CN1904125A - 大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法 - Google Patents

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张政权
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Abstract

本发明涉及一种大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法，是通过以下步骤实现的：对工件表面进行喷砂(喷丸)处理，用以清除表面的氧化物和各种污垢；用选定的设备：是由大功率电弧喷涂机、空压机和空气冷干机组成热喷涂系统，采用锌和铝金属丝作为引弧对工件表面进行伪合金复合涂层喷涂；涂层表面封闭处理：选用合适的封孔剂对伪合金复合涂层表面的孔隙进行封孔；表面面漆涂装：选用合适的油漆进行最后的表面涂装；由于是锌铝伪合金，对基材纯净度要求没有喷铝那么苛刻，同时喷涂锌铝涂层比喷涂纯锌减少了氧化锌对人体和环境的污染；使用锌铝合金涂层的总厚度可以比喷纯锌和纯铝涂层厚度分别减少1/2和1/3，可节约锌材和铝材消耗。

Description

大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法
技术领域
本发明涉及一种喷涂方法，尤其涉及一种大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法。
背景技术
大功率电弧热喷涂方法是利用大功率电弧热喷涂设备在金属丝之间产生电弧，金属丝被高温熔融后由高速气流雾化，并以很高速度将雾化的粒子喷涂到基材表面的技术，喷涂后使基体表面具有长效的防腐性能。
与其它热喷涂方法相比较，电弧喷涂具有工作效率高、涂层质量好、使用成本低、操作简便、设备价格低等突出的优点。对于解决耐磨、防常温腐蚀和高温腐蚀等问题具有独到之处，因此该技术必将具有潜在的市场和广阔的工业应用前景。
但是目前的电弧热喷涂技术存在着以下缺陷：
第一，使用的金属丝材料，目前仅限于用相同材质的两根金属丝(如锌、铝、不锈钢、铝青铜等)引弧进行热喷涂，在工件表面不能形成强抗腐蚀的复合伪合金涂层，因而为达到防腐要求，一般单一丝材涂层的厚度较厚，防腐的年限较短，对基材表面纯净度处理要求比较苛刻；
第二，用的电弧喷涂设备，目前功率小，效率低，喷枪雾化程度差，送丝力度不足，不适用于大面积和长距离送丝的现场施工作业要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法，旨在解决上述的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：
对工件表面进行喷砂(喷丸)处理，用以清除表面的氧化物和各种污垢，并达到规定的清洁度和粗糙度；
用选定的设备：由大功率电弧喷涂机、空压机和空气冷干机组成热喷涂系统，采用锌和铝金属丝作为引弧对工件表面进行伪合金复合涂层喷涂；喷涂质量的好坏取决于喷枪的二次雾化度况及送丝机构的密配；
涂层表面封闭处理：选用合适的封孔剂对伪合金复合涂层表面的孔隙进行封孔，既保证了涂层的防腐性能，也改善了工件的外观；
表面面漆涂装：选用合适的油漆进行最后的表面涂装，不但给工件罩上美观的外衣，同时也为保证防腐年限创造条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：涂层为50％的锌和50％的铝(体积比)组成表面涂层为典型的锌铝伪合金；锌铝合金涂层的耐腐蚀性，是纯锌涂层的6-7倍，是纯铝涂层的3倍，其防腐期限可长达50年以上；由于是锌铝伪合金，对基材纯净度要求没有喷铝那么苛刻，同时喷涂锌铝涂层比喷涂纯锌减少了氧化锌对人体和环境的污染；使用锌铝合金涂层的总厚度可以比喷纯锌和纯铝涂层厚度分别减少1/2和1/3，可节约锌材和铝材消耗，相应成本可节约35％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
电弧喷涂
(1)原材料要求
电弧喷铝所用铝丝材质要求锌的纯度大于99.99％，杂质总含量不超过0.01％，铝的纯度大于99.5％，杂质总含量控制不高于0.5％，否则丝材不纯，直接导致电弧喷涂层腐蚀速率增大，耐腐蚀性大大下降，影响防腐蚀效果。
(2)电弧喷涂对环境要求
电弧喷涂应在相对湿度小于85％环境下进行，喷砂后应在6小时内进行电弧喷涂工作。相对湿度增大时，应进一步减少喷砂和电弧喷涂的时间间隔。
(3)电弧喷涂过程控制
电弧喷涂电流在40～400A，喷涂电压在14～36V，喷涂气压在0.55~0.70Mpa以上，喷涂距离在100～300mm，喷涂角度在60～90°范围内进行控制，喷涂轨迹搭接范围1/4～1/3。
(4)电弧喷涂涂层厚度
电弧喷涂涂层为非磁性，钢材基体为磁性，这样在磁性基体上测量非磁性涂层厚度，用磁性测厚仪，测量方法按GB/T9793-1997进行，即在1d m2基准面内测量10个点，取其算术平均值作为一次测量厚度值。
(5)涂层外观质量
电弧喷涂层外观应均匀一致，无漏喷和附着不牢的涂层、无大溶融粒粘附。
(6)电弧喷涂层结合力
电弧喷涂层结合力大小，决定于涂层能否长久有效提供钢铁耐腐蚀保护，如果涂层结合不牢，无论多么耐腐蚀的涂层都将失去意义，因此电弧喷涂层与钢铁基体结合力应是第一类质量控制指标。
选择与施工完全一样的表面预处理工艺、喷涂工艺和质量控制要求，在施工现场对预先准备的结合力试件进行喷涂，经粘接后做拉伸试验，图2试件B表面仅进行喷砂处理，试件A表面经喷砂喷涂，用专用胶粘剂将A、B试件充分粘合，勿使气泡残留在粘接剂中，溢出的粘接剂应清除，待固化后可进行拉力试验，将试件拉断，判定有效拉开断口，记录此时破断载荷P，按F＝P/A(A为试件涂层面积)计算出涂层结合力。
封闭处理
封闭处理前，电弧喷涂层表面不得有污染或水气，封闭涂装应在露点温度3℃以上，相对湿度85％以下进行，雨天应停止封闭涂装作业，此外封闭应在通风良好的环境下施工。封闭施工应分别进行预涂和封闭涂装两部分，对边角和死角地方采用手工提前进行刷涂，封闭时采用高压无气喷涂设备进行，第一道封闭涂层最好采用刷涂，以便于封闭剂能更好地渗入铝涂层孔隙内。
封闭涂层厚度可以用磁性测厚仪进行测量，测试结果为喷涂层+封闭涂层的总厚度，去除喷涂层厚度即为封闭涂层的厚度。
封闭涂层结合力按GB9286-88色漆和清漆漆膜的划格试验，采用机械切割方法，直接在工件表面进行，切割间距1mm的方格，切割面积6*6mm，观察划格区域涂层脱落情况，评价封闭涂层结合力是否通过，封闭涂层结合力应该达到1级以上。结合力1级为切口交叉处涂层有少许薄片分离，但划格区域影响面积明显不大于5％，结合力0级为最高级、即切割边缘完全平滑、无一格脱落。
在现场施工时，除以上要求外，完全按照ISO9001质量保障体系，从人、机、料、法、环五方面进行控制，以充分保障工业生产施工过程各项指标达到设计要求。
喷砂工艺及喷锌铝工艺
喷砂工艺
涂装前钢结构表面必须彻底去除氧化皮、油污、铁锈等杂质，而最可靠的方法是喷砂。喷砂除锈比手工除锈和动力工具除锈效率高，质量好，劳动强度低，使钢制品表面具有一定的粗糙度并有强化表面的作用。经喷砂除锈达到瑞典Sa2.5级，完全除去铁锈及氧化皮和油污，清除灰尘后钢面呈近白均匀金属光泽，同SIS Sa2.5标准图样。
为防止喷砂时灰尘外逸，影响周边环境，本工程将采用北京产环保自动循环回收喷砂机(JIR-1D型)。喷砂磨料采用0.1～1.5mm的中粗石英砂式钢砂，喷射风压4～8kg/cm2，喷嘴内径为5～8mm，喷嘴与钢梁表面距离为150～300mm，喷射度为45度～60度，喷砂后表面的粉尘由该机自动吸除，不影响周边环境。喷砂经检验合格后，一般在6小时内完成锌铝合金的热喷涂工作。
本工程喷砂在施工现场进行，为进一步防止砂尘外逸，施工现场还必须用三防布围遮，以形成相对封闭空间。
电弧喷锌铝施工工艺
电弧喷锌铝工艺基本上包括钢构件表面处理、喷涂和喷后处理等三大步骤，电弧喷涂时，将喷涂的1.3～3mm锌铝丝加热至熔化状态的微粒喷向钢构件表面，如果表面上带有水分、油脂和灰尘时，微粒与表面之间就会存在一层隔膜，不能很好地互相嵌合；如果表面光滑，微粒也会滑掉或虚浮地沉积，且随着喷涂层的逐渐增厚而脱落，只有洁净、干燥、粗糙的表面，才能使微粒在塑性尚未完全消失时与表面牢固地结合，因粗糙表面有峰，形成良好地附着条件。因此，为了提高喷涂层的结合强度，对钢构件表面进行预处理是十分重要的步骤，它往往关系到整个工艺过程的成败。
基体表面预处理
钢构件焊缝焊后进行喷丸除锈和打磨处理，使其光滑圆整，如有缺陷，经补焊打磨合格。热喷涂钢构件必须除去焊渣飞溅的熔滴。
钢构件喷砂处理后的表面质量标准必须达到：
表面清洁度：Sa2.5级，粗糙度Rz70-100μm。
电弧喷锌铝
基本要求
(1)钢构件表面经喷纱处理后，应尽快进行电弧喷涂，其间隔时间越短越好，一般不超过六小时，雨天不应超过两小时。
(2)钢构件表面经喷砂处理后，由于停留时间过长或其他原因致使其表面明显变质时，应重新进行喷砂处理。
(3)喷砂时环境大气温度要高于5℃。
喷涂材料
喷涂用材要求：铝材质含量为99.5％，锌材质含量为99.99％，且要求金属丝无油、无锈、无污、光洁、不得有死弯。
喷涂设备
电弧喷涂设备，采用日本进口AS-400型电弧喷涂机，送丝机构能够保证喷涂过程送丝速度稳定，不致因送丝阻力的变化而导致送丝速度明显改变；喷枪能够保证丝材相交时良好对中并使丝材交点始终位于雾化气流中心。喷涂电源具有良好的平伏安特性，以保证电弧燃烧稳定。
压缩空气供给系统能保证压缩空气的足够的压力和流量，并保证无油、无水。本工艺采用德国SRC-15A型空压机及SSD10AA空气干燥机，生产的压缩空气经脱油、脱水和冷干处理后使用。
电弧喷涂工艺参数
锌丝和铝丝直径：Φ1.3mm
喷涂输出电压：14-36V
喷涂输出电流：40-400A
喷涂空气压力：0.55-0.7Mpa
压缩空气流量：＞1.3m3/min
喷涂距离：100mm-300mmm
喷涂角度：60°-90°
喷涂方式：垂直交叉喷涂，喷枪与工件应成垂直方向，在无法垂直喷镀的情况下，喷枪与工件表面的斜度不小于45°。
喷锌铝涂层的孔封闭处理
涂层喷完进行性能检查合格后，在两小时之内进行封孔处理，如遇雨天需对涂层进行干燥处理后，再进行封孔。涂层空隙经封闭处理后，可提高其耐腐蚀抗氧化性能。用封闭涂料对喷涂层进行封闭处理后，形成的喷涂层+封闭料复合涂层，其防腐寿命较单一，涂料防腐层寿命的二者之和还要长。
本工艺封孔用环氧封闭漆，室外钢构件干膜厚度30μm，室内外交界处钢构件干膜厚度50μm，其配合比列(重量比)如下：
环氧封闭漆：100
固化剂T31：20
稀释剂：40
用环氧封闭漆后，最后喷涂二道氯化橡胶面漆，干膜厚度40μm。喷涂工艺：应先将被涂件清扫干净，清出一切杂物，赃物，灰尘等，使喷漆得到无流淌、无气泡、无漏涂，将空隙完全封闭的均匀涂层，环氧涂层的边缘与未喷锌铝的基体表面边缘相距不能小于200mm，否则会影响喷锌铝层的连接。
封闭涂料的作用：渗入喷锌铝层的空隙中将其堵塞，填满喷锌铝层凹坑，改善涂层外观，使其表面光滑，减小灰尘和外来污垢在喷铝层上滞留，简化维护保养，其功能是隔离腐蚀环境，对阳极性涂层起屏蔽作用，从而延长复合涂层体系的使用寿命。

Claims (1)

1.一种大功率电弧锌铝伪合金热喷涂方法，是通过以下步骤实现的：
对工件表面进行喷砂(喷丸)处理，用以清除表面的氧化物和各种污垢；
用选定的设备：由大功率电弧喷涂机、空压机和空气冷干机组成热喷涂系统，采用锌和铝金属丝作为引弧对工件表面进行伪合金复合涂层喷涂；
涂层表面封闭处理：选用合适的封孔剂对伪合金复合涂层表面的孔隙进行封孔；
表面面漆涂装：选用合适的油漆进行最后的表面涂装。
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