工艺，具体的是说一种矿用轻金属机械防爆涂层及其喷涂工艺。

背景技术

目前的矿用机械机体零部件如矿用柴油机的相关部件常采用一些铝合金轻金属零件，如柴油机的进气进气管路、离合器壳体等，采用轻金属可以很好的减轻柴油机重量，从而降低油耗，但是采用轻金属制造这些部件不符合矿用防爆柴油机的防爆标准要求，必须对暴露在外的轻金属机械表面进行处理，目前最常见的是采用铸钢或铸铁零件代替，这种代替方式存在诸多问题：1、仍然存在容易因撞击产生火花从而引起煤矿井下瓦斯爆炸的安全隐患；2、铸钢或铸铁零件密度大，造成整机重量增大，反而使柴油机油耗增加；3，必须重新开模制造，生产成本高。因此，研究人员一直期望在延用现有轻金属零件生产矿用机械的同时，也能解决机械在井下作业的防爆安全性问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、防爆效果好、不增加机械部件的重量，减少机械作业时的油耗、安全可靠的矿用轻金属机械防爆涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述矿用轻金属机械防爆涂层的喷涂工艺。

本发明涂层为在轻金属机械表面由内至外依次为磨砂面、底层金属层、有机封闭涂层，其中，所述底层金属层为Zn层，所述有机封闭涂层由下述重量份数的组分混匀喷涂后干燥固化形成，组分包括水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2。

所述底层金属层厚度为120～150μm，有机封闭层厚度为50～80μm。

所述磨砂面相当于对金属机械表面进行的毛化处理，保证底层金属层及有机封闭涂层能够牢固附着，不易脱落；所述底层金属层特别选用Zn是因为其具有良好的抗电磁场性能及具备较低的熔点，不易氧化，覆盖在磨砂面上形成一层保护层，可以起到使轻金属机械表面与空气的完全隔离作用，同时，锌自身及与其他金属碰撞时不会发生火花，适合作井下防爆器材；并且，发明人对有机封闭涂层的组分进行了仔细分析和研究，针对特殊矿井作业环境研制而成，涂料基料使用常规的水和低环氧树脂以及NL固化剂，添加的羟乙基甲基纤维素是一种非离子型的表面活性剂，除具有良好的可溶性和分散性，高温或煮沸不沉淀，能提高涂料的渗透性能，添加硫酸钠可加速涂层的凝固，添加0.5的石英粉可提高涂层的耐磨及耐候性能，添加适量的铜粉及导电炭黑可有效提高涂料的抗静电性能。上述几个组分共同作用，使处于金属机械表面最外层的有机封闭涂层不仅具有优良的渗透性能，还具有良好的抗静电效应，对于Zn层具有优异的钝化作用和封孔效果，相较于现有的铸钢或铸铁零件代贴方式而言，不仅防爆效果好，而且大大减轻了轻金属机械的质量，如应用在矿用柴油机及其相关部件或由柴油机驱动的相关轻金属部件上时，可有效节省油耗。

进一步的，为了尽可能提高防爆效果，各层厚度也应合理控制，底层金属层应控制在120～150μm之间，过厚不利于后续有机封闭涂层的渗入，过薄则会造成有机封闭涂层附着力下降；有机封闭层则应较薄，可均匀渗透附着在底层金属层表面，形成一层有效的保护膜，一般厚度最好在50～80μm之间，过厚则容易造成喷涂流痕，外观美观度下降，过薄则影响其涂层性的发挥，不能满足煤矿行业摩擦火花试验要求。

本发明矿用轻金属机械防爆涂层的喷涂工艺包括下述步骤：先对轻金属机械表面进行清洁，然后采用压力喷砂机对轻金属机械表面进行喷砂，使轻金属机械表面形成磨砂面；将融化后的锌液喷涂至磨砂面表面形成底层金属层；将水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2混合均匀后喷涂至底层金属层表面，干燥固化后形成有机封闭涂层。

所述喷砂工艺中，喷砂粒度为0.5-2mm，空气压力0.5-0.8Mpa，喷砂距离在300-500mm。

底层金属层厚度为120～150μm，有机封闭层厚度为50～80μm。

本发明工艺中，针对轻金属(如铝或铝合金、铝镁合金类轻金属)的特点，先对其机械表面进行毛化处理，利用压力喷砂机进行喷砂，在轻金属机械表面形成磨砂面，以利于后续涂层的喷涂及附着，进一步的，控制好喷砂机的压力、喷砂距离、磨料粒度能保证最为有利的毛化效果；作为底层金属层的锌层的喷涂方法可以采用例如将锌合金丝融化(如电熔)后形成锌液，再利用高速电弧喷涂成套装备喷涂在磨砂面表面的喷涂方法；所述作为最后封闭涂层的喷涂涂料是将(重量份数)水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2均匀混合后通过自动涂机进行封闭喷涂，喷涂应控制50～80μm的厚度，喷涂完后使其自然干燥固化即可，该有机封闭涂层可在Zn层表面均匀渗透，形成的有机封闭涂层对底层金属层起到更为优异的钝化作用和封孔效果。

本发明喷涂工艺简单、操作简便，喷涂层几乎不增加轻金属机械的重量，适用于井下，防爆效果好，原料易得，无需将轻金属机械表面材质更换成铸钢或铸铁零件，其生产成本也得到有效控制，且喷涂后不易脱落，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明矿用轻金属机械防爆涂层的示意图。

其中，1-进气管表面、2-磨砂面、3-底层金属层、4-有机封闭涂层。

具体实施方式

下面结合附图以铝制柴油机进气管为例，进一步详细介绍本发明涂层。

参照图1，在进气管表面1，由内至外依次为磨砂面2、底层金属层3(锌层)和有机封闭涂层4。

喷涂工艺实施例：

表1：工艺实施例1-4的磨砂面喷涂工艺。

表2：工艺实施例1-4中各层喷涂层厚度(干燥固化后的厚度)

	底层金属层(μm)	有机封闭涂层(μm)
			工艺实施例1	150	70
工艺实施例2	130	80

工艺实施例3	120	50
			工艺实施例4	140	60

表3：工艺实施例1-4的封闭涂层的涂料配比(重量份数)。

工艺方法实施例1-4：

先对进气管表面1进行清洁，然后采用压力喷砂机(太原市世锐喷砂机械设备有限公司，SR-1315转盘式自动喷砂机)进行喷砂，具体喷砂过程中的空气压力、喷砂距离及砂粒粒度见表1，使轻金属机械表面形成表面粗糙的磨砂层2；将直径为2mm的锌条(或锌合金丝)电熔成锌液，将锌液通过高速电弧喷涂成套装备(武汉材料保护研究所，WDP2000型)在0.55MPa的压力下喷涂至粗糙度层2表面，形成底层金属层3；将表3中各组份混合均匀后的涂料通过自动喷涂机(武汉材料保护研究所，WCWA1型喷涂机)喷涂至底层金属层表面3，干燥固化后形成有机封闭涂层4。工艺实施例1-4喷涂干燥后各层的厚度详见表2。由此分别制得进气管表面1上的防爆涂层1-4。

试验例：

制出与进气管材质及厚度相同的试件，并按工艺实施例1-4的方法在8件试件进行喷涂，每个工艺实施例应用2件试件，共计8件，每件实验4次。

在国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心进行自由落锤试验，试验依据为GB/T13813-2008《煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则》，按技术要求“在32次有效自由落锤冲击Q235钢板试验中，不发生一次引燃试验用气体为合格”进行，其中重锤质量60kg，下落高度2m，结果为32次试验均未引燃试验用气体，判定为合格。

Claims (4)

1.一种矿用轻金属机械防爆涂层，其特征在于，在轻金属机械表面由内至外依次为磨砂面、底层金属层、有机封闭涂层，其中，所述底层金属层为Zn层，所述有机封闭涂层由下述重量份数的组分混匀喷涂后干燥固化形成，组分包括水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2。

2.如权利要求1所述的矿用轻金属机械防爆涂层，其特征在于，所述底层金属层厚度为120～150μm，有机封闭层厚度为50～80μm。

3.一种矿用轻金属机械防爆涂层的喷涂工艺，其特征在于，包括下述步骤：先对轻金属机械表面进行清洁，然后采用压力喷砂机对轻金属机械表面进行喷砂，使轻金属机械表面形成磨砂面；将融化后的锌液喷涂至磨砂面表面形成底层金属层；将水72-74、低环氧树脂5-7、羟乙基甲基纤维素12-14、NL固化剂4-6、硫酸钠0.3-0.8、石英粉0.3-0.8、铜粉1-1.5、导电炭黑0.5-1.2按照上述重量份数混合均匀后喷涂至底层金属层表面，干燥固化后形成有机封闭涂层；所述喷砂工艺中，喷砂粒度为0.5-2mm，空气压力0.5-0.8Mpa，喷砂距离在300-500mm。

4.如权利要求3所述的矿用轻金属机械防爆涂层的喷涂工艺，其特征在于，底层金属层厚度为120～150μm，有机封闭层厚度为50～80μm。