CN114101007B - 一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高涂衬抗裂性；在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将环氧陶瓷涂层材料分解为多种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，在保证陶瓷成分总用量的情况下，通过减少前几层涂料中的陶瓷填料用量来保证更高比例的环氧树脂基体材料，提高与球墨铸管表面接触的前几层涂料的流动性和对球墨铸管表面铸造组织或微孔的渗透和附着能力，从而通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性。
Description
技术领域
本发明涉及球墨铸管生产领域，并且更具体地，涉及减少球墨铸管涂衬裂纹的方法。
背景技术
球墨铸管因其较好强度和韧性，通常被用于供水输水管道。为了解决铸铁管防腐问题，通常需要在球墨铸管内采用环氧陶瓷涂衬以增加球墨铸管的防腐性。现有技术中的球墨铸管，环氧陶瓷涂衬与球墨铸管结合时容易出现裂纹，导致环氧陶瓷内衬与球墨铸管的内壁结合力不够，长时间使用后，环氧树脂或环氧陶瓷内衬容易脱落，造成球墨铸管被腐蚀。减少球墨铸管涂衬裂纹首先要找到导致其裂纹产生的原因，然后根据不同的原因采取不同的策略，目前并没有任何一种现有技术能够从根源出发采取多角度、相联系的策略减少球墨铸管涂衬裂纹。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，从抗剥离和抗开裂两方面的机制和联系出发，探索出减少球墨铸管涂衬裂纹的有效方法。
具体的技术方案如下：
一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高涂衬抗裂性，通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性，具体包括如下步骤：
步骤1，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，对处理后的粗糙表面进行打磨；
步骤2，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将设计陶瓷成分质量百分含量合计为A的环氧陶瓷涂层材料分解为至少三种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，涂覆过程至少包括将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理，固化形成第一环氧陶瓷涂层；将第二环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第一环氧陶瓷涂层上并进行第二烘烤处理，固化形成第二环氧陶瓷涂层；将第三环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第二环氧陶瓷涂层上并进行第三烘烤处理，固化形成第三环氧陶瓷涂层；其中，第一环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A1，第二环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A2，第三环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A3，三者满足A1＜A2＜A3。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，A的取值范围为35％-55％。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，步骤1中所述的低膨胀系数粉体涂料为无机粉末涂料。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，所述的低膨胀系数粉体涂料为金属粉末涂料或金属-陶瓷粉末涂料。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，所述的使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化中，固化方式采用冶金固化。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，涂覆的环氧陶瓷涂层层数大于三层。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，在将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理固化形成第一环氧陶瓷涂层之前，包括至少一个将环氧树脂涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行烘烤处理，固化形成至少一个环氧树脂涂层的过程。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，在所述步骤1进行前、进行中或进行后，还存在对球墨铸管的热处理步骤。
优选的，上述减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，在所述步骤1中，对处理后的粗糙表面进行打磨后还包括对打磨表面的酸洗处理步骤。
本发明的有益效果是：
本发明提供了的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，这样，后续涂覆的环氧陶瓷涂衬厚度在球墨铸管表面的分布均匀，在承受外界环境温度变化时就不会倾向于因材料厚度分布的差异导致严重的热胀冷缩性开裂，从而通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高了涂衬抗裂性。在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将环氧陶瓷涂层材料分解为多种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，是在保证陶瓷成分总用量的情况下，通过减少前几层涂料中的陶瓷填料用量来保证更高比例的环氧树脂基体材料，提高与球墨铸管表面接触的前几层涂料的流动性和对球墨铸管表面铸造组织或微孔的渗透和附着能力，从而通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性。因此，本发明能够从抗剥离和抗开裂两方面的机制和联系出发，探索出减少球墨铸管涂衬裂纹的有效方法，经过长时间的生产验证，证明是行之有效的办法。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施方式提供一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高涂衬抗裂性，通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性，具体包括如下步骤：
步骤1，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，对处理后的粗糙表面进行打磨。
该步骤中所称的低膨胀系数粉体至少应该如下定义：粉体在固化后的膨胀系数小于环氧陶瓷涂衬固化后的膨胀系数。其原理是，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，这样，后续涂覆的环氧陶瓷涂衬厚度在球墨铸管表面的分布均匀，在承受外界环境温度变化时就不会倾向于因材料厚度分布的差异导致严重的热胀冷缩性开裂，从而通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高了涂衬抗裂性。因此，根据本发明的原理，步骤1中所述的低膨胀系数粉体涂料优选为各种低膨胀系数的无机粉末涂料。
本实施例在步骤1的打磨之后还可以增加一道酸洗，酸洗可以使铸件表面微孔中的氧化物质得到清理，还能对微孔形成一定腐蚀而使微孔突显，微孔不同于前面填补的粗大孔隙，粗大孔隙是会造成漆膜厚度不均，但微孔只会增加与涂层的附着能力，因为其对漆膜厚度基本无影响但能够显著增加涂料与铸管的接触面积。
步骤2，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将设计陶瓷成分质量百分含量合计为A的环氧陶瓷涂层材料分解为至少三种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，这里A在生产中具体取值35％-55％，涂覆过程至少包括将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理，固化形成第一环氧陶瓷涂层；将第二环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第一环氧陶瓷涂层上并进行第二烘烤处理，固化形成第二环氧陶瓷涂层；将第三环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第二环氧陶瓷涂层上并进行第三烘烤处理，固化形成第三环氧陶瓷涂层；其中，第一环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A1，第二环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A2，第三环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A3，三者满足A1＜A2＜A3。当涂覆的环氧陶瓷涂层只有三层时，三层中的陶瓷成分绝对用量之和在整个环氧陶瓷涂层材料中的占比应当与A是相当的。
该步骤中将环氧陶瓷涂层材料分解为多种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，是在保证陶瓷成分总用量的情况下，通过减少前几层涂料中的陶瓷填料用量来保证更高比例的环氧树脂基体材料，提高与球墨铸管表面接触的前几层涂料的流动性和对球墨铸管表面铸造组织或微孔的渗透和附着能力，从而通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性，因此，由于上述A1、A2、A3呈现递增关系，至少靠近球墨铸管的一层环氧陶瓷涂层材料中的陶瓷成分比例A1可以控制小于整个涂料层的比例A，其后再通过在外侧的层中适当补充陶瓷成分而确保陶瓷成分总量基本不偏离标称用量(设计用量)。
实施例2
本实施例在实施例1基础上，对步骤1中粗糙表面处理的工艺提供一种优选的操作方式，具体的，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化时，选择可以冶金固化的金属粉末涂料或金属-陶瓷粉末涂料。
虽然一些非冶金性质的有机或无机填料在一定程度上可以达到本发明的目的，但基于球墨铸管复杂的使用环境，填料仅仅自身固化而不与铁基体结合是很容易因填料自身与铁基体的脱粘而带来漆膜缺陷的，也就是说，填料脱粘会连带漆膜开裂或剥落，因此，使粉体涂料通过冶金方式与铸管本体结合是最合理的方案，先将粉体涂料涂覆在需要改性的粗糙部位，然后加热到粉体涂料中的低熔点金属可以与球墨铸管的铁基体相熔合的温度就可以达到使粉体涂料通过冶金方式与铸管本体结合的目的，冷却后简单清理表面得到的是一体的待涂覆铸管。目前生产中验证了几种铜合金(铜锡、铜锌等)可以很好达到本发明的目的，选择铜合金是为了能够更好调控粉体涂料固化温度点而将对粉体涂料的加热步骤推移到铸管本身的热处理步骤中以避免局部加热带来的各种不利，也就是说，涂料的涂覆是在热处理步骤前进行的，因此不必进行局部加热，当然，这并不是说对涂覆部位局部加热不可行，只要能达到本发明的主要目的，本发明是可以不限操作方式的。在不限操作方式的情况下，按照球墨铸管的生产工艺，热处理步骤可以在步骤1进行前、进行中或进行后(步骤2之前)。
实施例3
本实施例在实施例1和实施例2的基础上提供一种更具体生产验证例。具体的，本实施例一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高涂衬抗裂性，通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性，具体包括如下步骤：
步骤1，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用铜锡粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并通过对球墨铸管的加热使铜锡粉体涂料在孔隙内冶金固化，对处理后的粗糙表面进行打磨。
步骤2，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将设计陶瓷成分质量百分含量合计为45％的环氧陶瓷涂层材料分解为三种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，涂覆过程包括将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理，固化形成第一环氧陶瓷涂层；将第二环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第一环氧陶瓷涂层上并进行第二烘烤处理，固化形成第二环氧陶瓷涂层；将第三环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第二环氧陶瓷涂层上并进行第三烘烤处理，固化形成第三环氧陶瓷涂层；其中，第一环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为37％，第二环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为45％，第三环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为50％。
在上面的喷涂中，操作者应当注意事先计算，确保在漆膜喷涂量(厚度)上，第一环氧陶瓷涂层具有可控的喷涂量(厚度)，至少在三层中应当是最薄的，这样能最大限度控制陶瓷成分变化梯度。在控制控制陶瓷成分变化梯度方面，理论上说，涂覆的环氧陶瓷涂层层数越多，梯度越小，因此单就控制陶瓷成分变化梯度而言，涂覆的环氧陶瓷涂层层数大于三层更好，但综合考虑生产中的效率和成本，也不易过高，控制在六层以内最好。另外，通过无填料环氧树脂打底的方式也可以很好缓解材料梯度问题，打底方式是在将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理固化形成第一环氧陶瓷涂层之前，将无陶瓷填料环氧树脂涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行烘烤处理，固化形成至少一个微米级环氧树脂涂层薄层，这种情况下打底厚度应该是要严格控制的，几十个微米就可以。
综上，本发明各实施例提供的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，是从抗剥离和抗开裂两方面的机制和联系出发，探索出的经验证为行之有效的方法，通过在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，达到后续涂覆的环氧陶瓷涂衬厚度均匀，在承受外界环境温度变化时减少因材料厚度分布的差异导致的热胀冷缩性开裂，从而通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高了涂衬抗裂性。在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将环氧陶瓷涂层材料分解为多种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，在保证陶瓷成分总用量的情况下，通过减少前几层涂料中的陶瓷填料用量来保证更高比例的环氧树脂基体材料，提高与球墨铸管表面接触的前几层涂料的流动性和对球墨铸管表面铸造组织或微孔的渗透和附着能力，从而通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分达到了提高涂衬抗剥离性目的。经过长时间的生产验证，证明本发明提供的方法是行之有效的办法，采用本发明的方法制作的球墨铸管，固化后的环氧陶瓷涂层实验附着力都能达到平时的3级或者4级标准，硬度和耐冲击力均不受影响，但通过烘烤方式固化的环氧陶瓷漆膜隐裂明显比不采用本发明方法的产品要少，而且整个环氧陶瓷漆膜平整度和表观质量得到明显改善，在昼夜温差10℃以上的室外环境存放30天也无明显增加的隐裂，比以前不采用本发明的方法制作的球墨铸管环境承受能力得到非常明显的提升。
以上仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，其特征在于，通过对将要涂覆环氧陶瓷的粗糙表面进行粗糙度改善提高涂衬抗裂性，通过调整环氧陶瓷涂层材料梯度成分提高涂衬抗剥离性，具体包括如下步骤：
步骤1，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷前，采用低膨胀系数粉体涂料处理球墨铸管粗糙表面，使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化，对处理后的粗糙表面进行打磨；粉体在固化后的膨胀系数小于环氧陶瓷涂衬固化后的膨胀系数；所述的低膨胀系数粉体涂料为金属粉末涂料或金属-陶瓷粉末涂料，所述的使粉体涂料填充粗糙表面孔隙并在孔隙内固化中，固化方式采用冶金固化；对处理后的粗糙表面进行打磨后还包括对打磨表面的酸洗处理步骤；
步骤2，在球墨铸管涂覆环氧陶瓷时，将设计陶瓷成分质量百分含量合计为A的环氧陶瓷涂层材料分解为至少三种不同陶瓷含量的环氧陶瓷涂层材料，涂覆过程至少包括将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理，固化形成第一环氧陶瓷涂层；将第二环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第一环氧陶瓷涂层上并进行第二烘烤处理，固化形成第二环氧陶瓷涂层；将第三环氧陶瓷涂层材料涂覆在所述第二环氧陶瓷涂层上并进行第三烘烤处理，固化形成第三环氧陶瓷涂层；其中，第一环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A1，第二环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A2，第三环氧陶瓷涂层材料中陶瓷成分质量百分含量为A3，三者满足A1＜A2＜A3。
2.根据权利要求1所述的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，其特征在于，A的取值范围为35％-55％。
3.根据权利要求1或2所述的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，其特征在于，涂覆的环氧陶瓷涂层层数大于三层。
4.根据权利要求1所述的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，其特征在于，在将第一环氧陶瓷涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行第一烘烤处理固化形成第一环氧陶瓷涂层之前，包括至少一个将环氧树脂涂层材料涂覆在球墨铸管壁上并进行烘烤处理，固化形成至少一个环氧树脂涂层的过程。
5.根据权利要求1所述的减少球墨铸管涂衬裂纹的方法，其特征在于，在所述步骤1进行前、进行中或进行后，还存在对球墨铸管的热处理步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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