CN114703443A - 一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，包括如下步骤：工件表面处理：对基体表面进行清洁；喷涂工作层：使喷涂材料熔化成液体或熔融状态，将液体状或熔融状的材料细化成微粒，喷涂工作层采用电弧喷涂，软化或熔融的微细颗粒向前飞行，粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积，在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层；涂层封孔：选择环氧树脂作为封闭材料，本发明属于防腐技术领域，具体是指一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，采用复合循环腐蚀实验针对热涂层腐蚀研究，检查除了热喷涂层和涂膜的单层涂膜以外的重叠部分的耐腐蚀性和防腐性能。
Description
技术领域
本发明属于防腐技术领域，具体是指一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术。
背景技术
国家政策的对钢结构的大力推荐，快速提高了钢结构在建筑中的比例,带动了基础建设输出，钢结构建筑海外订单大幅上扬；商业建筑、交通枢纽和场馆面积继续保持稳定增长，带动钢结构行业发展。
钢结构的快速发展，也带动了钢结构防腐市场的繁荣。近年在国内搞大基建的环境下，越来越多的钢结构构筑物开始兴修，比如钢桥等。钢结构桥梁具有跨径大、承载能力强、施工工期短、服役年限长等特点，被世界各国广泛采用。钢结构桥梁终日伫立户外日晒雨淋，身处湿热、酸雨、盐雾、工业大气、海洋大气等环境，受到介质作用容易发生腐蚀。
要对钢结构件进行长期的腐蚀防护，尤其是恶劣的油气田环境下对金属管线和原油储罐等钢结构件要求10-20年内不维护或少维护，热喷涂技术一直是公认的最为经济有效的长效防护方法。
结合国内外先进经验来看，具有优异的耐腐蚀性的Al-5Mg合金喷涂已开始被采用，以恢复对涂漆钢结构的腐蚀损坏部件的腐蚀保护性能并预防对显着腐蚀的梁端部的预防性维护。
在对桥梁的抗腐热喷涂处理中，如何对难以喷涂的狭窄区域进行处理，例如钢构件与主梁下凸缘的下表面之间，与下部结构的桥座表面之间的距离都很小，往往需要在喷涂周围区域后，再次对狭窄区域进行热喷涂，但是，当将Al-Mg 合金喷涂部分施加到涂层钢结构上时，现有涂层和喷涂涂层之间会出现重叠，在这些重叠的部分中，涂膜下的喷涂膜由于带状刮擦而较早劣化，从而引起明显的溶胀，因此必须要对热喷涂涂层和涂层进行保护。
发明内容
为了解决上述难题，本发明提供了一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，采用复合循环腐蚀实验针对热涂层腐蚀研究，检查除了热喷涂层和涂膜的单层涂膜以外的重叠部分的耐腐蚀性和防腐性能。
为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，包括如下步骤：
(1)工件表面处理：对基体表面进行清洁；
(2)喷涂工作层：使喷涂材料熔化成液体或熔融状态，将液体状或熔融状的材料细化成微粒(数10μm-数100μm)，喷涂工作层采用电弧喷涂，软化或熔融的微细颗粒向前飞行，粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积，在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层；
(3)涂层封孔：选择环氧树脂作为封闭材料，以满足不在操作温度下发生熔化、蒸发或分解等物理变化；不与涂层或基体发生化学反应；不降低涂层或基体金属的性能；施工时保证安全的要求。
作为优选地，所述步骤(1)中工件表面处理包括表面净化和表面粗化，所述表面净化通过温度(约3000℃)加热法将微孔中的油脂除去，微孔中的油脂烧掉后表面会残留一些积炭，这时可以采用磨料喷砂法来去除；所述表面粗化利用压缩空气，借助射吸式或压力式喷砂装置，或者离心抛砂装置喷射磨料，对基体表面实施清洁及粗化处理，露出新的金属表。
其中，所述步骤(2)中喷涂材料包括铝、镁等热膨胀系数相近的材料，施加约90N/mm2的压应力时，喷涂涂层的凸部会变得光滑，经喷嘴加速后高压空气或燃气来降低粒子尺寸，提高粒子速度，电弧喷涂使粒子拥有足够的热能，在接触基体底材时发生大量的冶金反应，提高了结合强度。
进一步地，所述步骤(2)中喷涂电压为180A；喷涂电压为32V；喷涂距离为160mm；喷涂气压为0.75MPa。
其中，所述步骤(2)中铝基非晶纳米晶复合涂层厚度为0.5mm，此时防腐蚀性能最好。
本发明采取上述结构取得有益效果如下：本发明提供的可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，具有以下优点：
铝镁涂层钢构件防腐技术提高耐腐性能：
1.涂层呈现出典型的层片状结构，组织均匀致密，孔隙率低，无明显夹杂；
2.与基体的结合良好，涂层中存在非晶、纳米晶和晶化相，涂层组织致密；
3.与镁合金基体的结合强度均大于25MPa，孔隙率均小于2.0％，平均显微维氏硬度值均大于300HV0.1，质量分数为5％的NaCl水溶液中表现出优于纯 Al涂层的耐蚀性能，因此铝镁涂料是钢构件防腐的最优选择。
高压电弧热喷涂技术更适应节能环保要求：
1.涂层的孔隙率更低，结合强度更高；
2.电弧喷涂更多使用的是清洁能源，只需要进行丝材的更换，不用更换乙炔燃气气瓶，对环境友好的同时也更具安全可靠性。
喷涂工艺参数优化技术涂层持久性更强：
1.在最佳工艺参数下喷涂的铝镁合金涂层的结合强度值达到了32.6MPa；
2.利用直接称重法保证了涂层有较好的结合强度，也保证了涂层具有较好的防腐蚀性能，满足了涂层对孔隙率的要求；
3.采用中性盐雾实验发现采用封孔剂后，防腐蚀性能有很大提高，环氧树脂的防腐蚀性能最佳。
附图说明
图1为本发明提供的可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术的工作流程图；
图2为本发明提供的几种喷涂热源的喷涂技术参数对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，包括如下步骤：
(1)工件表面处理：对基体表面进行清洁；
(2)喷涂工作层：使喷涂材料熔化成液体或熔融状态，将液体状或熔融状的材料细化成微粒(数10μm-数100μm)，喷涂工作层采用电弧喷涂，软化或熔融的微细颗粒向前飞行，粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积，在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层；
(3)涂层封孔：选择环氧树脂作为封闭材料，以满足不在操作温度下发生熔化、蒸发或分解等物理变化；不与涂层或基体发生化学反应；不降低涂层或基体金属的性能；施工时保证安全的要求。
步骤(1)中工件表面处理包括表面净化和表面粗化，所述表面净化通过温度(约3000℃)加热法将微孔中的油脂除去，微孔中的油脂烧掉后表面会残留一些积炭，这时可以采用磨料喷砂法来去除；所述表面粗化利用压缩空气，借助射吸式或压力式喷砂装置，或者离心抛砂装置喷射磨料，对基体表面实施清洁及粗化处理，露出新的金属表。
步骤(2)中喷涂材料包括铝、镁等热膨胀系数相近的材料，施加约90N/mm 2的压应力时，喷涂涂层的凸部会变得光滑，经喷嘴加速后高压空气或燃气来降低粒子尺寸，提高粒子速度，电弧喷涂使粒子拥有足够的热能，在接触基体底材时发生大量的冶金反应，提高了结合强度。
步骤(2)中喷涂电压为180A；喷涂电压为32V；喷涂距离为160mm；喷涂气压为0.75MPa。
步骤(2)中铝基非晶纳米晶复合涂层厚度为0.5mm，此时防腐蚀性能最好
通过对电弧喷涂铝镁合金涂层作了大量实验，通过把结合强度作为目标参数，利用正交实验方法确定了最佳工艺参数的参考值；测定了涂层的密度和孔隙率；采用中性盐雾实验研究了不同厚度的涂层和不同封孔剂对涂层的防腐蚀性能。所得结论如下：
1.影响铝镁合金涂层结合强度的因素
影响铝镁合金涂层结合强度最大的因素是雾化压缩空气的压力，其次是喷涂距离、电弧电压、电弧电流，铝镁合金涂层的最佳工艺规范为：喷涂电压180A；喷涂电压32V；喷涂距离160mm；喷涂气压0.75MPa。在最佳工艺参数下喷涂的铝镁合金涂层的结合强度值达到了32.6MPa。
2.研究涂层密度和孔隙率
通过研究涂层的密度和孔隙率，利用直接称重法测得涂层的密度为2.55 g/cm3，孔隙率为5.27％，保证了涂层有较好的结合强度，也保证了涂层具有较好的防腐蚀性能，满足了涂层对孔隙率的要求。
3.中性盐雾实验，通过中性盐雾实验发现，防腐蚀性能不是随着涂层厚度的增加而增加，是在0.5mm左右时防腐蚀性能最好；采用封孔剂后，防腐蚀性能有很大提高，环氧树脂的防腐蚀性能最佳。
利用铝、镁热膨胀系数相近(Al的热膨胀系数为23μm/℃；Mg的热膨胀系数为26μm/℃)的特点，采用高速电弧喷涂技术在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层以实现对其表面防护的作用，并取得了一定的成效。研究结果表明，利用超音速电弧喷涂制备的Al-Mg涂层呈现出典型的层片状结构，组织均匀致密，孔隙率低，无明显夹杂，且与基体的结合良好，涂层中存在非晶、纳米晶和晶化相，涂层组织致密，与镁合金基体的结合强度均大于25MPa，孔隙率均小于2.0％，平均显微维氏硬度值均大于300HV0.1，且在质量分数为5％的NaCl 水溶液中表现出优于纯Al涂层的耐蚀性能，因此铝镁涂料是钢构件防腐的最优选择。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，其特征在于，包括如下步骤：
(1)工件表面处理：对基体表面进行清洁；
(2)喷涂工作层：使喷涂材料熔化成液体或熔融状态，将液体状或熔融状的材料细化成微粒，数10μm-数100μm，喷涂工作层采用电弧喷涂，软化或熔融的微细颗粒向前飞行，粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积，在镁合金表面制备铝基非晶纳米晶复合涂层；
(3)涂层封孔：选择环氧树脂作为封闭材料。
2.根据权利要求1所述的一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，其特征在于，所述步骤(1)中工件表面处理包括表面净化和表面粗化，所述表面净化通过温度加热法将微孔中的油脂除去，微孔中的油脂烧掉后表面会残留积炭，采用磨料喷砂法去除；所述表面粗化利用压缩空气，借助射吸式或压力式喷砂装置，或者离心抛砂装置喷射磨料，对基体表面实施清洁及粗化处理，露出新的金属表。
3.根据权利要求2所述的一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，其特征在于，所述步骤(2)中喷涂材料包括铝、镁。
4.根据权利要求3所述的一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，其特征在于，所述步骤(2)中喷涂电压为180A；喷涂电压为32V；喷涂距离为160mm；喷涂气压为0.75MPa。
5.根据权利要求4所述的一种可延长桥梁或钢结构使用寿命的热喷涂技术，其特征在于，所述步骤(2)中铝基非晶纳米晶复合涂层厚度为0.5mm。
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