100防腐蚀表面层技术.ppt

10防腐蚀表面层技术 覆盖层保护的特点 1 基底材料和覆层材料组成复合材料 可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点 满足耐蚀性 物理 机械和加工性能 以及经济指标多方面的需要 2 覆盖层的保护效果和使用寿命取决于以下因素 覆层材料在使用环境中的耐蚀性 强度 塑性和耐磨性 保护性覆盖层基本要求 1 覆盖层本身耐蚀 化学稳定 结合牢固 附着力好 2 覆盖层致密 孔隙率小 3 覆盖层良好物理机械性能 硬度 耐磨性 4 一定厚度和均匀性 覆盖层保护技术的主要种类 电镀喷涂渗镀金属镀层热浸金属化学镀覆盖层金属衬里双金属复合板 阳极氧化化学化学氧化转化膜磷酸盐处理 草酸盐处理铬酸盐处理油漆涂料塑料涂覆非金属搪瓷覆盖层钢衬玻璃非金属材料衬里暂时性防锈层 10 1金属镀层防护技术 在使用环境中 覆层材料的电位比基体金属的电位负 比如铁表面上用锌作覆层 在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中 覆层是阳极 能够对基体金属起到阴极保护作用 阳极性覆层常用作防护性覆层 一 阳极性覆层 二 阴极性覆层 在使用环境中 覆层材料的电位比基体金属的电位正 如铁表面上覆盖铬 镍 如果覆盖层存在缺陷 将加速基体金属的腐蚀 因此阴极性覆层必须足够完整 无孔隙 才能取得好的保护效果 机械隔离作用 覆层的极性不是绝对的 当环境条件改变时 覆层和基体金属的电偶关系可能发生反转 镀层金属纯度高 分布均匀 与基体金属结合牢固 镀层具有较高硬度和耐磨性能 为获得同样保护效果所需要的覆层金属最少 镀层厚度容易控制 一般在常温下进行 电镀适应范围很宽 从正电性金属到负电性金属 从低熔点金属到高熔点金属 从高纯金属到合金 都可以进行电镀 三 几种金属镀层技术简介 1 电镀 电镀优点 电镀是一种电化学和氧化还原过程 以镀镍为例 将金属制件浸在金属盐 NiSO4 的溶液中作为阴极 金属镍板作为阳极 接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层 电镀原理 在阳极上的反应为 Ni 2e Ni2 阴极溶解 4OH 4e 2H2O O2 2Cl 2e Cl2 在阴极上的反应为 Ni2 2e Ni 形成镀层 2H 2e H2 镀液的组成 钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀 用量占全部电镀零件的1 3至1 2 是所有电镀品种中产量最大的一个镀种 镀锌具有成本低 抗蚀性好 美观和耐贮存等优点 在轻工 机电 农机和国防等工业中得到广泛应用 钢铁零件上镀镉 在海洋和湿热大气环境中 其保护性能比锌好 航空 航海及电子工业中的零件大多采用镀镉 但镉盐有毒 且对环境污染严重 使镀镉的应用受到限制 锡的腐蚀产物对人类无害 且易于钎焊 镀锡广泛用于食品罐头包装制品 饮具 餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件 1 镀锌 2 镀镉 3 镀锡 4 镀铜 铬在大气中能长久保持光泽 在碱液 硝酸 硫酸及许多有机酸中不发生反应 镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性及较低的摩擦系数 故镀铬常用于防护装饰性镀层 防止基体金属生锈和美化外观 也常用于提高制品的耐磨性或修复磨损 镀铜常作为其他镀层的中间层 以提高表面镀层和基体金属的结合力 在电力工业中 也可用铁丝镀厚铜来代替纯铜导线 以减少铜的耗用量 镀镍的应用面很广 可用于防护装饰性和功能性两方面 前者主要用于自行车 钟表 家用电器 五金产品 汽车 照相机等零件的防护装饰性镀层 后者主要用于易磨损产品的修复电镀 5 镀镍 6 镀铬 2 化学镀 也称为 无电镀 化学镀是一种不需要通电 依据氧化还原反应原理 利用强还原剂在含有金属离子的溶液中 将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法 化学镀常用溶液 化学镀银 镀镍 镀铜 镀钴 镀镍磷液 镀镍磷硼液等 化学镀镍层与电镀硬铬层相比 硬度和耐磨性能相近 但化学镀不需要电源 无电镀硬铬层中出现的脆性和网状裂纹 而且比电镀镍层孔隙率低 化学稳定性高 近年来又开发了脉冲化学镀 进行化学镀时迭加脉冲电流 可使镀层更致密 更光亮 组织均匀 结合牢固 因而较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标 3 热浸镀层 将工件浸入熔融的液态镀层金属中 经短时间取出 便形成金属覆层 这种施工方法最古老 简单 但难以控制覆层厚度 操作时金属损耗也大 使用热浸法的条件是 基体金属与覆层金属之间能生成化合物或固溶体 才能具有足够的结合力且不起皮脱落 一般用于钢铁管 板 带 丝的镀锌 锡 铝 铅锡合金等 渗镀 手表表面的金属镀层 热浸有花镀锌板 热浸镀锌钢卷板 电镀亚克力钻 热喷镀 将金属部件置于选定的介质条件下 使表层金属和介质中的阴离子反应 生成附着牢固的稳定化合物 这样得到的保护性覆盖层叫做化学转化膜 其反应一般式可写成mM nAZ MmAn nze形成化学转化膜的方法有两类 一类是电化学方法 称为阳极氧化或阳极化 另一类是化学方法 包括化学氧化 磷酸盐处理 铬酸盐处理 草酸盐处理 10 2金属表面转化层技术 1 铝的阳极 氧 化 铝是易钝化金属 表面有天然氧化物膜 但只有0 02 0 14微米厚 经阳极化处理可使氧化膜增厚至20 30微米 这层氧化膜与基体金属结合十分牢固 具有很好的保护性能 铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层和孔膜层 密膜层 阻挡层 厚度很小 孔膜层存在大量孔隙 因此可以着色处理 获得装饰性外观 着色方法主要有 染料着色和电解着色 说明 阳极氧化是将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中 在外电流作用下作为阳极 在制件表面上形成与基体牢固结合的防蚀氧化膜层 阳极氧化和着色处理常用于汽车 飞机的某些装饰性零件及工艺品和日用五金制品作装饰性处理 阳极氧化前要经抛光 除油 清洗等预处理 其后要进行冲洗 着色和封闭等处理 阳极氧化的氧化膜可染成黑色 红色 蓝色 绿色 金黄色和茶色等 封闭处理 不管是着色或不着色的阳极化膜都需要进行封闭 使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果 封闭的方法有 蒸汽封闭热水封闭 90 100 C 镍盐和钴盐溶液封闭重铬酸盐溶液封闭等 2 钢铁的化学氧化 将钢铁部件放入选定的溶液中 发生化学反应 生成一层致密的氧化物膜这种方法在工厂中叫做 发蓝 或 煮黑 钢铁的化学氧化有碱性法和酸性法 非金属涂层在化工防腐中普遍应用 特点 施工简便 适应性广 重涂容易 成本 施工费用低 有机涂料 最重要非金属涂覆层 利用有机涂料的胶粘性和粘附性 在表面固化成薄覆盖层 使金属 材料 与腐蚀环境隔离而起到防腐 发展迅猛 10 3非金属覆盖层 1 涂层保护机理 阻挡作用 高聚物结构间隙平均直径10 4 10 6mm 而H2O O2分子直径为几个埃 涂料应选用结构致密成膜物质和屏蔽大固体填料 增加涂覆层数和厚度 厚度为0 3 0 4mm时 抗渗大为提高 电化学保护 涂料内活性填料如锌电位较负 可起牺牲阳极保护作用 而锌腐蚀产物又可填塞空隙 腐蚀下降 缓蚀作用 涂料内组分如红丹 铬锌黄使金属钝化 或具缓蚀剂作用 2 涂层破坏形式 涂层存在各种缺陷 引起金属局部腐蚀 导致涂层鼓泡 剥离 脱落等腐蚀破坏 涂层下残碱 残盐或氧化物等使腐蚀发生而导致涂层脱落 介质渗透到涂层下 引起浓差电池 腐蚀使涂层破坏 涂层受水浸渍后吸收水分 体积增加 内应力使涂层鼓泡 光照 温度 化学介质 磨损 机械损伤等引起涂层本身的破坏 施工不当而引起的破坏 涂料 主成膜物质 辅成膜物质 次成膜物质 填料 油料和树脂 半干性油 干性油 天然 合成树脂 固化剂固化 氧与油料不饱和双键聚合而固化 溶剂挥发固化 聚乙烯 聚过氯乙烯等 环氧 酚醛 呋喃 聚脂等 着色颜料防锈颜料 红丹 Pb3O4 锌铬黄 锌粉 磷酸盐等 体质颜料 Fe2O3 铝粉 有机铬酸盐等 各种溶剂 稀释剂 催干剂 固化剂 防雾剂 增塑剂 触变剂 缓蚀剂等 3 涂料的组成 4 常用涂料 油漆 磁漆 树脂漆 用清漆与着色颜料调配的色漆 有酚醛磁漆 醇酸磁漆等 清漆 不含颜料的透明漆 由树脂 溶剂及催干剂制成的涂料 厚漆 由干性油 颜料混合而成的涂料 使用时用清油调到合适粘度 该漆干燥慢 漆膜软 炎热潮湿天气有反粘现象 调合漆 已调制好 不用加任何材料即可使用的涂料 分油性调和漆和磁性调和漆两种 腻子 由各种填料加入少量漆料配制的糊状物 主要用于底漆前 使基体表面平整 烘漆 烤漆 涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆 水溶漆 乳胶漆 可用水作稀释剂的涂料 水溶漆是以水溶性树脂为主要成分的漆 乳胶漆是以乳胶 合成树脂 为主要成分的漆 大漆 天然漆 特点是漆膜耐久性 耐酸性 耐油性 耐水性 光泽性均较好 底漆 直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料 有环氧底漆 酚醛底漆等 5 涂料合理选用 介质环境 环境条件与涂料适用范围一致 考虑环境介质酸碱性 氧化性 腐蚀性 温度 光照等 表面性质 针对不同保护对象基体性质 选择不同保护特性 粘合能力涂料 如酸固化涂料不能涂覆在易被酸腐蚀的钢铁表面 红丹不能用于铝 锌表面 工程要求 主要是针对保护要求年限 投资额等经济指标加以综合参考 涂料性能合理配套 重要 如用环氧基涂料等粘附性好的涂料作底漆 用磷化底漆作过渡中间层 聚乙烯类作面漆等 合理配套可获的具有互补型 功能型 保护效果优良的涂层 腻子层 填平 环氧 填料 Fe 底层 环氧 附着力强热膨胀系数小 增强层多层玻璃织物树脂浸润 面层致密 抗渗 耐蚀 耐磨 阴极保护 表面涂覆表面涂覆 本身缺陷 微孔 结构施工 服役过程 老化 开裂 损伤电化学保护 电流大 极化难 6 联合保护 1电化学极化有利缓蚀剂成膜如 黄铜表面形成 FeOOH FeOOH稳定 耐腐蚀2表面电荷的调整 有利于缓蚀剂吸附作用 热喷涂是将金属或非金属材料加热熔化 靠压缩气体连续吹喷到制件表面上 形成与基体牢固结合的涂层 从制件表层获得所需要的物理化学性能 1 热喷涂原理 10 4热喷涂技术 说明 喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米 喷涂热源可用燃气火焰 电弧 等离子弧或激光束等 喷涂材料可为金属 合金 金属氧化物和碳化物 陶瓷和塑料等 材料形态可为线材 棒料或粉末 喷涂的基体可为金属 陶瓷 玻璃 塑料 石膏 木材 布 纸等固体材料 2 热喷涂的特点 生产效率高 每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克 沉积效率很高 工艺灵活 适用范围广 热喷涂施工对象可大可小 小的可到 10mm内孔 大的可到桥梁 铁塔 火焰线材喷涂或电孤喷涂 可在室内喷涂 也可在野外现场作业 可整体喷涂 也可以局部喷涂 基体及喷涂材料广泛 可通过喷涂不同材料 使工件表面获得所需的各种物理化学性能 工件应力变形小 基体可保