CN102463212A

CN102463212A - 耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺

Info

Publication number: CN102463212A
Application number: CN2010105316869A
Authority: CN
Inventors: 冯立新; 张敏燕; 缪强
Original assignee: Jiangsu Linlong New Materials Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Linlong New Materials Co Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102463212B

Abstract

本发明涉及一种耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺，包括以下步骤：对工件预处理；配置涂液，其中所述涂液包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂；涂覆；预烘；烘烤固化；冷却；将烘烤后的工件冷却至室温后二次涂覆。

Description

耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺

技术领域

本发明涉及一种耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺。

背景技术

近海和海洋中的工程装备所处环境大气多雨、高温、多盐雾和强风流，其服役条件按ISO9225环境评价标准一般＞C5级，属于极端恶劣环境。裸露在外的零件将受到强烈的大气腐蚀、电化学腐蚀以及气流冲刷侵蚀的综合作用，各种钢结构的使用寿命远低于一般内陆户外环境。如在海洋气候条件下服役的风力发电设备由于机组的外部构件如机舱、引擎罩、塔架、叶片根部法兰垫片、连接螺栓、连接弹簧等直接裸露于极端的腐蚀大气中，采用常规的防护措施，往往仅数个月便产生严重的腐蚀，因此，提供耐久性＞15年的风电外部构件表面处理新材料与新工艺，已成为风电产业发展的迫切需求。

另外，船舶钢构件的腐蚀防护也是一个由来已久的难题，除了壳体、甲板之外，各种桅杆、天线的腐蚀防护的维护成本十分惊人，随着国家对基础设施建设项目的提速，多座跨海大桥相继开工或立项，如港-澳-珠大桥等。在桥梁的设计与施工中，各种桥梁的钢构件的腐蚀防护处理的重要性越来越凸出。如在杭州湾大桥的建设中，表面防护处理就上亿元。

因此，迫切需要解决耐海洋气候的工程零件防腐处理问题，现有技术中在工程零件热镀Al-Zn-Si系列合金涂层是解决耐海洋气候腐蚀的有效途径，已取得大量工程应用。如本申请人在先提出的“含Al-Zn-Si-Mg-RE-Ti-Ni的热浸镀铸铝合金及其制备方法”专利申请中，采用铸铝合金作防腐处理，使用寿命可以到20年。然而，热镀合金涂层存在工艺温度高(大于600℃)，易造成零件变形；耐磨性不足，抗冲蚀能力不强；工艺、装备较复杂，大面积工件处理及野外作业受限制等缺陷，因此应用上仍然存在极在的限制。

另外，现有技术也存在采用电镀工艺形成涂层，然而电镀工艺同样存在以下缺陷：1、必须把被镀金属放置在电解槽内进行电镀处理；2、电镀前需要对被镀金属进行喷沙拉毛等预处理，因此并不是所有金属零件均能采用电镀工艺；3、电镀工艺复杂，成本非常高；4、采用电镀工艺形成镀层厚度有限，因此，涂层的硬度、抗腐蚀能力差。

发明内容

针对现有技术中这些问题，本发明提供了一种耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺。

本发明提供的耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺，包括以下步骤：

a)对工件预处理；

b)配置涂液，其中所述涂液包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂；

c)涂覆；

d)预烘；

e)烘烤固化；

f)冷却；

g)将烘烤后的工件冷却至室温后二次涂覆。

优选的，其中对工件预处理包括以下步骤：

a1 首先对工件进行机械除锈或化学除锈；

a2 将工件浸入到10-15g/L的NaOH溶液中除油清洗4-5min；

a3 在清水中清洗3-4min；

a4 清洗后的工件吹风干燥。

优选的，其中所述配置涂液按下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g。

优选的，按上述配方称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。

优选的，其中所述有机溶剂为乙二醇，所述粘结剂为硼酸脂偶联剂，所述腐蚀抑制剂为硼酸，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述分散剂为聚硅氧烷二丙二醇单甲醚，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Al₂O₃、SiO₂中的一种或两种。

优选的，其中所述铝锌硅合金粉由Zn、Al、Si、以及一种或多种选自Mg、RE、Ti、Ni和Mn的元素组成。

优选的，其中各组成成份的质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，Mg：0.1～5.0％，RE：0.02～1.0％，Ti：0.01～0.5％，Ni：0.1～3.0％，Mn：0.01～1.0％。

优选的，其中所述涂覆的方法为刷涂、浸涂或喷涂。

优选的，其中采用浸涂方法进行涂覆时，将工件浸入到涂液中2-3min后取出，沥干以去除多余涂液。

优选的，其中所述步骤d是在80℃下的干燥箱内预烘15-20分钟。

优选的，其中所述步骤e是在烧结炉中100-200℃下烘烤固化25-30分钟。

优选的，其中所述二次涂覆为：将烘烤后的工件冷却至室温后重复上述步骤c至步骤f的过程。

本发明提供的涂液，通过合金成分等的优化，首次开发了一种水溶性无铬低温固化耐海洋气候腐蚀Al-Zn-Si合金涂料。该涂料具有环境友好、性态稳定、涂层制备能耗低等特点。

本发明提供的涂液，通过加入粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂等做成金属涂料，可以利用喷涂、刷涂等方法在工件表面形成涂层，突破了目前铝锌硅涂层主要采用热镀方法制备的约束。并且涂层的耐腐蚀、耐磨性、抗冲蚀能力较热浸镀铝锌硅涂层和锌铝涂层有大幅度的提高，适用于大气多雨、高温、多盐雾和强风流等海洋腐蚀性恶劣环境，为风电、船舶等重要工程部件提供了综合性能优异的耐腐蚀防护方法。

与热镀等工艺相比，本发明的涂层制备工艺温度低(200℃)，克服了热镀合金涂层工艺温度高(大于600℃)导致的工件变形和力学性能降低等技术难题；可以利用喷涂、刷涂等方法在工件表面形成涂层，工艺方法、设备简单，适合于大型复杂零件处理，拓宽了涂料的应用范围。

采用本发明的涂层作防腐处理的工程零件具有许多优异性能，如：优异的耐蚀性，优良的抗冲刷性能，且高耐热腐蚀性极好，涂层即使长时间置于高温条件下，其外观也不会变化。所制备的涂层与基体结合力强、耐腐性能优、耐磨性能好、使用寿命长。另外涂层不但与金属基体有较强的附着力，同时与其它各种附加涂层也有较好的结合力，不只是具有美观的亚光银灰色，还可以附加涂层成各种颜色，同时弥补了现有技术中自身硬度较低的不足。

综上所述，本发明开发的耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺，解决了工程零件海洋腐蚀问题的迫切需要，在海洋工程及近海风电等工业装备的腐蚀工程中具有重要的应用前景。

附图说明

图1涂覆处理工艺流程。

具体实施方式

(1)涂液配方

其中所述配置涂液按下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g。

优选的，其中所述铝锌硅合金粉的平均直径为10-200μm.

优选的，其中所述Al₂O₃的平均粒径为15～60nm。

优选的，其中所述SiO₂的平均粒径为25～70nm。

优选的，其中纳米氧化物颗粒增强剂为Al₂O₃和SiO₂，且SiO₂和Al₂O₃质量比为1∶(1～3)。更优选的，其中SiO₂和Al₂O₃比例为1∶2。

(2)配置涂液

本发明的耐海洋气候工程零件防腐处理用环保、水溶性铝锌硅涂料制备的工艺为：按上述配方称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。

(3)涂覆工艺

本发明的耐海洋气候工程零件防腐处理的涂覆处理工艺流程如图1所示，包括以下步骤：

a)对工件预处理；

b)配置涂液；

c)涂覆；

d)预烘；

e)烘烤固化；

f)冷却；

g)将烘烤后的工件冷却至室温后二次涂覆。

涂覆处理工艺流程所述工件预处理方法为：①除锈：机械除锈或化学除锈。②除油：将工件浸入到10-15g/L的NaOH溶液中清洗4-5min。③然后在清水中清洗3-4min。④清洗后的工件吹风干燥。

涂覆处理工艺中采用的所述涂覆方法为：①刷涂，以毛刷沾取搅拌好的涂液，均匀涂覆在工件上。②浸涂，将工件浸入到涂液中2-3min后取出，沥干以去除多余涂液。③喷涂，用喷枪将涂液均匀喷射到工件表面。

涂覆处理工艺流程中所述烘烤过程分为两部分，预烘和烘烤固化两步。①先在80℃下的干燥箱内预烘15-20分钟。②再在烧结炉100-200℃下烘烤固化25-30分钟，或采用其它加热方式，100-200℃下烘烤固化25-30分钟。

涂覆处理工艺流程中所述二次涂覆方法为，将烘烤后的工件冷却至室温后重复上述涂覆、烘烤过程。

实施例1：

选择某近海岸风力发电机组关键零件“连接螺栓”(材质40CrNiMo)，将工件进行除锈、除油、清洗、预处理，采用刷涂、浸涂、喷涂等方法将涂料涂覆在工件表面上。将涂覆后的工件先在80℃下的干燥箱内预烘15-20分钟，再在烧结炉100-200℃下烘烤固化25-30分钟。或采用其它加热方式，100-200℃下烘烤固化25-30分钟。将烘烤后的工件冷却至室温后重复上述涂覆、烘烤过程，进行二次涂覆。

原采用常规的涂装防护处理，仅数月后即产生显著的腐蚀。采用本发明涂料及涂覆方法形成20μm厚涂层，再涂装15μm厚的聚硅氧烷，经加速腐蚀模拟试验结果表明在海水飞溅带环境中其耐久性可超过20年。其达到的主要性能指标为：

中性盐雾腐蚀寿命：大于1600小时

300℃耐湿热性：240小时

涂层结合力：50N

硝酸铵快速腐蚀寿命：大于8小时

耐海洋气候腐蚀寿命：大于20年(快速试验)。

Claims

1.耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺，包括以下步骤：

步骤a 对工件预处理；

步骤b 配置涂液，其中所述涂液包含铝锌硅合金粉、有机溶剂、纳米氧化物颗粒增强剂、去离子水、粘结剂、腐蚀抑制剂、分散剂和增稠剂；

步骤c 涂覆；

步骤d 预烘；

步骤e 烘烤固化；

步骤f 冷却；

步骤g 将烘烤后的工件冷却至室温后二次涂覆。

2.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中对工件预处理包括以下步骤：

步骤a1 首先对工件进行机械除锈或化学除锈；

步骤a2 将工件浸入到10-15g/L的NaOH溶液中除油清洗4-5min；

步骤a3 在清水中清洗3-4min；

步骤a4 清洗后的工件吹风干燥。

3.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中所述配置涂液按下述配比：铝锌硅合金粉∶有机溶剂∶纳米氧化物颗粒增强剂∶去离子水∶粘结剂∶腐蚀抑制剂∶分散剂∶增稠剂＝30.0-50.0g∶10.0-25.0mL∶1.0-4.0g∶15.0-30.0mL∶2.0-5.0g∶1.0-3.0g∶0.1-2.0mL∶0.1-2.0g。

4.如权利要求3所述的涂覆处理工艺，按上述配方称取定量的腐蚀抑制剂，溶入定量的去离子水中，然后加入粘结剂，分散剂，有机溶剂，搅拌使之溶解，在搅拌状态下缓慢加入铝锌硅合金粉和纳米氧化物颗粒增强剂，然后加入增稠剂，搅拌过程中控制油浴的温度为20-30℃，搅拌0.5-1h。

5.如权利要求3所述的涂覆处理工艺，其中所述有机溶剂为乙二醇，所述粘结剂为硼酸脂偶联剂，所述腐蚀抑制剂为硼酸，所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述分散剂为聚硅氧烷二丙二醇单甲醚，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Al₂O₃、SiO₂中的一种或两种。

6.如权利要求3所述的涂覆处理工艺，其中所述铝锌硅合金粉由Zn、Al、Si、以及一种或多种选自Mg、RE、Ti、Ni和Mn的元素组成。

7.如权利要求6所述的涂覆处理工艺，其中各组成成份的质量百分比为：Zn：35～58％，Si：0.3～4.0％，Mg：0.1～5.0％，RE：0.02～1.0％，Ti：0.01～0.5％，Ni：0.1～3.0％，Mn：0.01～1.0％。

8.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中所述涂覆的方法为刷涂、浸涂或喷涂。

9.如权利要求8所述的涂覆处理工艺，其中采用浸涂方法进行涂覆时，将工件浸入到涂液中2-3min后取出，沥干以去除多余涂液。

10.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中所述步骤d是在80℃下的干燥箱内预烘15-20分钟。

11.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中所述步骤e是在烧结炉中100-200℃下烘烤固化25-30分钟。

12.如权利要求1所述的涂覆处理工艺，其中所述二次涂覆为：将烘烤后的工件冷却至室温后重复上述步骤c至步骤f的过程。