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摘要:防腐防護外涂層,是防止金屬加工設(shè)備內(nèi)腐蝕的關(guān)鍵措施。從環(huán)氧、聚酯類、防靜電、納米復(fù)合等防腐防護外涂層,研究其應(yīng)用現(xiàn)狀,并對以上防腐防護外涂層做出性能評價。
關(guān)鍵詞:加工設(shè)備;防腐;外涂層
隨著工業(yè)的發(fā)展,金屬加工逐漸成為國家經(jīng)濟發(fā)展的基石。金屬加工過程中,溫度較高,耗能較大。鋼是在礦石中提煉出來的物質(zhì),可以作為能耗來源,Mg、Al、Ni、Cu、Zn等金屬的耗能量均不相同,在金屬加工行業(yè)內(nèi)屬于較高的耗能物質(zhì)[1]。由于其溫度高、耗能大,導(dǎo)致金屬加工過程中的腐蝕性較強,嚴(yán)重影響金屬加工設(shè)備的運行。因此,在加工金屬的過程中,減少腐蝕,加強防護具有重大意義。由于濕法加工有較高的產(chǎn)能、較快的效率、較好的操作環(huán)境、較少的污染等優(yōu)點,大部分的金屬加工均會選擇此方法。但是濕法加工的方式,會使加工過程中的水蒸氣增加,進而加速設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象[2]。本文研究防腐防護外涂層在金屬設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀,為金屬加工業(yè)提供參考方向。
1金屬加工設(shè)備防腐防護外涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1環(huán)氧防腐防護外涂層
環(huán)氧涂層可分為:液態(tài)防腐防護內(nèi)涂層、環(huán)氧粉末狀防腐防護外涂層。液態(tài)防腐防護內(nèi)涂層是以環(huán)氧樹脂為主要成膜物,適用于金屬加工設(shè)備內(nèi)壁,具有附著力強、耐腐蝕性高、機械與電絕緣性能較好的特點。此類涂層僅可以用于溫度<100℃;設(shè)備壓力<1.5MPa等非金屬加工設(shè)備。環(huán)氧粉末狀防腐防護外涂層,是利用環(huán)氧樹脂對設(shè)備進行耐磨、固化的加工[3]。通過研究醚化反應(yīng)對此材料的催化效果,表明此涂層可以提高環(huán)氧值,將防腐能力進一步提高。在環(huán)氧防腐防護外涂層的設(shè)計中,對金屬加工設(shè)備進行Zn-Ni亞層處理,使其防護性能更加優(yōu)越。Zn-Ni亞層處理時,會生成ZnO鈍化層,其抗腐蝕性較強性。腐蝕性較強的水分子,通過Zn-Ni亞層處理時,環(huán)氧外涂層可以減少水分子的外擴散系數(shù),在長時間的金屬加工應(yīng)用后,環(huán)氧外涂層的外擴散系數(shù)仍保持不變。不僅如此,環(huán)氧防腐防護外涂層還能起到降低金屬加工設(shè)備的加工壓力,是較為可靠地加工防腐材料。在金屬加工過程中,金屬加工的材料普遍存在酸、堿、鹽類物質(zhì),均是腐蝕設(shè)備的材料。為了保證環(huán)氧防腐防護外涂層的效果,本文選取三塊等質(zhì)等量的金屬,將環(huán)氧材料以相同的條件涂在三塊小金屬上,并分別置于酸、堿、鹽類溶液中,放置1h后取出。此時,在酸類溶液中,小金屬完好無損;堿類溶液中,涂層表面出現(xiàn)輕微腐蝕,但是將涂層去除掉后,金屬內(nèi)部完好無損;在鹽類溶液中,涂層表面受損,金屬內(nèi)部同樣出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。因此,環(huán)氧材料可以適用于加工酸、堿類物質(zhì)的設(shè)備,不能應(yīng)用于鹽類物質(zhì)的加工設(shè)備。在環(huán)氧材料的使用過程中,不使用鹽類物質(zhì)的材料進行加工,即可以保證加工設(shè)備的完整性。
1.2聚酯類防腐防護外涂層聚酯類
防腐防護外涂層是較為常見的外涂層,有雙組與單組兩種材料,是一種低分子氨基甲酸的聚酯類產(chǎn)物,有較高的固體含量,防護性能較好;但是對金屬加工設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境要求較高,涂層容易滑落[4]。因為聚酯類防腐防護外涂層的水性聚集效果極佳,其氧解的溫度在2000℃~3200℃之間,而金屬加工過程中,金屬的溫度在1000℃~2000℃左右,可以保證在高溫情況下的防腐性能。此外,該涂層的水性高分子分散體會引發(fā)金屬加工過程中鏈轉(zhuǎn)移,使反應(yīng)溫度以不同分子質(zhì)量擴散,保證涂膜的附著力、耐酸性、耐熱性、耐低溫性等,進而保證外涂層存穩(wěn)性。當(dāng)然,聚酯類防腐防護外涂層也有一定的缺點,適用于水性分子較多的金屬加工設(shè)備,如果金屬加工設(shè)備的水性分子較小,涂層孔隙變大,防護性能相對較差,容易出現(xiàn)滑落的現(xiàn)象。聚酯類防腐防護材料存在NH3,其耐高溫效果較差,在200℃以上,就會出現(xiàn)氨解的現(xiàn)象,從而轉(zhuǎn)移技工材料的陰陽離子,造成防腐失敗的現(xiàn)象。為了保證聚酯類防腐防護材料對低溫材料的防腐性,本文將不同分子量的C3H8N2O、C9H6N2O2、C6H6O結(jié)合,將其形成一個完整的聚酯類材料,在保證C9H6N2O2分子量不變的前提下,將游離的NCO進行分析,通過觀察涂層對金屬的附著力效果,分析此時聚酯類材料的防腐效果。此外,由于金屬加工設(shè)備時較大類型的器械,內(nèi)部環(huán)境不容易窺探,本文使用電化學(xué)方法,掃描金屬內(nèi)部腐蝕情況。通過顯微鏡觀察,可以從不同角度綜合分析聚酯類材料的防腐性能,進而將此材料作出調(diào)整,最大限度地保證此類材料在低溫金屬加工中的應(yīng)用效果。
1.3防靜電防腐防護外涂層
在金屬加工過程中,會產(chǎn)生較多的靜電荷,靜電荷的累積對設(shè)備的腐蝕性也相對較大,為了排除加工金屬的靜電荷,防靜電外涂層相應(yīng)產(chǎn)出,在工業(yè)應(yīng)用較多的是有機添加型防靜電外涂層,是由合成樹脂、導(dǎo)電填料、組合而成的涂料,添加環(huán)氧涂料,使防腐效果更佳[5]。因為其具有較高的耐腐蝕性,不會對金屬加工質(zhì)量造成污染,良好的導(dǎo)電性,耐中溫,附著力均比較高。在高熱流的金屬加工過程中,防靜電涂層的背溫先升后降,其升溫速度低于環(huán)氧涂料,受熱流密度影響程度較大,因此防靜電涂層更適用于較低的金屬加工溫度。此外,該涂料中的導(dǎo)電填料擁有電極電位,可以使涂層的抗?jié)B透性降低,具有較快的成膜速度,在加工熔化溫度較高的金屬時,選擇環(huán)氧涂料更佳;在設(shè)備內(nèi)壁宜選擇耐中溫的聚酯類外涂層。一般情況下,防靜電材料的涂層,是經(jīng)過長時間經(jīng)驗累積而成,通過物理方法將加工材料的物理性質(zhì)引出,從而減少加工材料對金屬設(shè)備的腐蝕。防靜電材料的涂層普遍均有較強的導(dǎo)電性、耐油性,因此,用于防止油污腐蝕的情況較多。使用防靜電材料的涂層后,務(wù)必要將涂層加厚,并減少熱流密度。只有在此條件下,才能保證金屬加工設(shè)備的耐腐蝕性。但是涂層厚度增加,會造成一定程度地成本損耗,耐腐蝕效果很明顯聚酯類材料。因此,金屬加工設(shè)備極少使用防靜電的防護外涂層。
1.4納米復(fù)合防腐防護外涂層
利用現(xiàn)有的技術(shù),針對金屬加工設(shè)備的特性,添加納米材料,由樹脂、固化劑、納米聚合物等組成,即為納米復(fù)合防腐防護外涂層。納米外涂層的應(yīng)用對象可以是傳統(tǒng)金屬材料,也可以是粉末狀的金屬顆粒,具有金屬加工設(shè)備內(nèi)部裝飾、包覆,不僅適用于金屬加工設(shè)備,還適用于各種換熱設(shè)備、管道設(shè)備,是適用范圍較廣的涂料[6]。一般情況下,金屬加工設(shè)備中的應(yīng)力腐蝕較多,納米復(fù)合涂料可以保證一年以上的防腐效果,使用一年該涂層,表面完好,光澤度與一年前保持一致,沒有起皮、龜裂、脫落的現(xiàn)象。由于納米復(fù)合防腐材料是使用復(fù)合式技術(shù)設(shè)計的,既存在環(huán)氧的耐腐蝕性,又增加了新的基體養(yǎng)護材料,可以保證金屬加工設(shè)備的內(nèi)外同時保護效果,在金屬加工設(shè)備的應(yīng)用中價位廣泛。在金屬加工設(shè)備加工過程中,添加材料較多,酸性、堿性物質(zhì)的存在本身就會加速設(shè)備的腐蝕,因此防腐材料的選擇上至關(guān)重要。納米復(fù)合材料的外涂層,是在環(huán)氧類材料與聚酯類材料基礎(chǔ)上設(shè)計的,改良了聚酯類材料的高溫不耐性,與環(huán)氧材料的鹽類不耐性,融合先進的納米材料,最大限度地保證外涂層的防腐效果。此外,納米復(fù)合防腐防護外涂層的成膜速度較快,在溫度、含砂量、砂粒徑等不同因素條件下,該涂層的沖蝕效果也不同,設(shè)備中的含砂量是影響較大的因素,溫度次之;砂粒粒徑因素的影響最小,可以適用于金屬加工設(shè)備的應(yīng)用。
2金屬加工設(shè)備防腐防護外涂層的性能評價
通過防腐防護涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀分析,對其進行耐腐蝕性能評價、耐高溫性能評價,以及物理性能評價。外涂層的耐腐蝕性,與腐蝕阻擋性、金屬接觸程度有關(guān),阻擋性高,水、氧等物質(zhì)就不容易到達(dá)金屬加工設(shè)備內(nèi)面,也就是保護膜的延展。對4種外涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀分析,得出以上4種涂料的耐腐蝕性均比較好,不會穿透涂層表面到達(dá)金屬加工設(shè)備。在耐高溫性能上,效果如圖1所示。如圖1所示,4中外涂層的耐高溫性能中,納米復(fù)合防腐防護外涂層耐高溫性能較好,適用于任何金屬加工過程,熱穩(wěn)定性較高;防靜電防腐防護外涂層耐高溫性能較差,適用于中低溫的金屬加工過程;聚酯類防腐防護外涂層耐高溫性能與環(huán)氧類相差不多,耐高溫性能在中高溫左右。在物理性能中,通過其消耗量來看,納米復(fù)合防腐防護外涂層消耗量較低;防靜電防腐防護外涂層消耗量較高??梢?,耐高溫的涂料,消耗量反而較少。但從防靜電防腐防護外涂層來看,其物理性能同樣在應(yīng)用范圍內(nèi),因此,此4種涂料的物理性能可以滿足金屬加工的應(yīng)用。除此之外,本文對金屬設(shè)備的涂層防腐原理進行分析評價。一般情況下,金屬加工設(shè)備會因為加工時間過長,出現(xiàn)金屬與外界反應(yīng)的現(xiàn)象,也就是設(shè)備腐蝕現(xiàn)象。由于金屬加工設(shè)備中普遍存在高溫性質(zhì)的物質(zhì),設(shè)備被腐蝕后,極易造成設(shè)備開裂的現(xiàn)象,對周圍職工的安全造成隱患。但是,大多數(shù)職工對于設(shè)備腐蝕現(xiàn)象不重視,輕微腐蝕并不會上報企業(yè),最終形成更大的腐蝕,為企業(yè)的經(jīng)濟造成較大的損失,同時為企業(yè)職工造成更大的人身安全危機。基于此,本文在對環(huán)氧材料、聚酯類材料、防靜電材料、納米復(fù)合材料等防腐防護外涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀分析后,分析涂層防腐原理如下圖2所示。如圖2所示,金屬加工設(shè)備在使用涂層材料的過程中,分為基體防腐防護與設(shè)備防腐防護兩方面,涂層不僅需要保護設(shè)備,還需要提高設(shè)備內(nèi)部的防腐防護效果。本文使用電阻1與電阻2,模擬金屬加工設(shè)備的腐蝕情況。在設(shè)備運行過程中,電阻1表示加工物質(zhì)的腐蝕條件;電阻2表示設(shè)備外界條件對設(shè)備的腐蝕條件。在涂層的保護下,金屬加工設(shè)備與基體的均可以得到較好的防護效果,因此,金屬加工設(shè)備使用防腐外涂層勢在必行。
3結(jié)語
近年來,金屬加工行業(yè)日漸繁盛,金屬加工設(shè)備逐漸適應(yīng)不了高強度的運行工作,金屬加工設(shè)備內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象層出不窮,嚴(yán)重影響加工業(yè)的發(fā)展。這里對金屬加工設(shè)備防腐防護外涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀進行研究,并對各種外涂層的性能進行綜合評價,旨在為金屬加工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造條件。
作者:鄒山梅 趙麗麗 單位:甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院