CN216603913U - 具有梯度材料组件的防火喷洒器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种具有梯度材料组件的防火喷洒器。所述喷洒器组合件包括由梯度材料制成的耐腐蚀喷洒器框架。所述梯度材料包括关于易腐蚀的芯互锁的聚合物层以保护框架结构免受腐蚀环境的影响。所述芯与保护性聚合物层之间的互锁由所述芯与外部聚合物层之间的离子键合来限定。

Description

具有梯度材料组件的防火喷洒器
优先权声明和通过引用并入
本申请要求2019年2月8日提交的美国临时申请第62/803,054号的权益，其通过引用整体并入。
技术领域
本发明创造一般地涉及适合于在腐蚀环境中使用的防火喷洒器。更具体地，本发明创造涉及具有由不充分耐腐蚀的芯材料和离子键合的外部保护层制造的组件的防火喷洒器组合件。本发明创造还提供了性能测试以证明适合于在腐蚀环境中使用。
背景技术
通常，自动防火喷洒器包括固体金属框架和某种类型的流体偏转构件或偏转器以在一定的区域上以限定的喷洒分配图案来分配从主体排出的流体以解决火灾。通常，通过热响应致动器例如易碎的流体填充玻璃球或焊接的机械组合件的被动激活来自动控制自动防火喷洒器的流体排出，所述热响应致动器在未致动的状态下通过在盖(按钮或盘)或其他密封组合件上施加压力而在排出孔口处保持流体紧密密封；以及在致动状态下破裂或塌陷以释放密封组合件。自动防火喷洒器还可以或者替代地被配置成通过信号响应致动器例如电信号和/或光学信号而自动控制激活。自动喷洒器用于可能使喷洒器暴露于腐蚀条件的多种环境。随着时间的流逝，腐蚀作用可能损坏包括框架的喷洒器，这可能阻止或者干扰正常的喷洒器运行。喷洒器框架可以由耐腐蚀性不同的材料制造。耐腐蚀材料可以包括例如黄铜、铅或不锈钢。为了提供另外的对腐蚀作用的保护，喷洒器框架单独或与其他喷洒器组件一起可以用保护性涂饰剂或涂层进行处理。
用于在腐蚀环境中使用的防火喷洒器通常要遵守行业认可的消防法规要求以及“具有管辖权的权威机构”(“authority having jurisdiction”，AHJ) 的批准，以确保符合适用的法规和要求。满足适用要求的一种方式是通过防火喷洒器的认证，该防火喷洒器在适当的行业认可的腐蚀和运行测试下具有证明了的令人满意的防火性能。为了有助于AHJ认证过程，防火设备可以是“列名的”，如由国家消防协会(National Fire ProtectionAssociation，NFPA)在其出版物“NFPA13：喷洒器系统的安装标准” (Standard for theInstallation of Sprinkler Systems)(2019)中限定的防火设备，意味着该设备被包括在AHJ可接受的组织的列表中，并且该组织的列表指出该设备“符合适当的指定标准或已经被测试并且发现适用于特定目的”。行业认可的列表组织包括：美国保险商实验室公司(Underwriters Laboratories Inc.)(“UL”)和FM认证有限责任公司(FM Approvals LLC)(“FM”)。
在其出版物“用于消防服务的自动喷洒器的UL安全标准UL 199” (“ULStandardfor Safety for Automatic Sprinklers for Fire-Protection Service UL 199”)(2005年第11版，2017年修订)(“UL 199”)中，UL对旨在在腐蚀环境中运行的自动防火喷洒器提供了腐蚀暴露测试。在以下 FM出版物中提供了类似的测试标准：(i)“消防用自动喷洒器的批准标准 -分类号2000”(“Approval Standard for Automatic Sprinklers for FireProtection-Class Number 2000”)(2018年2月)(“FM 2000”)；(ii)“消防用快速反应储存喷洒器认证标准-分类号2008”(“Approval Standard for Quick Response StorageSprinklers for Fire Protection-Class Number 2008”) (2018年2月)(“FM 2008”)；或者(iii)“消防用住宅喷洒器认证标准- 分类号2030”(“Approval Standard forResidential Sprinklers for Fire Protection-Class Number 2030”)(2009年8月)(“FM2030”)。除了腐蚀测试之外，所列出的标准还包括其他暴露测试以建立喷洒器在腐蚀环境中使用的适用性。其他暴露测试包括，例如高温测试、温度循环、振动测试、冷冻测试、涂层的蒸发测试、潮湿空气测试和/或烃暴露测试。因此，为了提供用于在腐蚀环境中使用的商业上可行的喷洒器，对于预期用途的环境，对喷洒器进行适当的性能测试。
通常，腐蚀暴露测试包括将一种或更多种样品尺寸的喷洒器暴露于腐蚀环境一段时间，随后测试经暴露的喷洒器的可接受性能。腐蚀测试环境包括，例如以下：盐喷雾、硫化氢气氛以及二氧化碳-二氧化硫气氛。用去离子水填充测试喷洒器的内部通道并且在暴露期间将其入口密封。暴露时段为十天(10天)时段和三十天(30天)时段中的一者或两者。在暴露时段之后，在限定的参数内运行来对测试喷洒器进行测试以确定所测试的喷洒器是否适合在腐蚀环境中使用。特别地，经暴露的喷洒器将被测试以验证其设计或宣称的热敏感性保持在可接受的水平内。为了满足10天测试，将所测试的喷洒器样品进行热运行以验证在10天暴露后运行的平均时间不超过未暴露于测试环境的相同喷洒器的运行时间的1.3倍。类似地，为了满足30天测试，将所测试的喷洒器样品进行热运行以验证在30 天暴露后运行的平均时间不超过未暴露于测试环境的相同喷洒器的运行时间的1.3倍。
在盐喷雾腐蚀暴露测试中，利用由按重量计百分之二十(20％)的食盐(氯化钠)组成的盐溶液，将喷洒器样品如用于运行盐喷雾(雾)测试设备的标准实践ASTM B117中规定的暴露于盐喷雾或盐雾。在硫化氢暴露测试中，在保持在约75°F(24℃)的封闭玻璃室中提供潮湿的硫化氢空气混合物，其中在暴露期间的每七天中的五天中，将等于室体积的百分之一(1.0％)的量的硫化氢引入到室中，在引入新体积之前将前一天的空气混合物从室中清除。为了保持室的湿度，将等于室体积的10ml/0.003m3的量的水保持在室的底部。在二氧化碳-二氧化硫暴露测试中，在保持在约75°F(24℃)的封闭玻璃室中提供潮湿的二氧化碳-二氧化硫空气混合物，其中在暴露期间的每七天中的五天中，将等于室体积的百分之一(1.0％)的量的二氧化碳加等于室体积的百分之一(1.0％)的量的二氧化硫引入到室中，在引入新体积之前将前一天的空气混合物从室中清除。为了保持室的湿度，将等于室体积的10ml/0.003m3的量的水保持在室的底部。
腐蚀环境除了影响喷洒器适当的热响应性之外，还可能不利地影响喷洒器本身和/或其构成部件中的一者或更多者的结构。因此，腐蚀暴露测试包括其中一种或更多种样品尺寸的喷洒器暴露于例如潮湿的氨-空气混合物或者氯化镁溶液的腐蚀环境一段时间的应力腐蚀开裂测试。在暴露的时段之后，在显微镜下检查测试喷洒器，以取得包括例如开裂、分层或其他劣化的应力腐蚀开裂的证据以确定所测试的喷洒器是否适合在腐蚀环境中使用。根据显微镜检查的结果，在符合限定参数内对喷洒器和/或其部件进行运行测试。
用于应力腐蚀开裂暴露测试的腐蚀环境的选择是待测试的喷洒器部件特别是喷洒器框架的材料的函数。在对黄铜部件的测试中，在密封的玻璃室中保持潮湿的氨-空气混合物。混合物由足够量的水性氨组成以覆盖室的底部并且在大气压和约93°F的恒定温度下具有0.94的比重。将喷洒器测试样品定位在室内高于液体表面并暴露十(10)天的时段。在暴露时段之后，在显微镜下检查测试样品。对于未显示出开裂、分层或其他劣化的任何部件，样品通过应力腐蚀开裂。对显示出劣化迹象的任何所测试的运行部件进行运行测试以证明在175psig.的流体静压和/或最大设计压力下保持流体紧密密封持续一分钟的能力，然后当进行热运行时，在7psig. 的最小流体静压下适当地运行。对于显示出应力腐蚀开裂或劣化的迹象的非运行测试部件，测试所述部件以证明承受在部件的额定压力下的流动水持续三十(30)分钟的能力。凭借通过运行测试，喷洒器部件满足应力腐蚀开裂测试要求。
在对喷洒器不锈钢部件的测试中，在装配有温度计和湿式冷凝器的密封玻璃室内，将按重量计百分之四二十(42％)的氯化镁溶液保持在恒温控制的电加热套上。将溶液保持在约302°F的沸腾温度下。拆卸喷洒器测试样品并且将不锈钢部件放置在溶液内，当预期正常使用时，将不锈钢部件暴露150小时的时段，以及当预期在没有耐腐蚀涂层的情况下使用时，将不锈钢部件暴露500小时。在暴露时段之后，将测试样品冲洗并在显微镜下检查。对于未显示出开裂、分层或其他劣化的任何部件，样品通过应力腐蚀开裂。显示出劣化迹象的任何所测试的运行部件将重新组装成喷洒器组合件并且进行运行测试以证明在测试喷洒器的额定压力下保持流体致密密封持续1分钟的能力，然后当进行热运行时，在7psig.的最小流体静压下适当地运行。对于显示出应力腐蚀开裂或劣化的迹象的非运行测试部件，将部件重新组装成喷洒器组合件，并对其进行测试以证明承受在部件的额定压力下的流动水持续三十(30)分钟的能力。凭借通过运行测试，喷洒器部件满足应力腐蚀开裂测试要求。
用于喷洒器框架的已知涂层例如蜡或特氟龙可能在喷洒器的正常使用的过程中(例如在制造、运送、处理、安装、致动和暴露于环境条件期间)劣化和/或从喷洒器框架中分离。因此，应力腐蚀开裂暴露测试评估喷洒器框架在不具有任何镀层或涂层的情况下在结构上承受腐蚀气氛的能力。因此，在不具有任何涂层的情况下，对待测试的框架进行测试。由于已知的应力腐蚀开裂暴露测试要求评估喷洒器框架本身而不管喷洒器框架的镀层或涂层，因此存在提供商业上可行的适当的制造材料选项和/ 或用于腐蚀测试和防火喷洒器制造的相应标准的困境。因此，用于制造商业上可行的自动防火喷洒器的材料的领域受到限制。因此，需要确定并扩展用于制造将在腐蚀环境中使用的自动防火喷洒器的材料的领域，并且需要开发用于评估这样的自动防火喷洒器在那些腐蚀环境中的适用性的适当的性能测试方法。
实用新型内容
提供了防火喷洒器组合件和在腐蚀环境中使用的方法的优选实施方案。优选的喷洒器组合件包括由优选的梯度材料制成的耐腐蚀喷洒器框架。喷洒器组合件的替代实施方案包括由优选的梯度材料制成的耐腐蚀喷洒器框架和流体偏转构件。优选的梯度材料包括组合以对整个框架结构提供耐腐蚀保护的复数个层。通常，优选的梯度材料包括基础层或芯和外部保护层。梯度材料的优选实施方案包括在微观结构水平上与单独易腐蚀的基础层或芯互锁的聚合物层，优选非多孔的聚合物层。如本文所使用的，“易腐蚀”意指具有很小的至不具有耐腐蚀性，以致不能满足一种或更多种腐蚀暴露测试。芯与保护层之间的优选的“互锁”提供了永久键合。如本文所使用的，“永久键合”被定义为这样的键合：两个或更多个组件之间的键合形成组合件，使得将组件除去或分离的任何成功的尝试都将需要破坏所述组合件和构成组件。因此，在喷洒器框架或组件的优选实施方案中，在不损坏保护层、芯或二者的情况下，不能将保护性聚合物层从芯中除去或分离。
在防火喷洒器的一个优选的实施方案中，梯度材料框架包括限定入口、出口、在入口与出口之间沿着纵向的喷洒器轴延伸的通道、以及环绕通道的至少一部分的管固定区域的易腐蚀的芯。在喷洒器组合件中，流体偏转构件与梯度材料框架连接，其中在通道内紧邻出口处设置密封组合件以及在密封组合件与流体偏转构件之间抵靠密封组合件安置触发器组合件。梯度材料框架及其形成的方法的优选实施方案包括提供优选地由铁合金芯制成的钢喷洒器框架，所述铁合金芯具有小于5重量％的以下合金元素中的任一者：镍(Ni)、钼(Mo)或铬(Co)。在梯度材料框架的一个优选的实施方案中，优选的非多孔聚合物层与易腐蚀的芯离子键合，产生包含易腐蚀的芯的一部分和聚合物层的一部分的过渡区域。
提供优选的框架的优选实施方案包括使用聚合物乳液浴在自动沉积过程中将聚合物层与钢芯永久键合。自动沉积为其中将有机聚合物乳液化学沉积在清洁的金属基底的表面上的化学过程。优选的乳液浴包含氟化铁和聚合物颗粒。在优选的自动沉积过程中，所述浴的氟化铁与优选的芯的钢表面反应并使优选的芯的钢表面极化，引起从芯中产生自由铁离子。来自芯的铁离子和来自所述浴的聚合物颗粒彼此吸引并离子键合，以引起聚合物颗粒凝结并沉降在钢芯的表面的显微组织内。聚合物颗粒连续从乳液中析出并彼此组合以在优选的钢芯上形成优选的保护层。
另一个优选的方法提供了经腐蚀评估的防火喷洒器。优选的方法包括提供喷洒器框架，所述喷洒器框架由梯度材料形成，所述喷洒器框架具有铁合金芯、限定出框架的外表面的外部聚合物层、以及在芯与外层之间的过渡键合区域。过渡键合区域包括铁合金芯的具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构的一部分与聚合物层的填充所述多个孔的一部分使得聚合物层与铁合金芯永久键合。优选的方法包括满足喷洒器框架的梯度材料腐蚀测试方案。
在用于腐蚀环境的防火的又一个优选的方法中，所述方法包括获得防火喷洒器，所述防火喷洒器具有喷洒器框架，所述喷洒器框架由梯度材料形成，所述喷洒器框架具有铁合金芯、限定出框架的外表面的外部聚合物层、以及在芯与外部层之间的过渡键合区域。优选的过渡键合区域包括铁合金芯的具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构的一部分与聚合物层的填充所述多个孔的一部分，使得聚合物层与铁合金芯永久键合。优选的方法还包括提供所述喷洒器以在腐蚀环境中使用。
还提供了用于评估优选的梯度材料喷洒器框架的耐腐蚀性的方法的优选实施方案。因此，并入了优选的梯度材料框架的优选喷洒器组合件和梯度材料框架的耐腐蚀评估的优选方法提供了经腐蚀评估的喷洒器组合件。此外，可以使用优选的高温暴露测试来评估对于在高温环境中使用的优选的腐蚀评估的梯度材料框架。因此，并入了优选的梯度材料框架的优选的喷洒器组合件还可以提供经腐蚀和高温评估的喷洒器组合件。
本实用新型提供以下技术方案：
方案1.一种防火喷洒器，包括：
梯度材料框架，所述梯度材料框架包括：
易腐蚀的芯，所述易腐蚀的芯限定入口、出口、在所述入口与所述出口之间沿着纵向的喷洒器轴延伸的通道、环绕所述通道的至少一部分的管固定区域；
与所述易腐蚀的芯离子键合的非多孔聚合物层；以及
包含所述易腐蚀的芯的一部分和所述非多孔聚合物层的一部分的过渡区域；
与所述梯度材料框架连接的流体偏转构件；
设置在所述通道内紧邻所述出口的密封组合件；以及
在所述密封组合件与所述流体偏转构件之间的抵靠所述密封组合件安置的触发器组合件。
方案2.根据方案1所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的应力腐蚀开裂测试：其中将所述框架暴露于作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二(42％)的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间使得所述框架不表现出开裂或分层。
方案3.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的应力腐蚀开裂测试：其中将所述框架暴露于作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二(42％)的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间使得所述框架承受在所述框架的额定压力下的流动水持续三十(30)分钟。
方案4.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的高温暴露测试：其中将所述框架在烘箱内加热至约1500°F (1470°F±20°F)的温度持续十五分钟(15分钟)以及然后接着浸没在约 75°F(60°F±10°F)的水浴中。
方案5.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述易腐蚀的芯的包含在所述过渡区域中的所述部分具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构，其中所述聚合物层的包含在所述过渡区域中的所述部分填充所述多个孔使得所述聚合物层与所述易腐蚀的芯永久键合，所述聚合物层包含所述易腐蚀的芯的颗粒。
方案6.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述易腐蚀的芯包含铁合金，所述铁合金包含小于5重量％的以下合金元素中的任一者：镍(Ni)、钼(Mo)或铬(Co)。
方案7.根据方案6所述的喷洒器，其中在所述过渡区域中，所述聚合物层的所述部分和所述铁合金的所述部分形成微观结构的互锁。
方案8.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述易腐蚀的芯限定出从主体大致平行于所述纵向的喷洒器轴延伸的至少一个支承构件以将所述流体偏转构件定位在距所述出口一定距离处。
方案9.根据方案8所述的喷洒器，其中所述至少一个支承构件包括各自从所述主体大致平行于所述纵向的喷洒器轴延伸的两个框架臂；并且所述易腐蚀的芯还限定出在从所述出口沿着所述纵向的喷洒器轴的固定位置处经由所述两个框架臂而被支承的凸台，所述凸台与所述流体偏转构件接合以将所述流体偏转构件定位在距所述出口固定的距离处。
方案10.根据上述方案中任一项所述的喷洒器，其中所述管固定区域中的至少一者包括外螺纹或者所述流体偏转构件由梯度材料制造。
附图说明
并入本文并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明创造的示例性实施方案，并且与以上给出的一般的描述以及以下给出的详细描述一起用于说明本发明创造的特征。应理解，优选的实施方案是本发明创造的如由所附权利要求所提供的一些实例。
图1是优选的耐腐蚀喷洒器组合件的示意性图。
图2是图1的喷洒器组合件的截面图。
图3是喷洒器框架沿着图1中的线III-III的详细截面图。
图4是图3中的截面IV的详细图。
图5是提供耐腐蚀喷洒器的优选方法的流程图。
图6A至图6C是图5的过程的图示图。
图7是提供经腐蚀评估的耐腐蚀喷洒器的优选方法的流程图。
图8是腐蚀评估的优选方法的流程图。
具体实施方式
图1和图2中示出的是优选的耐腐蚀自动防火喷洒器100的示意性实施方案的多个图，所述耐腐蚀自动防火喷洒器100包括梯度材料喷洒器框架110，所述梯度材料喷洒器框架110具有主体112和入口114以及出口 116和在入口114与出口116之间的沿着喷洒器纵向轴X-X延伸的内部通道118。在所示出的实施方案中，存在一个或更多个支承构件或更优选地一对框架臂120，所述一对框架臂120从主体112轴向延伸，优选地平行于喷洒器轴X-X并朝向喷洒器轴X-X会聚以形成喷洒器凸台122。
喷洒器100包括定位在距出口116固定距离处的流体偏转构件200，以在喷洒器100的热致动时分配来自流体供应管并从出口116排出的防火流体以解决火灾。流体偏转构件或偏转器可以由黄铜或耐腐蚀较高的材料例如镍或不锈钢制造并形成。在喷洒器组合件100的优选实施方案中，流体偏转构件200由与本文所描述的框架110相同的耐腐蚀梯度材料制成以有助于喷洒器组合件的耐腐蚀性。优选地，框架凸台122接合并固定至偏转构件200以将偏转构件居中定位在距出口116优选的固定距离处。以直立定向示出喷洒器100及其偏转构件200，但是应理解，喷洒器100可以配置有悬垂定向或水平定向的适当的偏转构件。另外，可以通过移动构件将框架110替代地配置成使流体偏转构件距出口可调节地定位。
为了促进喷洒器100与流体供应管的固定，喷洒器主体112包括扳手凸台124，扳手凸台124具有用于配置成通过安装工具例如喷洒器安装扳手而接合的周长。喷洒器主体112的外表面还配置有固定区域111以将喷洒器10与流体供应管连接。例如，可以将管固定区域配置成外螺纹区域 111。为了适应外螺纹的形成，同时为主体112提供足够的材料厚度，所述固定区域优选地环绕通道118的至少一部分。在替代的配置中，所述固定区域可以包括外槽以利用槽型连接连接到流体供应管。
喷洒器100的优选实施方案优选被配置成自动喷洒器使得从所连接的喷洒器100及其出口116排出的流体受密封组合件350控制，所述密封组合件350如图1和图2中所示设置在通道118内紧邻出口116以阻塞出口116。所示出的示意性密封组合件250包括壳盖252和座盘254以将环形弹簧盘256封闭在壳盖352内。所述壳盖包括一个或更多个腿部252a 以叠合在扳手凸台124的周长上的优选形成的缺口上，腿部252a优选地在框架臂120之间居中。密封组合件350在喷洒器主体112的出口116内通过热响应元件或触发器275支承，所述热响应元件或触发器275抵靠座盘254安置并且优选地在密封组合件250与偏转器200之间沿着喷洒器轴 X-X对齐。热响应元件275优选地实施为热响应易碎的玻璃球，但是可以被替代地实施为热响应机械致动或信号致动的组合件，条件是在喷洒器的相应未致动状态和致动状态下，所述组合件可以安牢和打开密封组合件 250。将负载螺钉280拧入凸台122中以对热响应元件275和座盘254提供负载力以压缩弹簧盘256使得密封组合件250安置在喷洒器主体112的出口116内以形成流体紧密密封。在存在足够水平的热的情况下，热响应元件275运行或触发以释放密封组合件250，并允许所供应的流体从出口 116排出以冲击偏转器200并且解决火灾。
在单独的或与流体偏转构件200组合的喷洒器框架110由梯度材料制成的情况下，喷洒器组合件100的优选实施方案是耐腐蚀的，其中梯度材料的构成层中的一者或更多者单独或与其他层组合为整个框架结构提供耐腐蚀保护。通常，优选的梯度材料包括在微观结构水平上与基础层或芯互锁的聚合物(优选非多孔)层，否则所述基础层或芯当暴露于腐蚀环境时，单独易受到腐蚀，即易腐蚀。材料的优选互锁提供了在芯与保护性聚合物层之间的优选的永久键合。因此，将永久键合的保护性聚合物层从喷洒器框架110中的芯中除去或分离的任何成功的尝试都会破坏框架110本身、芯和/或保护层。
对于通常使用的耐腐蚀材料例如可以单独或与可除去的耐腐蚀涂层或涂饰剂组合来提供耐腐蚀性的黄铜、镍、或不锈钢，优选的梯度材料为喷洒器框架或偏转器制造提供了替代材料。因此，优选的梯度材料扩展了制造商业上可行的耐腐蚀喷洒器的材料的领域。使用如本文所述的优选的腐蚀评估或测试方法或方案来评估优选的梯度材料组件的耐腐蚀性。因此，并入了经测试的组件的优选喷洒器组合件可以提供经腐蚀评估的喷洒器组合件。
图2和图3示意性地示出了其中框架优选地由易腐蚀的芯材料形成的喷洒器框架的梯度材料300。在优选的实施方案中，芯302为具有小于5 重量％的以下合金元素中的任一者的铁合金例如钢：镍(Ni)、钼(Mo) 或铬(Co)。保护性聚合物层优选地非多孔聚合物层304优选地由其中树脂或聚合物稳定地悬浮在水溶液、乳液或分散体中的自动沉积组合物得到。因此，如本文所述，优选的框架110由以下自动沉积过程制造：其中框架结构由芯材料形成并浸在优选的聚合物乳液浴中以产生在微观结构水平上与芯的暴露表面互锁的聚合物层，然后被固化。代表性的自动沉积浴溶液可从Henkel Corporation of Rocky Hill,CT商购，并且在其手册
Figure DEST_PATH_GDA0003503840910000101
Metal Pretreatment,Cleaners,and SpecialtyCoatings--Functional Coatings Solutions(2017)中描述。
图4中示出了优选的梯度材料在微观结构水平上的详细图示。优选地形成在芯302与外部保护层304之间的是包括彼此互锁以形成永久键合的芯的一部分和保护层的一部分的优选过渡区域或层306。在图示中，过渡键合区域包括优选铁合金芯302的具有在其间限定出多个孔302b的多个间隔开的结构302a的一部分和聚合物层304的填充多个孔302b的一部分，使得聚合物层304与铁合金芯302永久键合。随着优选的铁合金芯相对于过渡区域306的一侧的增加，以及保护性聚合物相对于另一侧的增加，喷洒器框架110的层在远离过渡区域306的方向上形成梯度。
图5中概述了提供耐腐蚀梯度材料喷洒器100的优选方法400，所述优选方法400包括在第一步骤402中，由芯铁合金例如钢制造喷洒器框架以限定出具有入口、出口、和在入口与出口之间延伸的通道的主体，其中期望制造具有支承构件和凸台的框架。将制造的框架清洗并脱脂以促进与聚合物层的优选互锁和永久键合。在优选的施加步骤404中，将制造的框架浸渍在聚合物乳液浴中。在优选的自动沉积步骤406中，制造的框架与聚合物乳液浴反应以产生保护性聚合物层并将保护性聚合物层与芯框架结合。图6A至图6C中图示了用于制造梯度材料喷洒器框架110的自动沉积过程的优选实施方案。自动沉积为其中有机聚合物乳液化学沉积在清洁的金属基底的表面上的化学过程。在美国专利第5,385,758号和美国专利第8,629,493号中描述了自动沉积以保护钢基底的细节。优选的乳液浴 310包含氟化铁312和形成优选的聚合物层304的聚合物颗粒304a。氟化铁312与芯302的钢表面反应并使芯302的钢表面极化，引起从芯中产生自由铁离子302c。铁离子302c和聚合物颗粒304a彼此吸引并离子键合以引起聚合物颗粒凝结并沉降在钢表面的显微组织之间的孔内并形成优选的过渡区域306。聚合物颗粒304a连续从乳液中析出并彼此组合以形成优选的层304。因此，在一个优选的实施方案中，优选的保护层304包含聚合物颗粒和铁。因此，保护性聚合物层304可以为纯聚合物或者聚合物与芯材料的颗粒的组合。再次参照图5，然后在固化步骤408中允许浸渍的组合件固化。在步骤410中，可以将经固化的框架110与其他喷洒器组件组装以提供优选的耐腐蚀喷洒器。另外地或者替代地，流体偏转构件200 可以由易腐蚀的芯材料制造，并经受用于在优选的喷洒器100中的组合件的相同的自动沉积和固化过程。
图7中概述了获得并提供优选的耐腐蚀的并且经评估的防火喷洒器的优选方法400'，其中框架110由基础层制造402'，并且以如前述的优选方式将聚合物层永久键合404'至框架110。在一种或更多种腐蚀评估测试 412中将喷洒器框架110中的一者或更多者单独测试、与优选的耐腐蚀流体偏转器构件200组合测试、或者以完整的喷洒器组合件100测试以评估喷洒器框架在腐蚀环境中使用的适用性。图8为用于评估优选耐腐蚀喷洒器100的方法方案500，其包括进行应力腐蚀测试502，并且更优选地包括随后使或独立地使喷洒器框架110和优选的喷洒器组合件100或其组件经受一种或更多种暴露腐蚀测试(504、506、508)。由于芯与保护层之间的永久键合，因此梯度材料的腐蚀测试不涉及将聚合物层从芯中除去或分离。因此，优选的方法包括其中将完整的梯度材料框架和/或偏转器作为整体进行测试的梯度材料腐蚀测试方案。
在评估优选的喷洒器组合件100的一个优选的方法500中，喷洒器框架满足这样的应力腐蚀开裂测试502：其中梯度材料框架110暴露于测试室内的作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二(42％)的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间使得喷洒器框架和保护层不表现出开裂或分层。在潮湿的氨空气混合物的情况下，所述混合物通过足够量的水性氨提供以覆盖测试室的底部，并且在大气压和约93°F的恒定温度下具有0.94的比重。替代地或者另外地，将框架110暴露于作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二(42％)的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间，并且使喷洒器框架承受在框架的额定压力下的流动水持续三十(30)分钟。将优选的氯化镁溶液保持在约302°F 的沸腾温度下。将喷洒器框架优选地放置在氯化镁溶液内，并且当预期正常使用时，将喷洒器框架暴露150小时的时段，以及当预期在没有耐腐蚀涂层的情况下使用时，将喷洒器框架暴露500小时。在暴露时段之后，将测试样品冲洗并在显微镜下检查。对于未显示出开裂、分层或其他劣化的任何部件，样品通过应力腐蚀开裂。另外地，可以将所测试的框架组装成完整的喷洒器组合件并进行流体静力学测试，以验证可以保持7psig.的流体静力测试压力。凭借通过一种或更多种应力腐蚀测试，优选的喷洒器 10及其框架满足应力腐蚀开裂测试要求。
再次参照图8，腐蚀评估的方法500可以包括使在完整的优选喷洒器组合件10内的梯度材料喷洒器框架110暴露于腐蚀环境一段时间，随后测试经暴露的喷洒器的可接受性能。暴露测试可以包括以下中的一者或更多者：盐喷雾腐蚀暴露测试504、硫化氢气氛腐蚀暴露测试506、以及二氧化碳-二氧化硫气氛腐蚀曝露测试508。在暴露测试的一个实施方案中，用去离子水填充喷洒器组合件10的内部通道并且在暴露期间将其密封。替代地，可以在不填充所述通道并且不将所述入口密封的情况下对喷洒器组合件10进行测试。暴露于测试环境的时段为十天(10天)时段和三十天(30天)时段中的一者或两者。在暴露的时段之后，评估测试喷洒器在限定的参数内的正常运行以确定所测试的喷洒器是否适合在腐蚀环境中使用。特别地，测试经暴露的喷洒器以验证喷洒器的热敏感性保持在可接受的水平内。为了满足10天测试，将所测试的喷洒器进行热运行以验证在10天暴露后运行的平均时间不超过未暴露于测试环境的相同喷洒器的运行时间的1.3倍。类似地，为了满足30天测试，将所测试的喷洒器进行热运行以验证在30天暴露后运行的平均时间不超过未暴露于测试环境的相同喷洒器的运行时间的1.3倍。
在优选的盐喷雾腐蚀暴露测试504中，利用由按重量计百分之20的食盐(氯化钠)组成的盐溶液，将测试喷洒器10如用于运行盐喷雾(雾) 测试设备的标准实践ASTM B117所规定暴露于盐喷雾或盐雾。在硫化物暴露测试506中，在保持在约75°F(24℃)的封闭玻璃室中提供潮湿的硫化氢空气混合物，其中在暴露时段的每七天中的五天中，将等于室体积的百分之一(1.0％)的量的硫化氢引入到室中，在引入新体积之前将前一天的空气混合物从室中清除。为了保持室的湿度，将等于室体积的10 ml/0.003m3的量的水保持在室的底部。在二氧化碳-二氧化硫暴露测试508 中，在保持在约75°F(24℃)的封闭玻璃室中提供潮湿的二氧化碳-二氧化硫空气混合物，其中在暴露时段的每七天中的五天中，将等于室体积的百分之一(1.0％)的量的二氧化碳加等于室体积的百分之一(1.0％)的量的二氧化硫引入到室中，在引入新体积之前将前一天的空气混合物从室中清除。为了保持室的湿度，将等于室体积的10ml/0.003m3的量的水保持在室的底部。凭借令人满意地通过单独的优选腐蚀测试502或通过优选腐蚀测试502与一种或更多种暴露测试组合，对优选的喷洒器进行了在腐蚀环境中使用的腐蚀评估510。
此外，可以评估在高温环境中使用的梯度材料框架和/或偏转器。评估的优选方法包括进行高温暴露测试512，其中将梯度材料框架110单独或者处于打开状态的喷洒器组合件10(即具有偏转器且没有触发器或密封组件)在烘箱内加热至约1500°F(1470°F±20°F)的温度持续十五分钟 (15分钟)，然后接着浸没在约75°F(60°F±10°F)的水浴中的。通过高温暴露测试512的框架110或打开的组合件在高温暴露和水浴后没有表现出变形、起泡或破裂的迹象。因此，测试并入了这样的优选梯度材料的梯度框架和偏转器110/200和/或喷洒器组合件的优选方法可以提供在腐蚀和高温环境中使用的经腐蚀和高温评估的喷洒器组合件。
喷洒器组合件和腐蚀评估的方法的优选实施方案可以提供其他优选的防火方法。例如，一个优选的方法包括获得由梯度材料形成的具有铁合金芯、限定出框架的外表面的外部聚合物层、以及在芯与外部层之间的过渡键合区域的喷洒器框架。优选的过渡键合区域包括铁合金芯的具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构的一部分和聚合物层的填充所述多个孔的一部分使得聚合物层与铁合金芯永久键合；并且满足喷洒器的梯度材料腐蚀测试方案。优选的方法可以包括提供所获得的喷洒器以在腐蚀环境中使用。
腐蚀防火的替代优选方法可以包括提供由梯度材料形成的具有铁合金芯、限定出框架的外表面的外部聚合物层、以及在芯与外部层之间的过渡键合区域的喷洒器框架，过渡键合区域包括铁合金芯的具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构的一部分和聚合物层的填充所述多个孔的一部分使得聚合物层与铁合金芯永久键合。优选的方法还包括满足喷洒器样品尺寸的腐蚀测试。
尽管已经参照特定实施方案公开了本发明创造，但是在不脱离如所附权利要求中所限定的本发明创造的领域和范围的情况下，可以对所描述的实施方案进行多种修改、变更和改变。因此，本发明创造旨在不限于所描述的实施方案，而是本发明创造具有由所附权利要求的语言及其等同方案所限定的全部范围。

Claims (8)

1.一种防火喷洒器，其特征在于，所述防火喷洒器包括：
梯度材料框架，所述梯度材料框架包括：
易腐蚀的芯，所述易腐蚀的芯限定入口、出口、在所述入口与所述出口之间沿着纵向的喷洒器轴延伸的通道、环绕所述通道的至少一部分的管固定区域；
与所述易腐蚀的芯离子键合的非多孔聚合物层；以及
包含所述易腐蚀的芯的一部分和所述非多孔聚合物层的一部分的过渡区域；
与所述梯度材料框架连接的流体偏转构件；
设置在所述通道内紧邻所述出口的密封组合件；以及
在所述密封组合件与所述流体偏转构件之间的抵靠所述密封组合件安置的触发器组合件。
2.根据权利要求1所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的应力腐蚀开裂测试：其中将所述框架暴露于作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间使得所述框架不表现出开裂或分层。
3.根据权利要求1所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的应力腐蚀开裂测试：其中将所述框架暴露于作为潮湿的氨空气混合物或按重量计百分之四十二的氯化镁溶液中的一者的腐蚀气氛持续暴露一段时间使得所述框架承受在所述框架的额定压力下的流动水持续三十分钟。
4.根据权利要求1所述的喷洒器，其中所述梯度材料框架满足这样的高温暴露测试：其中将所述框架在烘箱内加热至1470°F±20°F的温度持续十五分钟以及然后接着浸没在60°F±10°F的水浴中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的喷洒器，其中所述易腐蚀的芯的包含在所述过渡区域中的所述部分具有在其间限定出多个孔的多个间隔开的结构，其中所述聚合物层的包含在所述过渡区域中的所述部分填充所述多个孔使得所述聚合物层与所述易腐蚀的芯永久键合，所述聚合物层包含所述易腐蚀的芯的颗粒。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的喷洒器，其中所述易腐蚀的芯限定出从主体大致平行于所述纵向的喷洒器轴延伸的至少一个支承构件以将所述流体偏转构件定位在距所述出口一定距离处。
7.根据权利要求6所述的喷洒器，其中所述至少一个支承构件包括各自从所述主体大致平行于所述纵向的喷洒器轴延伸的两个框架臂；并且所述易腐蚀的芯还限定出在从所述出口沿着所述纵向的喷洒器轴的固定位置处经由所述两个框架臂而被支承的凸台，所述凸台与所述流体偏转构件接合以将所述流体偏转构件定位在距所述出口固定的距离处。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的喷洒器，其中所述管固定区域中的至少一者包括外螺纹或者所述流体偏转构件由梯度材料制造。
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