防腐涂料的涂装技术
1 表面预处理的重要性
为使防腐蚀涂料良好地附着于被涂表面, 在涂装前要对被涂表面进行一定的表面预处理。表面预处理的质量对涂层的寿命起着重要的作用, 有人分析认为表面预处理质量好坏对涂层寿命的影响程度约占50%。钢铁表面往往有锈蚀、氧化皮、油污等存在。锈蚀的直接影响是减少了涂料与表面的接触面积, 结果是涂层对钢表面的附着力降低。同时锈蚀产物含有的硫酸亚铁、氯化钠等杂质会促进钢的腐蚀, 所以钢表面预处理的首要工作是除锈。当锈蚀表面含有盐类杂质时, 除锈前先用水清洗。
氧化皮是钢铁热轧过程中高温下生成的鳞皮, 氧化皮本身硬脆, 但它的膨胀系数比钢小, 经冷热循环易开裂脱落。 从电化学上分析, 氧化皮的电极电位要比铁正0.15～0.20Ｖ, 在腐蚀介质中, 铁先于氧化皮腐蚀, 尤其是在有大量氧化皮存在时, 大量的氧化皮为大阴极, 少量裸露的铁成为小阳极, 会加速促进铁的局部腐蚀。在潮湿环境中, 氧化皮的大阴极和脱落氧化皮而裸露钢表面的小阳极, 造成裸露区的局部腐蚀。氧化皮与钢材表面实际存在无数微小缝隙, 水汽和腐蚀介质渗透到松动的氧化皮下又易发生缝隙腐蚀和浓差腐蚀。因此, 在涂装前必须完全清除氧化皮。而许多钢表面的涂装工作是在氧化皮未完全去除就进行的, 结果造成涂装质量的低劣和涂料使用寿命的大大缩短。钢表面上经常沾有油污, 油污使钢面外层的自由能降低(会从0.004Ｎ ｃｍ降低到0.0002Ｎ ｃｍ), 甚至会低于涂料的自由能, 结果是涂料不能很好地润湿钢表面, 不但严重降低了涂料对表面的润湿附着力, 甚至引起涂层的缩孔。因此, 对钢表面不仅要求除锈, 而且还要除油。
另外, 表面粗糙度也影响涂层与金属基底的附着力和涂层的分布。适当的粗糙度可提高涂层对表面的机械咬合作用, 增加涂层与金属表面分子的吸引力。但表面过于粗糙, 也会带来不利的影响, 使涂层在基低表面上分布的不均匀, 尤其在粗糙面的波峰处, 易造成涂层太薄, 引起锈蚀的早期发生。根据实践经验, 钢表面的粗糙度在40～75μｍ比较合适。
2 钢材表面预处理质量的评定
涂装前钢铁表面处理的目的有两个, 一是达到一定的清洁度, 二是在钢铁表面形成一定的表面粗糙度。
2.1 表面清洁度的评定
国际上普遍采用的钢材表面处理质量标准是瑞典工业标准ＳＩＳ05590《涂装前钢材表面除锈图谱标准》和国际标准ＩＳＯ8501-1:1988《涂装油漆和有关产品前钢材预处理──表面清洁度的目视评定──第一部分:未涂装过的钢材和全面清除原有涂层后的钢材的锈蚀等级和除锈等级》。我国也在1988年颁布了国家标准ＧＢ8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。美国、日本等国也有类似的除锈标准。表1列出了国家标准与几种国外标准的等级对照。
以上述标准来评定钢表面预处理质量时, 一般采用和标准照片比较的目视法判断, 应在良好的散射日光下或照度相当的人工照明条件下进行, 要求标准照片尽量靠近需评定的表面。评定时应充分考虑下列影响因素:(1)不同磨料会产生不同的色调;(2)钢材轧制工艺所形成的不同颜色;(3)照明不均匀和其它因素引起的色调差异。
2.2 表面粗糙度的评定
表面粗糙度的大小与磨料的粒度、形状、材料、喷射的速度和作用时间等工艺参数有关, 其中以磨料的粒度影响为主。许多国家已先后制订了表面粗糙度的标准, 如德国、日本和美国ＳＳＰＣ协会。国际标准化组织ＩＳＯ ＴＣ35 ＳＣ12小组制订了国际标准ＩＳＯ8503。参照国际标准, 我国也制订了相应的国家标准ＧＢ Ｔ13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定(比较样块法) 》。对于通常防腐蚀涂料来讲, 钢材表面合适的粗糙度范围是40～75μｍ, 最大粗糙度不应超过100μｍ。以ＧＢ Ｔ13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定比较样块法) 》对钢材表面喷射清理形成的粗糙度来看, 中级粗糙度比较合适。
粗糙度评定的传统方法是采用带有触针和千分表的粗糙度测量仪。我国新制订的国标是一种比较样块法, 是将合适的标准样块与被测表面一起进行对照比较, 必要时可用放大镜观测。另外如果目视方法评定有困难, 还可采用触摸法比较。 3 表面预处理的方法
材料表面预处理的方法是多种多样的, 美国钢结构涂装会将钢表面在涂装前的预处理方法分为10种, 见表2。
就一般金属材料表面处理的方法而言, 可以分为两类, 即机械法和化学法。
3.1 机械法
该方法包括喷砂、喷丸、喷磨料、动力工具或手工除锈。它们主要用于6ｍｍ以上的较厚钢材, 应用场合有船舶、桥梁、海洋石油开发、大型港湾设施等。 机械法中喷射清理的方法可分如下几种:喷射磨料、高压水冲洗、水(磨料) 喷射处理和手动高压水清洗, 其中以喷磨料应用最为广泛。
3.1.1 喷射磨料清洗
在选择喷射磨料清洗时必须考虑下述几方面因素。(Ａ) 磨料的种类。磨料的种类有很多, 有天然非金属矿砂:河砂、石英砂、橄榄石砂、石榴红砂和玉矿砂等; 炉渣类:钢渣、镍渣、煤渣等; 制造类磨料:挤压玻璃、玻璃珠、塑料、电熔氧化铝、重碳酸盐钠等; 农业类磨料:核桃壳、谷物类壳等。(Ｂ) 磨料的尺寸。磨料的尺寸将影响到喷射工作的生产率。(Ｃ) 磨料的形状。磨料的形状可分为有角、半角、园形、半园形。磨料的形状决定清理表面的粗糙度轮廓, 如有角磨料会形成明显的波峰和波谷状, 适合较厚旧漆层和严重腐蚀的表面; 而园形磨料会留下敲打的形状, 用于去除细小的旧漆皮和污染效果较好。(Ｄ) 磨料的密度。磨料的密度与磨料的回收率有关, 密度越高, 回收率也越高; 如石英砂只能用1次, 铜渣、镍渣等炉渣一般可用3次, 石榴红砂几乎能用15～20次, 钢粒和钢珠则可用100次以上。(Ｅ) 磨料的污染。磨料的污染是很重要的事, 往往是造成涂装失败和涂料
早期破坏的主要原因。尤其是磨料中的含氯量更是一个关键的因素, 在造船工业中对磨料的含氯量有着严格的要求。
3.1.2 高压水清洗法
采用压力超过175ＭＰａ的超高压水流清洗, 对清除表面的油污和其它污损物是比较有效的, 但只能在一定时间内清除相对有限的表面积, 而且需要立即涂装底漆。
3.1.3 水(磨料) 喷射处理
该方法是利用夹带磨料的水, 在0.6～0.8ＭＰａ的空气压力下喷射到被处理的表面, 以清除氧化皮、锈蚀和旧涂层等。主要优点是可大大减少喷砂现场的尘埃发扬, 有利于符合环境保护的要求, 还能避免磨料与金属冲击时产生的火花, 适合于涂装现场不允许有火花的特殊要求(如油库现场的涂装施工) 。
带水的磨料喷射清洗工作可以在天气条件较差的情况下(如环境空气相当潮湿, 相对湿度很高) 进行。由于清洗处理后钢板表面有大量水存在, 很容易产生返锈, 需要在喷射清洗处理的水中添加一定量的缓蚀剂(约为水量的1%)。
3.2 化学法
该方法包括酸洗、磷化、钝化等。磷化和钝化主要应用于冷轧薄钢板或轻金属如铝、锌等。
磷化处理是采用酸式磷酸盐, 如Ｚｎ(Ｈ2ＰＯ4)2等溶液在金属表面上生成无机的磷酸盐转化层, 该磷化层不仅本身具有防腐蚀性能, 而且与钢基底又有良好的附着力, 是后续涂层附着的基础。
磷化处理按处理液的组成可分为:①锌系;②锰系:膜厚, 结晶粗, 使用较少;③铁系:膜薄, 无定型, 附着力较好, 后加工性好, 但耐蚀性较差;④锌钙系:耐热, 结晶细, 成本低;⑤锌锰、锌镍锰系:耐蚀性较好;⑥锌钙系:磷化处理液中含有Ｚｎ(Ｈ2ＰＯ4)2和Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)2。按处理温度分类有:高温磷化(90～
98℃)、中温磷化(50～70℃)和低温磷化(20～30℃)。按处理工艺分类有:槽浸式磷化、喷淋式磷化、涂刷磷化等。
防腐涂料的涂装技术
1 表面预处理的重要性
为使防腐蚀涂料良好地附着于被涂表面, 在涂装前要对被涂表面进行一定的表面预处理。表面预处理的质量对涂层的寿命起着重要的作用, 有人分析认为表面预处理质量好坏对涂层寿命的影响程度约占50%。钢铁表面往往有锈蚀、氧化皮、油污等存在。锈蚀的直接影响是减少了涂料与表面的接触面积, 结果是涂层对钢表面的附着力降低。同时锈蚀产物含有的硫酸亚铁、氯化钠等杂质会促进钢的腐蚀, 所以钢表面预处理的首要工作是除锈。当锈蚀表面含有盐类杂质时, 除锈前先用水清洗。
氧化皮是钢铁热轧过程中高温下生成的鳞皮, 氧化皮本身硬脆, 但它的膨胀系数比钢小, 经冷热循环易开裂脱落。 从电化学上分析, 氧化皮的电极电位要比铁正0.15～0.20Ｖ, 在腐蚀介质中, 铁先于氧化皮腐蚀, 尤其是在有大量氧化皮存在时, 大量的氧化皮为大阴极, 少量裸露的铁成为小阳极, 会加速促进铁的局部腐蚀。在潮湿环境中, 氧化皮的大阴极和脱落氧化皮而裸露钢表面的小阳极, 造成裸露区的局部腐蚀。氧化皮与钢材表面实际存在无数微小缝隙, 水汽和腐蚀介质渗透到松动的氧化皮下又易发生缝隙腐蚀和浓差腐蚀。因此, 在涂装前必须完全清除氧化皮。而许多钢表面的涂装工作是在氧化皮未完全去除就进行的, 结果造成涂装质量的低劣和涂料使用寿命的大大缩短。钢表面上经常沾有油污, 油污使钢面外层的自由能降低(会从0.004Ｎ ｃｍ降低到0.0002Ｎ ｃｍ), 甚至会低于涂料的自由能, 结果是涂料不能很好地润湿钢表面, 不但严重降低了涂料对表面的润湿附着力, 甚至引起涂层的缩孔。因此, 对钢表面不仅要求除锈, 而且还要除油。
另外, 表面粗糙度也影响涂层与金属基底的附着力和涂层的分布。适当的粗糙度可提高涂层对表面的机械咬合作用, 增加涂层与金属表面分子的吸引力。但表面过于粗糙, 也会带来不利的影响, 使涂层在基低表面上分布的不均匀, 尤其在粗糙面的波峰处, 易造成涂层太薄, 引起锈蚀的早期发生。根据实践经验, 钢表面的粗糙度在40～75μｍ比较合适。
2 钢材表面预处理质量的评定
涂装前钢铁表面处理的目的有两个, 一是达到一定的清洁度, 二是在钢铁表面形成一定的表面粗糙度。
2.1 表面清洁度的评定
国际上普遍采用的钢材表面处理质量标准是瑞典工业标准ＳＩＳ05590《涂装前钢材表面除锈图谱标准》和国际标准ＩＳＯ8501-1:1988《涂装油漆和有关产品前钢材预处理──表面清洁度的目视评定──第一部分:未涂装过的钢材和全面清除原有涂层后的钢材的锈蚀等级和除锈等级》。我国也在1988年颁布了国家标准ＧＢ8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。美国、日本等国也有类似的除锈标准。表1列出了国家标准与几种国外标准的等级对照。
以上述标准来评定钢表面预处理质量时, 一般采用和标准照片比较的目视法判断, 应在良好的散射日光下或照度相当的人工照明条件下进行, 要求标准照片尽量靠近需评定的表面。评定时应充分考虑下列影响因素:(1)不同磨料会产生不同的色调;(2)钢材轧制工艺所形成的不同颜色;(3)照明不均匀和其它因素引起的色调差异。
2.2 表面粗糙度的评定
表面粗糙度的大小与磨料的粒度、形状、材料、喷射的速度和作用时间等工艺参数有关, 其中以磨料的粒度影响为主。许多国家已先后制订了表面粗糙度的标准, 如德国、日本和美国ＳＳＰＣ协会。国际标准化组织ＩＳＯ ＴＣ35 ＳＣ12小组制订了国际标准ＩＳＯ8503。参照国际标准, 我国也制订了相应的国家标准ＧＢ Ｔ13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定(比较样块法) 》。对于通常防腐蚀涂料来讲, 钢材表面合适的粗糙度范围是40～75μｍ, 最大粗糙度不应超过100μｍ。以ＧＢ Ｔ13288《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定比较样块法) 》对钢材表面喷射清理形成的粗糙度来看, 中级粗糙度比较合适。
粗糙度评定的传统方法是采用带有触针和千分表的粗糙度测量仪。我国新制订的国标是一种比较样块法, 是将合适的标准样块与被测表面一起进行对照比较, 必要时可用放大镜观测。另外如果目视方法评定有困难, 还可采用触摸法比较。 3 表面预处理的方法
材料表面预处理的方法是多种多样的, 美国钢结构涂装会将钢表面在涂装前的预处理方法分为10种, 见表2。
就一般金属材料表面处理的方法而言, 可以分为两类, 即机械法和化学法。
3.1 机械法
该方法包括喷砂、喷丸、喷磨料、动力工具或手工除锈。它们主要用于6ｍｍ以上的较厚钢材, 应用场合有船舶、桥梁、海洋石油开发、大型港湾设施等。 机械法中喷射清理的方法可分如下几种:喷射磨料、高压水冲洗、水(磨料) 喷射处理和手动高压水清洗, 其中以喷磨料应用最为广泛。
3.1.1 喷射磨料清洗
在选择喷射磨料清洗时必须考虑下述几方面因素。(Ａ) 磨料的种类。磨料的种类有很多, 有天然非金属矿砂:河砂、石英砂、橄榄石砂、石榴红砂和玉矿砂等; 炉渣类:钢渣、镍渣、煤渣等; 制造类磨料:挤压玻璃、玻璃珠、塑料、电熔氧化铝、重碳酸盐钠等; 农业类磨料:核桃壳、谷物类壳等。(Ｂ) 磨料的尺寸。磨料的尺寸将影响到喷射工作的生产率。(Ｃ) 磨料的形状。磨料的形状可分为有角、半角、园形、半园形。磨料的形状决定清理表面的粗糙度轮廓, 如有角磨料会形成明显的波峰和波谷状, 适合较厚旧漆层和严重腐蚀的表面; 而园形磨料会留下敲打的形状, 用于去除细小的旧漆皮和污染效果较好。(Ｄ) 磨料的密度。磨料的密度与磨料的回收率有关, 密度越高, 回收率也越高; 如石英砂只能用1次, 铜渣、镍渣等炉渣一般可用3次, 石榴红砂几乎能用15～20次, 钢粒和钢珠则可用100次以上。(Ｅ) 磨料的污染。磨料的污染是很重要的事, 往往是造成涂装失败和涂料
早期破坏的主要原因。尤其是磨料中的含氯量更是一个关键的因素, 在造船工业中对磨料的含氯量有着严格的要求。
3.1.2 高压水清洗法
采用压力超过175ＭＰａ的超高压水流清洗, 对清除表面的油污和其它污损物是比较有效的, 但只能在一定时间内清除相对有限的表面积, 而且需要立即涂装底漆。
3.1.3 水(磨料) 喷射处理
该方法是利用夹带磨料的水, 在0.6～0.8ＭＰａ的空气压力下喷射到被处理的表面, 以清除氧化皮、锈蚀和旧涂层等。主要优点是可大大减少喷砂现场的尘埃发扬, 有利于符合环境保护的要求, 还能避免磨料与金属冲击时产生的火花, 适合于涂装现场不允许有火花的特殊要求(如油库现场的涂装施工) 。
带水的磨料喷射清洗工作可以在天气条件较差的情况下(如环境空气相当潮湿, 相对湿度很高) 进行。由于清洗处理后钢板表面有大量水存在, 很容易产生返锈, 需要在喷射清洗处理的水中添加一定量的缓蚀剂(约为水量的1%)。
3.2 化学法
该方法包括酸洗、磷化、钝化等。磷化和钝化主要应用于冷轧薄钢板或轻金属如铝、锌等。
磷化处理是采用酸式磷酸盐, 如Ｚｎ(Ｈ2ＰＯ4)2等溶液在金属表面上生成无机的磷酸盐转化层, 该磷化层不仅本身具有防腐蚀性能, 而且与钢基底又有良好的附着力, 是后续涂层附着的基础。
磷化处理按处理液的组成可分为:①锌系;②锰系:膜厚, 结晶粗, 使用较少;③铁系:膜薄, 无定型, 附着力较好, 后加工性好, 但耐蚀性较差;④锌钙系:耐热, 结晶细, 成本低;⑤锌锰、锌镍锰系:耐蚀性较好;⑥锌钙系:磷化处理液中含有Ｚｎ(Ｈ2ＰＯ4)2和Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)2。按处理温度分类有:高温磷化(90～
98℃)、中温磷化(50～70℃)和低温磷化(20～30℃)。按处理工艺分类有:槽浸式磷化、喷淋式磷化、涂刷磷化等。