摘要:介紹了熱噴涂鋅不銹鋼階梯涂層的施工工藝及工程應用情況。與單獨噴鋅或噴不銹鋼試樣進行了水下對比試驗,結果表明,噴涂階梯涂層試樣水下耐蝕和抗破壞效果顯著。因防護期長,所以周期單位造價低。認為這種復合噴涂層有良好的應用前景。
關鍵詞:熱噴涂階梯涂層工藝
1引言
金屬熱噴涂是利用某種形式的熱源將金屬噴涂材料加熱,使之形成熔融狀態的微粒,這些微粒在動力的作用下,以較高的速度沖擊并沉附在基體表面上,形成具有一定特性的金屬涂層的方法。水工鋼結構件等基體材料的表面,經過熱噴涂技術處理,被“點鐵成金”、“戴盔穿甲”,得到了具有一定厚度的耐腐蝕、耐磨蝕的金屬保護涂層,從而使水工鋼結構件達到耐蝕、耐磨的作用。
隨著科技的不斷發展,熱噴涂技術日臻完善,可供選用的金屬噴涂材料已研制開發出上百種,鋅、不銹鋼是其中常用的材料。不銹鋼涂層具有耐磨損、保護周期長的特點;而鋅涂層不僅具有覆蓋、耐腐蝕作用,更重要的是具有陰極保護功能(原電池原理)。上述兩種金屬涂層各有優勢,若將二者在同一工件基體上疊加使用,先用鋅涂層作為底層,再用不銹鋼涂層作為面層,較終形成階梯涂層,運用到水工鋼結構件中,就能獲得既經濟,又滿意的防腐蝕效果。
2熱噴涂鋅+熱噴涂不銹鋼階梯涂層工藝流程簡介
整個工藝流程見圖1（略）。
2.1鋼結構表面處理(噴砂除銹打糙)
熱噴涂金屬階梯涂層防腐蝕工藝的除銹打糙和噴鋅、噴不銹鋼一樣,首先由空壓機提供噴砂動力、壓力一般為4～5ｋｇ/ｃｍ2。在壓縮空氣的作用下,將經過篩選的帶有棱角的石英砂(顆粒為0.5～15ｍｍ)高速沖擊工件表面,經處理后的基體表面凹凸不平,處理后的表面應達到Ｓａ2.5級,該流程結束后采用目測、圖片對比等方法檢測。
2.2熱噴涂鋅
主要設備有:壓縮空氣系統;氧氣、乙炔系統;金屬氣噴槍及膠管等。工作原理是:噴槍中的壓縮空氣作為原動力,在驅動裝置推動下,鋅絲通過噴嘴,在氧乙炔焰的加熱下,成為熔融體,借壓縮空氣使之霧化成微粒并噴射到工件上,形成熱噴涂鋅保護層。其質量要求是:符合設計標準,厚、薄均勻(一般用非磁性測厚儀檢測),顆粒適中,涂層為銀灰色。
2.3噴涂不銹鋼
主要設備同噴鋅,但金屬氣噴槍應選用中速槍,一般在高速槍基礎上改進,更換部分零配件即可使用。工作原理同上,只是鋅、不銹鋼二者熔點不同,故應調整好氧乙炔焰的用量。質量要求是:符合設計厚度,仍使用非磁性測厚儀檢測,涂層顆粒較粗,外觀為灰黑色。
2.4涂裝環氧云鐵、封閉底漆、涂裝ＡＣ5氯化橡膠鋁粉面漆
采用手工刷涂結合空氣噴涂方法。要求無刷痕、無起泡、無流掛、無漏噴,外觀呈銀灰色,整潔、勻稱一致。
3應用
2002年4月,我公司在國家重大工程———淮河入海水道濱海樞紐,立交地涵水工鋼結構防腐蝕工程中進行了應用。
3.1選材
鋅絲,根據設計要求,使用上海產品,3ｍｍ,純度為99.99%,熔點為420℃(由機械工業材料性能測試技術中心檢測)。外觀色鮮亮、圓度勻、表面無毛刺、劃痕,無氧化皮。塑料紙、布條雙層外包裝物完好。不銹鋼絲,根據設計要求,使用上海產品,2ｍｍ的鐵素體不銹鋼絲。其中主要幾種成分是:Ｃｒ18%,Ｎｉ9.0%,Ｍｎ1.25%,熔點為1200℃。(由中科院上海冶金研究所上海金屬防腐蝕與防護技術有限公司檢測)。外觀無劃痕、毛刺、無氧化皮、外包裝物完好。
3.2主要工藝參數
（1）金屬氣噴槍噴鋅選用高速槍、噴槍咀為3.2ｍｍ、空氣帽用6.5ｍｍ;噴不銹鋼時選用中速槍,噴槍咀為2.2ｍｍ,空氣帽用6.0ｍｍ;相應更換蝸輪蝸桿。
(2)氧氣壓力和乙炔壓力調整因鋅與不銹鋼熔點不同,噴涂時氧乙炔用量應作相應調整,噴鋅時氧氣壓力為0.5～0.6ＭＰａ(5～6ｋｇ/ｃｍ2),乙炔壓力為80～120ｋＰａ(0.8～1.2ｋｇ/ｃｍ2),火焰調整為中性或偏碳化,使鋅絲在噴槍口被火焰熔融形成一錐形霧束噴射到閘門上;噴不銹鋼時氧氣壓力06～0.8ＭＰａ(6～8ｋｇ/ｃｍ2),乙炔壓力0.14～015ＭＰａ(1.4～1.5ｋｇ/ｃｍ2),使不銹鋼絲在噴槍口被氧乙炔火焰熔化后,形成一錐形微粒束,噴射到鋼閘門上。
(3)進絲速度控制由于鋅絲熔點較低,使用了高速噴槍,因此進絲速度調整為3～4ｍ/ｍｉｎ;不銹鋼絲熔點較高,使用了中速噴槍,進絲速度調整為2～3ｍ/ｍｉｎ。(4)噴射距離與角度掌握這兩個參數直接影響噴涂質量緊密度,經過對比,噴鋅距離取15～20ｃｍ,噴不銹鋼距離取20～30ｃｍ;噴鋅在平面部位角度取10～30°,在一些困難位置也可以放到40°。噴不銹鋼取10～20°,這樣可避免因角度過大而導致噴涂層結構松散以及脫落現象的發生。
3.3噴涂效果
階梯涂層底層為鋅層,顆粒較細,涂層均勻,孔隙小,密實性好,由于鋅層的厚度僅為原來的一半,附著力強,不銹鋼涂層覆蓋其上,顆粒較粗,孔隙大,但堅硬、耐磨,因疊加噴涂厚度僅是原來的一半,故附著力也好,對鋅層有很好的保護作用,再采用環氧云鐵涂料封閉,用氯化橡膠鋁粉漆作面漆涂裝,防水、防滲性能好。水利部上海勘測設計院和江蘇省質量檢測中心曾對各道工序分別檢測,證明熱噴涂金屬階梯涂層質量優良,完全滿足設計要求。
4與單金屬噴涂技術的對比及試驗
4.1質量對比
(1)噴鋅我公司自1975年以來,長期在長江葛洲壩、甘肅碧口電站、塞內加爾國家體育中心等數十個國內外重大工程承接鋼結構噴鋅防腐蝕工程,幾十年的成功的施工經驗證明,水工鋼結構噴鋅防護工藝的保護期為15年左右,其防護性能可靠穩定,鋅層防滲透強,缺點是表面硬度較差,耐磨性不足,抗破壞性弱。
(2)噴涂不銹鋼根據國內外有關資料報道和應用,不銹鋼的噴涂層保護周期為45年左右,其特點是硬度高,耐磨性好,強度大,抗破壞性良好,但相對噴鋅,不銹鋼噴涂防腐蝕效果較差,因表面粗糙、滲水性強,覆蓋密實性不夠,易銹蝕。
(3)熱噴涂金屬階梯涂層該工藝是逐步發展起來的防腐蝕新技術,在水工鋼結構防腐蝕中尚未被廣泛應用,為檢驗這種新技術的防蝕效果,我們做了一個試驗:
將采用噴鋅(Ａ)板、噴不銹鋼(Ｂ)板和金屬階梯涂層防腐蝕的(Ｃ)板三塊鋼結構試板(Ａ板噴鋅厚度160μｍ,Ｂ板噴不銹鋼厚度160μｍ,Ｃ板噴鋅厚度80μｍ、噴不銹鋼厚度亦80μｍ)同時浸入水中,5天后取出。
觀Ａ板表面基本無變化,用小錘輕輕擊打,鋅層受撞擊、磨檫變形移位,Ａ板表面受擊部位裸露。
觀Ｂ板表面基本銹蝕,銹水從不銹鋼表層的粗糙裂縫中滲出(在水工鋼結構防護中不可能磨光,原因是施工困難且造價將數倍上漲),用小錘輕輕擊打不銹鋼表層,受擊部分銹斑剝落。該工藝由于涂層孔隙大,透水性好,鋼結構表面仍與水接觸而銹蝕。
觀Ｃ板表面,完好如初,無銹蝕,用小錘輕輕擊打不銹鋼表層無磨損、剝落,不變形。由此可見,熱噴涂金屬階梯涂層防腐蝕及抗破壞效果顯著。
4.2經濟效益
經濟效益對比見表1（略）。從表1比較可知,熱噴涂金屬階梯涂層防腐蝕工藝周期單位總造價較低。
5結論與建議
經過本工程應用和試驗說明:
(1)單獨選用噴涂不銹鋼工藝防腐蝕,初始投資成本較之選用噴鋅高,其不銹鋼涂層堅硬、耐磨擦,保護周期可達45年之久,但對水工鋼結構水下工程防腐蝕并不適用(<100μｍ時,因表層顆粒大、密實性差,滲水;涂層太厚,又極易剝落)。
(2)單獨選用噴鋅工藝防腐蝕,雖然初始投資較之比選用不銹鋼和熱噴涂金屬階梯涂層防腐蝕工藝低,但鋅層耐磨性能差,保護周期僅15年,特別是閘門水線附近等一些經常受摩擦、沖刷部位的鋅層保護周期還將縮短。
(3)熱噴涂金屬階梯涂層防護技術,將上述二種工藝結合使用,優勢互補,涂層耐磨損,外觀整潔、覆蓋均勻、密實,保護周期長,防腐蝕性能好,抗破壞性強,因不需組織二次施工,顯著降低了工程壽命周期成本。熱噴涂金屬階梯涂層技術成熟,實用性好,是首選的水工鋼結構防腐蝕工藝。
我國江河湖泊眾多,海岸線較長,水利工程和水工建筑物中鋼結構件非常之多,防腐蝕工作面廣量大。水工鋼閘門各部分在運行中,水上、水下、水線受腐蝕與破壞程度不均,閘門滾輪、軌道等埋件受摩擦較重,保護層極易損壞。熱噴涂金屬階梯涂層防護技術經濟、實用,能達到較佳的防腐蝕和耐磨效果,應大力推廣應用,并在應用中不.