CN107790360A - 海洋防腐使用的复合涂层制备方法 - Google Patents

海洋防腐使用的复合涂层制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海洋防腐使用的复合涂层制备方法,是一种针对海洋及重防腐环境下服役的工件设计的长效重防腐复合涂层。本发明制备的复合涂层分为上下两层,底层是以固体填料(铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉)经水性无机粘结剂(主要含水溶性磷酸盐或硅酸盐以及金属氧化物)胶黏后喷涂或浸涂与基体表面而成,面层主要由掺杂小部分固体粉末填料(铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉)改性环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、硅酸乙酯、氟树脂、氟碳树脂等喷涂或浸涂与基体表面而成。其特点在于底层具有良好的导电性能,表面电阻<20欧姆,涂层能起到良好的牺牲保护作用,面层主要起封孔及隔离作用。

Description

海洋防腐使用的复合涂层制备方法
技术领域
本发明涉及一种海洋防腐使用的复合涂层制备方法,属于工件表面处理领域,是一种针对海洋环境及其他腐蚀恶劣工况(河流、湖泊等)下服役的工件设计的长效重防腐复合涂层。
背景技术
海洋环境及其他腐蚀恶劣工况(河流、湖泊等)服役的大多数金属材料都不耐海洋大气及重防腐环境。许多在海洋及重防腐环境下服役的工件长期受到高温、高湿、高盐雾、高紫外线照射影响,其工况极其恶劣,通过分析工件材质、结构特点、使用条件因素,工件主要存在缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和微动腐蚀等多种腐蚀类型,腐蚀因素十分复杂,工件常因腐蚀发生失效现象,导致无法正常使用,使得设备维护成本增加,同时因腐蚀导致设备强度极大降低,影响其使用安全可靠性,目前工件主要采取低合金钢及表面涂装的方法进行保护,常用表面处理方法包括电镀锌、电镀(铬、镉)、达克罗、热浸镀锌、热渗锌、涂装(特氟龙)、耐蚀材料等。电镀锌易产生氢脆,环境污染严重,镀层厚度较薄影响防腐效果;达克罗涂层本身耐蚀性好且美观,但涂层很软施工中易破损,传统达克罗技术存在六价铬环境污染问题;热浸镀锌产量高成本低,施工中涂层易脱落;热渗锌外观差,呈灰白色或灰黑色,生产效率低,且工件需要整体热处理,会影响工件自身机械强度;特氟龙涂层耐蚀性非常好,但涂层附着力差,安装及运输过程中易发生涂层破损问题,失去防腐效果;复合防腐涂层技术属于近年来表面工程重要的研究方向,相比单一涂层具有涂层协同作用强,综合性能优,可实现复杂工况条件下工件服役要求。专利CN102974519A首次将复合涂层概念应用于海洋环境服役工件上,该防腐工艺综合防腐性能优异,可通过中性盐雾测试2500小时,且红锈面积小于15%,但对底部防腐涂层粗糙度要求较高,否则附着力差;专利CN103316828A公布了一种船舶紧固件复合涂层的制备方法,该技术采用渗锌涂层打底,中间采用锌铝涂层及使用环氧涂层进行封闭,工件同时具有结合力强,涂层润滑性能好特点,但制备工艺较为复杂,渗锌层厚度均匀性直接影响涂层整体使用效果。专利CN101116855A提到一种钢质金属件防腐复合涂层制备方法,该防腐涂层具有耐蚀性强,防腐能力强特点,但制备涂层结合力较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种海洋防腐使用的复合涂层制备方法,该防腐涂层具有耐中温稳定性好、抗腐蚀能力强、与基体结合强度高、表面粗糙度低、耐候性好特点,可适用于海洋环境下的长效重防腐。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是:海洋防腐使用的复合涂层制备方法,包括如下步骤:
步骤一、除油工序:去除工件表面油污;
步骤二、喷砂:采用喷砂对工件表面进行除锈及表面活化;
步骤三、利用大气喷涂或浸涂制备涂层底漆:
利用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将喷砂后工件直接浸泡在底漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
底漆通过水性无机粘结剂和固体填料混合分散而成,水性无机粘结剂包括水性无机磷酸盐或硅酸盐,还包括金属氧化物,金属氧化物为锌的氧化物、铝的氧化物、铬的氧化物或硅的氧化物其中一种或几种混合而成;
固体填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;
固体填料的粒径<5μm,固体填料加入量为加入固体填料后的底漆溶液总重量的20%~50%;
步骤四、底漆固化处理:固化温度250℃~350℃,固化时间1h~3h;
步骤五、涂层导电处理:采用喷玻璃丸或氧化铝进行表面导电处理,使得涂层表面电阻小于20欧姆;
步骤六、利用大气喷涂或浸涂制备涂层面漆;
采用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将导电处理后工件直接浸泡在面漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
面漆通过在封闭剂中掺杂固体粉末填料混合而成,封闭剂为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、硅酸乙酯、氟树脂、氟碳树脂其中一种或几种的混合物;固体粉末填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;
固体粉末填料的粒径<5μm,固体粉末填料加入量为加入固体粉末填料后的面漆溶液总重量的1%~5%;
步骤七、面漆固化处理:固化温度300℃~400℃,固化时间20min~40min。
进一步的是:步骤一中的除油工序采用高温除油方式,除油温度为300℃~350℃,除油时间为0.5h~6h。
进一步的是:步骤一中的除油工序采用有机护理剂化学除油。
进一步的是:步骤二中的喷砂工序,喷砂压力为0.2MPa~0.5MPa,喷砂距离为100mm~200mm,砂粒径为120#~180#。
进一步的是:步骤五中的涂层导电处理工序,采用喷玻璃丸方式,玻璃丸型号为180#~220#,喷丸压力为0.1MPa~0.4MPa。
进一步的是:步骤三中的水性无机磷酸盐为磷酸正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐其中一种或几种混合而成。
进一步的是:底漆固化后干膜厚度为20μm~120μm。
进一步的是:面漆固化后干膜厚度为10μm~40μm。
本发明的有益效果是:制备的复合涂层体系具有耐中温稳定性好、抗腐蚀能力强、与基体结合强度高、表面粗糙度低、耐候性好特点,制备复合涂层厚度薄,从而克服了常规工件涂装厚度大影响安装配合的缺点,同时不影响工件自身的机械性能,与现有技术相比具有以下优点:一是复合涂层整体抗腐蚀能力强,耐中性盐雾5000h基体不出现红锈、二是作为底层的无机磷酸盐或硅酸盐涂料与基体结合强度高,采用粘胶拉棒法测试粘结强度最高可达40Mpa,同时作为固体填料发挥牺牲阳极作用,可大幅度提高涂层抗腐蚀能力,且经过喷丸的底层具有良好的导电性能,表面电阻<20欧姆;三是作为面层的有机涂层致密性好,可以密封底层的涂层空隙,提高涂层防水能力;四是涂层可耐200℃持续高温而不发生涂层起泡脱落及老化现象;五是复合涂层具有优异干膜润滑性能,涂层摩擦系数在0.09~0.13之间。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;
图2是本发明实施例1涂层截面显微形貌图;
图3是本发明实施例2涂层截面显微形貌图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明包括如下步骤:
步骤一、除油工序:去除工件表面油污;可采用高温除油方式,除油温度为300℃~350℃,除油时间为0.5h~6h;也可采用有机护理剂化学除油;
步骤二、喷砂:采用喷砂对工件表面进行除锈及表面活化;喷砂压力为0.2MPa~0.5MPa,喷砂距离为100mm~200mm,砂粒径为120#~180#;
步骤三、利用大气喷涂或浸涂制备涂层底漆:
利用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将喷砂后工件直接浸泡在底漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
底漆通过水性无机粘结剂和固体填料混合分散而成,水性无机粘结剂包括水性无机磷酸盐或硅酸盐,还包括金属氧化物,金属氧化物为锌的氧化物、铝的氧化物、铬的氧化物或硅的氧化物其中一种或几种混合而成;水性无机磷酸盐可以为磷酸正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐其中一种或几种混合而成;此外,底漆溶液中还包含适量的水;
固体填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;
固体填料的粒径<5μm,固体填料加入量为加入固体填料后的底漆溶液总重量的20%~50%;
步骤四、底漆固化处理:固化温度250℃~350℃,固化时间1h~3h;底漆固化后干膜厚度为70μm~100μm;
步骤五、涂层导电处理:采用喷玻璃丸或氧化铝进行表面导电处理,使得涂层表面电阻小于20欧姆;优选采用喷玻璃丸方式,玻璃丸型号为180#~220#,喷丸压力为0.1MPa~0.4MPa;
步骤六、利用大气喷涂或浸涂制备涂层面漆;
采用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将导电处理后工件直接浸泡在面漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
面漆通过在封闭剂中掺杂固体粉末填料混合而成,封闭剂为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、硅酸乙酯、氟树脂、氟碳树脂其中一种或几种的混合物;固体粉末填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;此外,面漆溶液中还包含适量的水;
固体粉末填料的粒径<5μm,固体粉末填料加入量为加入固体粉末填料后的面漆溶液总重量的1%~5%;
步骤七、面漆固化处理:固化温度300℃~400℃,固化时间20min~40min;面漆固化后干膜厚度为20μm~40μm。
本发明制备的复合涂层分为上下两层,底层是以固体填料(铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉)经水性无机粘结剂(主要含水溶性磷酸盐或硅酸盐以及金属氧化物)胶黏后喷涂或浸涂与基体表面而成,面层主要由掺杂小部分固体粉末填料(铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉)改性环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、硅酸乙酯、氟树脂、氟碳树脂等喷涂或浸涂与基体表面而成。其特点在于底层具有良好的导电性能,表面电阻<20欧姆,涂层能起到良好的牺牲保护作用,面层主要起封孔及隔离作用。
实施例1:
以海装风电使用高强度钢叶根作为试样,采用本发明以下方案制备复合涂层体系,具体工艺步骤如下:
步骤一、除油工序:去除工件表面油污,采用高温除油方式,除油温度为330℃,除油时间为2h;
步骤二、喷砂:采用喷砂进行除锈及表面活化,喷砂压力为0.4MPa,喷砂距离为150mm,砂粒径为180#;
步骤三、利用大气喷涂制备涂层底漆;采用喷涂大气喷涂参数设定:压力0.2MPa,距离150mm,工作温度25℃;水性无机粘结剂主要由磷酸铝、磷酸二氢镁、氧化锌、铬酐组成,固体填料选用粒径<5μm球形铝粉,加入量为底漆溶液总重量30%;
步骤四、底漆固化处理:固化温度300℃,固化时间1.5h;
步骤五、涂层导电处理:选用喷玻璃丸进行导电处理,玻璃丸型号:200#,喷丸压力:0.2MPa,喷丸后涂层表面电阻为15欧姆;
步骤六、利用大气喷涂制备涂层面漆;采用喷涂大气喷涂参数设定:压力0.2MPa,距离150mm,工作温度:25℃,面漆选用掺杂固体粉末填料的氟树脂,固体粉末填料选用粒径<5μm球形铝粉,加入量为面漆溶液总重量1%;
步骤七、面漆固化处理:固化温度300℃,固化时间30min。
表1为根据实施例1中工艺制备出复合涂层性能参数:
表1实施例1的试验结果
实施例2:
以海装风电使用高强度叶根螺栓作为试样,采用本发明以下方案制备复合涂层体系,具体工艺步骤如下:
步骤一、除油工序:采用有机护理剂浸泡去除工件表面油脂;
步骤二、喷砂:采用喷砂进行除锈及表面活化,喷砂压力0.4MPa,喷砂距离150mm,砂粒径为180#;
步骤三、采用浸涂制备涂层底漆:将喷砂后工件直接浸泡在底漆中5秒后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液,底漆中使用水性无机粘结剂主要由磷酸二氢铝、氧化镁、铬酐组成,固体填料选用粒径<5μm锌铝粉,加入量为底漆溶液总重量30%;
步骤四、底漆固化处理:固化温度300℃,固化时间1.5h;
步骤五、涂层导电处理:选用喷玻璃丸进行导电处理,玻璃丸型号:200#,喷丸压力:0.2MPa,喷丸后涂层表面电阻为12欧姆;
步骤六、浸涂制备涂层面漆;将导电处理后工件直接浸泡在面漆中5秒后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液,面漆选用掺杂固体粉末填料的改性环氧树脂,固体填料选用粒径<5μm球形铝粉,加入量为面漆溶液总重量1%;
步骤七、面漆固化处理:固化温度300℃,固化时间30min。
表2为根据实施例2中工艺制备出复合涂层性能参数:
表2实施例2的试验结果

Claims (8)

1.海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、除油工序:去除工件表面油污;
步骤二、喷砂:采用喷砂对工件表面进行除锈及表面活化;
步骤三、利用大气喷涂或浸涂制备涂层底漆:
利用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将喷砂后工件直接浸泡在底漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
底漆通过水性无机粘结剂和固体填料混合分散而成,水性无机粘结剂包括水性无机磷酸盐或硅酸盐,还包括金属氧化物,金属氧化物为锌的氧化物、铝的氧化物、铬的氧化物或硅的氧化物其中一种或几种混合而成;
固体填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;
固体填料的粒径<5μm,固体填料加入量为加入固体填料后的底漆溶液总重量的20%~50%;
步骤四、底漆固化处理:固化温度250℃~350℃,固化时间1h~3h;
步骤五、涂层导电处理:采用喷玻璃丸或氧化铝进行表面导电处理,使得涂层表面电阻小于20欧姆;
步骤六、利用大气喷涂或浸涂制备涂层面漆;
采用大气喷涂时,喷涂参数设定为压力0.2MPa~0.4MPa、距离100mm~200mm、工作温度20℃~25℃;采用浸涂时,将导电处理后工件直接浸泡在面漆中,1s~10s后取出并离心甩干后形成,并去除工件表面多余的溶液;
面漆通过在封闭剂中掺杂固体粉末填料混合而成,封闭剂为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、硅酸乙酯、氟树脂、氟碳树脂其中一种或几种的混合物;固体粉末填料为铝粉、铝合金粉、锌粉、锌合金粉、锌铝合金粉其中一种或几种混合而成;
固体粉末填料的粒径<5μm,固体粉末填料加入量为加入固体粉末填料后的面漆溶液总重量的1%~5%;
步骤七、面漆固化处理:固化温度300℃~400℃,固化时间20min~40min。
2.如权利要求1所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:步骤一中的除油工序采用高温除油方式,除油温度为300℃~350℃,除油时间为0.5h~6h。
3.如权利要求1所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:步骤一中的除油工序采用有机护理剂化学除油。
4.如权利要求1所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:步骤二中的喷砂工序,喷砂压力为0.2MPa~0.5MPa,喷砂距离为100mm~200mm,砂粒径为120#~180#。
5.如权利要求1所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:步骤五中的涂层导电处理工序,采用喷玻璃丸方式,玻璃丸型号为180#~220#,喷丸压力为0.1MPa~0.4MPa。
6.如权利要求1所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:步骤三中的水性无机磷酸盐为磷酸正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐其中一种或几种混合而成。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:底漆固化后干膜厚度为20μm~120μm。
8.如权利要求1至6中任意一项所述的海洋防腐使用的复合涂层制备方法,其特征在于:面漆固化后干膜厚度为10μm~40μm。
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