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                鋁制換熱器防鹽霧腐蝕涂層分析研究

                點擊:1540 日期:[ 2014-04-26 22:14:01 ]
                                             鋁制換熱器防鹽霧腐蝕涂層分析研究                                     1.王凝嵐  2.劉湘北      (1.中國北方車輛研究所; 2.中國北方車輛研究所軍事代表室 北京 100072)     【摘要】介紹在海水及鹽霧環境條件下鋁及鋁合金的腐蝕狀況, 并對各種有機涂料綜合分析比較, 得出了一些涂層的使用工況及搭配方式。選用合適的 涂層系統, 采用正確的噴涂工藝,就能很好地控制和防護鋁制換熱器在海水及鹽霧環境下的腐蝕問題。      【關鍵詞】 腐蝕控制與防護; 鋁及鋁合金; 鹽霧環境; 有機涂料; 涂層質量控制; 腐蝕      【中圖分類號】 TQ050.9     【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1003- 773X(2007)03- 0033- 03      0 引 言     隨著工業生產的迅速發展, 工程材料的腐蝕問題越來越突出, 已成為生產中必須考慮和解決的重要問題之一。很多型號的兩棲裝甲突擊車冷卻系, 采用鋁制板翅式換熱器, 設計要求能防海水、鹽霧空氣腐蝕。在充分借鑒各種坦克裝甲車輛成熟技術與經驗的基礎上,采用了 H06- 2 鋅黃環氧酯底漆加上 C04- 83 醇酸無光磁漆構成的涂層系統, 很好地起到了防護的作用,達到了總體及實際車輛所需的防腐蝕要求[1][2][3]。     1 概述       掌握了腐蝕的相關特性,再按實際需要,采用合適的防腐蝕方法, 才能盡量地把腐蝕造成的危害減到最低。(1) 腐蝕的定義及危害。在大氣和許多腐蝕介質中,工程材料在熱力學上幾乎都是不穩定的, 即有自發腐蝕破壞的傾向, 即有從金屬原子狀態轉變為離子狀態的傾向。腐蝕是一種物質由于環境作用引起的破壞和變質[4], 能夠給生產帶來很大危害, 有時甚至造成嚴重 后果。(2) 腐蝕的各種形態。腐蝕主要包括: 均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、點蝕、晶間腐蝕、磨蝕、應力腐蝕和氫脆、腐蝕疲勞及高溫氧化和熱腐蝕等多種形態[5]。      2 鋁及鋁合金的耐蝕性能       我們生產的板翅式換熱器, 主要是以鋁及鋁合金作為主要構材。鋁及鋁合金在干燥大氣中表面會生成一層非晶態氧化鋁的保護膜得到保護, 其耐蝕性取決于氧化膜在各種介質中的穩定性。鋁及鋁合金在中性和近中性的水中以及一般大氣中的耐蝕性很好; 在潮濕大氣中耐蝕性能下降; 在工業大氣中由于保護膜的破壞, 耐蝕性也會降低; 在酸性、堿性介質中, 由于氧化膜的溶解, 腐 蝕速度加快。在中性介質中鋁合金的耐蝕性與介質中含有金屬離子的活性與含量有關, 鹵素離子, 尤其是氯離子能破壞鋁合金表面的氧化膜, 使其耐蝕能力下降。在海水、海洋大氣條件下, 鋁合金的耐蝕性能降低。實際運用當中, 還需進一步提高材料的純度, 改善熱處理及加工工藝, 以提高鋁合金的耐腐蝕能力, 尤其是耐應力腐蝕的能力, 充分發揮鋁合金的潛力。       3 腐蝕控制與防護方法       3.1 鹽霧環境及其對鋁合金的腐蝕       海洋大氣中含有大量的海鹽粒子, 海浪及大風也將海水帶入大氣中, 會降落在暴露的金屬表面上, 海鹽粒子極易吸濕, 形成強腐蝕液, 對金屬有著很強的腐蝕作用( 見表 1)。低空大氣含鹽量與海岸距離有極大的關系。鹽分的侵蝕作用是明顯的, 當大氣中含有 1.0%Cl2時, 則腐蝕速度顯著加快[6]??亢T浇?, 海霧中的氯化物含量越高, 在該環境下的物體上鹽分沉積量也越多, 造成的腐蝕也越嚴重。鋁合金在這樣的條件下會產生疏松的腐蝕產物, 因此必須涂漆保護, 避免鋁直接暴露在海洋大氣之中。                 3.2 有機涂料的用途 保護作用 分類及涂層系統    ?。ǎ保?nbsp;有機涂料的用途。有機涂料層是有機涂料敷于物體表面形成的保護膜層 (由于早期大多采用植物油和稱“漆”的植物分泌物為主要組分, 俗稱油漆層)。有機涂料層的主要用途是保護結構材料不受環境條件的侵蝕, 延長使用壽命。利用涂料的不同顏色和光澤,還可起到裝飾、偽裝和標志作用。涂層也使表面平整光滑, 改善空氣動力性能。采用有機涂層防護, 是機械產品重要的保護措施之一。        (2) 有機涂料的保護作用。有機涂層的保護性, 有三個作用:1) 屏蔽作用。涂層作為屏蔽, 將物體表面與外界環境隔離, 阻止腐蝕介質( 如水、水蒸氣、鹽霧、腐蝕性氣體等)對金屬的作用。屏蔽作用主要與漆膜的透 氣性有關。一般說, 漆膜透氣性越小, 屏蔽作用越大。漆膜的透氣性主要取決于樹脂本身, 加入顏料和填料亦可降低透氣性。2) 緩蝕作用。借涂料內部的化學成分與金屬反應, 使金屬表面鈍化或形成保護膜, 阻止滲透的外界介質引起腐蝕。3) 電化學作用。利用涂料組分中的某些金屬比主體金屬電位更負, 起犧牲陽極保護作用。        (3) 有機涂料的分類。有機涂料大致分為: 清漆、磁漆( 磁漆又稱瓷漆, 由成膜樹脂加上顏料、填料等組成。膜層光滑且堅硬, 像瓷釉而得名[7]。磁漆與底漆配套組成的涂層系統, 廣泛用于零、部件及整機表面, 起防護、偽裝和標志作用)、底漆( 用于物體表面的第一層, 作為面層涂料的底層。金屬用底漆常含有抑制腐蝕的顏料)及膩子等。     (4) 涂層系統。采用兩種不同的有機涂料噴涂, 主要是因為二者具有很好的相互補充促進作用, 可以形成很好的涂層系統, 達到更好更全面的防護效果。同時,由于它的價格比較便宜,使用方法比較簡單,從經濟效益方面來說,也是非常合適的。      4.兩種重點漆料      4.1 醇酸漆      (1) 組成。醇酸漆是一種以醇酸樹脂為主要成膜物質的涂料。醇酸樹脂是由多元醇、多元酸和其他單元酸通過酯化作用縮聚制得的, 實際上它是油改性聚酯樹脂。醇酸漆所用溶劑為苯類或松節油或 200 號溶劑汽油。(2) 性能與用途。1) 優點: ①漆膜柔韌、附著力好、耐摩擦。②漆膜形成堅固的網狀結構、耐候性好、不易老化、光澤能持久不退。③抗礦物油性和抗醇類溶劑性良好。④可以和許多樹脂合用, 以改善性能。⑤使用原料豐富及工藝簡便。2)缺點: ①干結成膜較快, 但干透時間較長。②耐水性差, 但經烘烤耐水性有很大提高。③不耐堿, 防濕熱、防鹽霧、防霉菌性能差。(3) 用途。醇酸漆用途廣泛, 防陽光暴曬性能好, 適于各種結構用漆。由于漆膜堅韌光亮, 可用作室內外各種器具的裝飾用漆。適用涂飾各種金屬及木材內外表面。       4.2 環氧漆       (1) 環氧漆具有很多獨特性能, 是一種優良的防腐蝕涂料, 廣泛用于國防工業和民用工業。這類漆發展迅速, 品種繁多, 產量日趨增加。主要組成: 環氧漆是由環氧樹脂加固化劑和其它成分組成的, 它本身不能固化, 必須加入固化劑或其它樹脂來完成交聯或固化, 形成一個非常堅韌而且高度穩定的熱固性樹脂, 所以, 大多數為雙組分漆。(2) 環氧酯漆。環氧酯漆在酯化時,可將環氧樹脂作為多元醇與不飽和酸(或飽和酸) 混合在一起, 加熱到 200°C~300°C回流酯化。酯化的環氧漆與醇酸漆一樣, 結合力強、韌性好、成本低、抗粉化性有所改善。但由于酯鍵的存在, 耐堿性差, 防腐蝕比未酯化的漆膜差。目前它是環氧漆中用量最大的一種, 它是單組分涂料。環氧酯漆能常溫干燥, 也能烘干。一般來說, 烘干的性能較自干的為好。它用于保護受工業大氣侵蝕以及海洋霧氣和海水侵蝕的鋼鐵表面, 作為底漆或磁漆涂層, 亦可用于鋁、鎂合金及其它輕金屬表面作底漆。(3) 環氧漆的性能與用途。1) 優點: ①優良的抗化學品性能和突出的耐堿性。②漆膜粘結力強。③保色性較好, 性質穩定。④較好的熱穩定性和電絕緣性。⑤機械強度高。⑥收縮性小。2) 缺點: ①戶外耐候性差, 漆膜易粉化、失光, 漆膜豐滿度欠佳, 流平性較差。②因結構中含有羥基, 漆膜耐水性不佳。3) 用途:環氧漆不宜作戶外用漆和高級裝飾用漆。常作防腐蝕用漆, 飛機、汽車等車輛, 機器、家用器具等的底漆, 以及電工絕緣漆等。      5 涂層質量的控制       涂層質量的優劣、防腐效果的好壞, 不但決定于涂料本身的質量, 還決定于施工工藝的質量。有機涂料行業中有“三分材料, 七分工藝”之說, 表明工藝的重要性。     5.1 涂層噴涂的準備 施工環境 施工要點      (1) 涂漆前零部件表面的清潔程度, 直接影響涂層的附著力, 因此經表面處理后的零部件應盡快涂漆,對臟污的表面必須清洗干凈。鋁及鋁合金零部件經陽極化、化學氧化處理后, 一般規定在 24 h 內涂漆。過期未涂漆的表面應重新進行處理。(2) 涂料在施工前應按涂料技術條件進行檢驗, 合格后方可使用。(3) 施工現場的溫度和濕度條件, 直接影響涂層質量。一般規定溫度在 10°C~30°C 范圍內, 相對濕度不超過 80%[8]。溫度過低, 溶劑揮發慢, 施工時容易產生流淌; 溫度過高,相對濕度過大, 漆膜容易出現發白、桔皮等。(4) 在涂過底漆的表面上涂面漆之前, 底漆層必須用砂紙進行打磨, 用清潔的抹布和干凈的壓縮空氣清除磨屑。       5.2 涂層質量檢驗[8]       完成涂層的噴涂工作之后, 需對涂層進行系統的質量檢驗, 包括以下方面。(1) 外觀: 涂層的外觀狀況,不但直接關系到產品的美觀, 還影響到漆層的防護性??捎媚恳暀z驗。(2) 厚度: 涂層厚度關系到涂層的防護性能和產品的增重, 故應選擇適合的厚度; 太薄的涂層, 其防護性差; 過厚不但會造成材料浪費, 且使產品的重量增加。因此必須控制和檢驗涂層系統中每一層的厚度。采用非破壞性測厚儀, 進行測定。(3) 附著力:涂層在產品上附著的牢固程度直接關系到防護性能,故應檢驗涂層在產品上的附著力。附著力的測定大多用粘性膠帶貼于漆層上, 用滾筒或用手向下牢固的壓緊膠帶, 提起膠帶一端與被實驗表面大約成 45°角, 以一個快速的動作撕去膠帶的剩余部分, 涂層不應脫落。以上稱為干帶法。而濕帶法則是用吸收性材料做成襯墊, 然后用水將襯墊浸透, 將其放在被實驗的涂層上,用一塊耐水材料, 像聚乙烯或涂有聚乙烯的紙覆蓋在濕墊上, 用一條膠帶將濕的襯墊包好, 經規定的時間后將襯墊拿掉, 并吸去表面上的水, 在吸去水后 2 min 內按干帶法進行附著力實驗。(4) 光澤值的測定: 可在產品施工的同時以同一工藝噴涂在試板上, 采用光澤儀測定。       通過這些實驗測試, 可對鋁及鋁合金表面噴涂的涂層系統的質量有更量化的認識, 對于提高其控制腐蝕的能力、了解實際涂層效果起到很好的作用。      6 結 論      目前應用得最多的各種兩棲裝甲車用鋁制板翅式散熱器, 在海水及鹽霧環境下工作運行,對其防腐性能有很高的要求。通過以上的介紹和分析看出, 掌握了腐蝕的特性, 根據需要采用合適的有機涂料及涂層系統,并控制好噴涂的質量, 就能起到很好、很有效的防護作用。當然,還有其它一些防腐蝕的方法,(包括金屬表面熱處理等),也能達到比較好的防腐效果; 但其所需經費、人力、物力、加工時間都更多些。實踐證明, 本文所述采用合適的有機涂層防腐蝕的方法, 綜合效果及經濟效益都是非常合適的, 值得推廣和繼續優化發展。            參考文獻      [1] 涂料工藝[M]. 石油化學工業出版社, 1978.      [2] 趙麥群, 雷阿麗 . 金屬的腐蝕與防護 . 國防工業出版社,1999.      [3] 秦國治, 田志明 . 防腐蝕技術及應用實例 . 化學工業出版社, 2002.       [4] 李金桂, 趙閨彥 . 腐蝕和腐蝕控制手冊[M]. 國防工業出版社, 1979.       [5] 于福升 . 金屬材料的耐腐蝕性[M]. 科學出版社, 1982.       [6] 左景伊 . 腐蝕數據手冊[M]. 化學工業出版社, 1982.       [7] 王泳厚 . 實用防腐涂料[M]. 機械工業出版社, 1994.       [8] 換熱器防腐涂料及應用[J]. 化學清洗, 1990(2):24.
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