材料腐蚀与涂装工艺.ppt

1、涂 装 工 艺,沈承金,第一章 涂料和涂装基础,1、防腐蚀 正确的防腐蚀设计 选择耐蚀材料 防腐蚀保护 改善腐蚀环境 防腐蚀涂层保护 其他保护,第一章 涂料和涂装基础,金属保护层：包覆（Cu,Al,Zn,SS）、渗镀（Zn,Cr,Al）、喷涂 （Zn Al alloy,SS）、热镀（Zn,Al,Sn,Pb）、电镀 （ Zn,Cd,Sn,Cr,Cu,Ni,alloy ）、化学镀（Ni,Cu） 非金属保护层:防锈油、涂料、塑料、橡胶、珐琅、耐酸材料 涂装层保护 金属保护膜：磷酸膜、氧化膜、钝化膜 其他保护方法：电化学保护、化学缓蚀剂,第一章 涂料和涂装基础,2、涂装层的保护原理 (1)屏蔽作用 (

2、2)钝化缓蚀作用 (3)电化学保护作用,第一章 涂料和涂装基础,3、涂料及涂装基础 3.1涂料防腐特点 (1)施工工艺简便，易于在材料加工现场进行； (2)无需贵重设备，涂装成本较低； (3)涂料具有多种颜色，可以满足不同的工业和装饰需要； (4)可以与其他多种防腐蚀方法联合使用。,第一章 涂料和涂装基础,3.2涂料和涂装技术的发展 （1）涂料的发展 A.涂料分工细化、专业化、功能化 B.涂料理论不断发展和完善，如纳米技术、精密聚合、高分子共混、湿附着理论等 C.计算机应用，采用计算机对涂料配方、生产等全过程进行控制 （2）涂装技术发展 A.塑料防腐蚀涂装层在化工领域应用 B.重防腐蚀涂装体系

3、应用 C.长寿命涂装应用 D.联合保护应用,第一章 涂料和涂装基础,4、涂料的组成,第一章 涂料和涂装基础,4.1树脂：,第一章 涂料和涂装基础,4.2颜料,第一章 涂料和涂装基础,.,第一章 涂料和涂装基础,4.3溶剂 （1）溶剂理论 a极性相似理论:极性相似的物质可以互溶。 b溶剂化理论 ：溶质与溶剂分子间的作用力 c结构相似理论 ：漆基的结构选择含有相似基团的溶剂 。 （2）溶剂性质 a溶解力 b挥发速度 c闪点和自燃点 d毒性 （3）溶剂作用 a溶解涂料中的成膜物质、降低涂料的粘度 b增加涂料贮存的稳定性 c溶剂能增加物体表面的湿润性，提高结合力 d使漆膜的流平性好,第一章 涂料和涂装

4、基础,5 涂料的成膜原理 5.1物理成膜机理 只依靠涂料内液体组分(溶剂或分散相)的直接蒸发而剩下干硬涂膜的干燥过程称为干燥的物理机理。 如溶剂型涂料； 乳化型涂料。 5.2化学成膜机理 使成膜物质在结构上形成交联，从而形成涂膜的成膜机理。 二种形式： （1）漆膜的直接氧化，如涂料在空气中氧化交联、或与水蒸汽反应；（2）涂料分子之间发生化学反应的固化交联。,第一章 涂料和涂装基础,5.2.1氧化成膜 注：双键数少于2，不能氧化自干成膜。 氧化成膜的几个阶段： （1）涂膜 （2）吸氧：导致氢氧化物形成，吸氧1214%本身重量 （3）诱导：在邻近烯键的碳原子上反应生成氢氧化物，诱导游离基 （4）胶

5、化：氧化反应逐渐交联，反应产物挥发，涂膜渐干（指干） （5）硬化：网状交联，涂膜硬干 （6）老化,第一章 涂料和涂装基础,(一)共轭油类氧化干燥机理 6 5 4 3 2 1 CHCHCHCHCHCH + O2 CHCHCHCHCHCH O O ,第一章 涂料和涂装基础,注： （1） 以上反应的双键可以重排，游离基可以转移到1，4位置，也可以转移到1，6位置； （2）氧还可以继续和碳上的游离基反应，从而转化成过氧化基； （3）双游离基攻击其他游离分子双键，产生交联反应，反应产物挥发，涂膜胶化。,第一章 涂料和涂装基础,（二）非共轭油类干燥机理 非共轭油类最先形成过氧化氢，经过过氧化氢的分解才释放

6、出游离基，非共轭油在氧化过程中会逐渐转化成为共轭结构，转化以后双键就能直接与氧发生反应，并转而按共轭干燥步骤聚合。 （1）过氧化氢的形成 A. 氧直接攻击双键，同时过氧化氢形成叉键重排，不饱和双键不损失 （见讲义P16页）,第一章 涂料和涂装基础,B. 两个双键之间的亚甲基遇氧特别容易氧化而形成过氧化氢 CHCHCH2CHCH + O2 CHCHCHCHCH OOH 过氧化氢受到热、光及催化剂作用，同时分解生成游离基 RC-O-O-H RC-O -H,第一章 涂料和涂装基础,(2)非共轭键向游离基的共轭双键转化 过氧化氢生成的游离基，游离基很容易从双键之间的活泼亚甲基中获得一个氢原子而转移到亚

7、甲基上，形成新的游离级重排的共轭双键。如 CHCHCH2CHCH + RO CHCHCHCHCH 或 CHCHCHCHCH （R 实际上是CHCHCH2CHCH ） 剩下的事情就是按共轭双键转化进行了。,第一章 涂料和涂装基础,以上通过共轭或非共轭完成吸氧和产生游离基的过程。下一步是胶化和硬化。 胶化：氧化反应逐渐交联，反应产物挥发，涂膜渐干（指干） 硬化：进一步交联成网状，涂膜硬干。 交联反应通常有如下： （1）通过过氧桥将两个油分子聚合在一起 （2）通过氧桥将两个油分子聚合在一起 （3）通过共价键将两个油分子聚合在一起 （4）通过碰撞将两个油分子聚合在一起,第一章 涂料和涂装基础,（三）催

8、化和予聚合 （1）催化剂：金属原子价可以变化的钴和锰皂，目的促进过氧化氢分解； （2）助催干剂：金属铅、锆、钡、锌、钙等皂，目的促进氧的吸收。,第一章 涂料和涂装基础,5.2.2交联固化 交联反应是使分子增大，甚至整个涂膜交联成了一个特大的分子。通常涂料中的成膜物质采用低分子量（10005000）的聚合物，或分子量较大的简单分子，以便提高固体分。分子大涂膜就干燥快，空气须渗透到整个涂膜中才能充分固化，而固化后在整个使用期中，涂膜与空气反应还会慢慢进行。总的说来，交联固化是比较慢的。,第二章 涂料品种介绍,1、环氧树脂涂料,第二章 涂料品种介绍,1.1环氧树脂分类 缩水甘油醚型环氧树脂-由多元酚

9、或多元醇与环氧氯丙烷反应； 缩水甘油酯型环氧树脂-由二元或多元羧酸与环氧氯丙烷反应； 缩水甘油胺型环氧树脂-由多元胺与环氧氯丙烷反应； 脂簇环氧树脂-由双烯醚与过氧化醋酸反应；或环戊二烯与过氧酸反应； 元素改性环氧树脂-对环氧树脂分子中引入卤素、硅和钛等。,第二章 涂料品种介绍,1.2环氧树脂固化 胺类固化-乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、聚酰胺等； 酸酐固化-酸酐与环氧树脂中羟基反应； 合成树脂固化-聚酰胺树脂、酚醛树脂、氨基树脂、多异氰酸酯等树脂； 粉末环氧树脂固化-双氰胺及其衍生物、酸酐及其衍生物、酚醛树脂；,第二章 涂料品种介绍,1.3环氧树脂涂料性质 耐化学稳定性好。如固

10、化后有稳定的苯环和环氧基，其结构稳定； 收缩性小。如固化是直接加成反应进行的，在固化过程中没有副产物； 电绝缘性好。 韧性好。 附着力强。 耐候性差。对光比较敏感，树脂易分解； 固化剂有毒。 1.4环氧树脂涂料的溶剂 酮类、苯类、醚类等。,第二章 涂料品种介绍,2、酚醛树脂涂料 2.1组成 酚醛树脂是由苯酚和甲醛反应，在苯环上形成羟甲基，然后再与苯酚反应,排出水而形成亚甲基桥连接起来的缩合物。 酚和醛的比例在1:0.50.8时呈热塑性酚醛树脂；酚和醛的比例在1:12时呈热固性酚醛树脂。但纯酚醛树脂太脆，没有太多实用价值。 2.2分类 醇溶性酚醛树脂:苯酚与甲醛缩合制得的热塑性或热固性树脂，再溶

11、解于醇类溶剂中制得的，一般都是清漆，主要用于胶合板、家具等 油溶性酚醛树脂:利用甲醛与对烷基或对芳基取代酚（如对叔丁苯酚、对苯基苯酚）缩聚制得酚醛树脂。 改性酚醛树脂:加入改性剂后，使酚醛树脂增加了能与油或其它树脂混溶的基团，制得多种特殊性能涂料。,第二章 涂料品种介绍,2.3性能与应用 酚醛树脂涂料的特点：干燥快、硬度高、光泽好、耐水、耐化学腐蚀; 缺点：漆脆、易泛黄。 主要用途：家具、建筑、机械、船舶和化工设备的表面防腐蚀涂装； 啤酒罐涂料、食品储罐等。 2.4 溶剂 脂肪烃、芳烃、松节油等,第二章 涂料品种介绍,3、醇酸类涂料 醇酸树脂以多元醇与多元酸和脂肪酸经过酯化缩聚而成，醇酸树脂涂

12、料的性质与改性植物油的种类、油度的长短有密切关系，其油度的表示方法如下： OL（%）=【油的用量/树脂理论产量】100 =【油的用量/（多元醇+多元酸+油量-酯化反应水）】100,第二章 涂料品种介绍,特点： 涂层具有良好的柔韧性，良好的附着力和机械强度； 颜料在该涂料中有较好的分散性，因此可根据用途做成底漆、中间漆和面漆； 涂层耐久性好，保光保色性好；但耐水性较差； 施工方便，价格便宜。,第二章 涂料品种介绍,涂料的改性: 酚醛改性的醇酸树脂涂料具有较强的附着力，较好的硬度，较强的耐水性和耐化学性。其缺点是耐侯性下降。 丙烯酸酯改性醇酸树脂涂料的漆膜坚韧、透明、干燥迅速，耐侯性能好。 环氧树

13、脂改性的醇酸树脂涂料有较强的附着力和较好的化学稳定性。 涂料的应用: 云母氧化醇酸磁漆、锌铝粉醇酸磁漆、有机硅改性醇酸树脂涂料等 . 溶剂: 200号溶剂汽油、松香水和无机松节油等。,第二章 涂料品种介绍,4、丙烯酸涂料 丙烯酸树脂是由丙烯酸或甲基丙烯酸酯、腈类、酰胺类、苯乙烯类等聚合而成。 分类: 热塑性丙烯酸树脂涂料; 如铜、铝等有色金属涂料; 热固性丙烯酸树脂涂料;如工业产品涂料; 丙烯酸树脂乳胶涂料 ;如建筑内(苯丙乳胶和乙丙乳胶 ) 、外(全丙乳 )墙涂料。,第二章 涂料品种介绍,5、聚氨酯涂料 5.1特点 （1）良好的物理机械性能，漆膜坚硬、柔韧、光亮、丰满、耐磨、附着力好； （2

14、）漆膜防腐蚀性能好，耐油、耐酸、耐碱和耐工业废气； （3）涂料可室温固化，也可加热固化； （4）良好的电性能，宜作漆包线漆，并能在熔融的焊锡处上漆，特别宜作电讯器材用涂料； （5）能和多种树脂拼用，配制成多种类型的聚氨酯涂料； （6）涂料施工要求高，价格一般较贵。 5.2组成 由多异氰酸酯与多元醇（包括含羟基的低聚物）反应生成的 。,第二章 涂料品种介绍,5.3溶剂 醋酸乙酯、醋酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯、醋酸己酯等酯类溶剂，甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类溶剂，也有用醇醚类、芳香烃类溶剂。 5.4分类 改性油聚氨酯涂料； 湿固化聚氨酯涂料； 封闭型聚氨酯涂料 ； 催化固化型聚氨酯涂料 。,第

15、二章 涂料品种介绍,6、元素有机树脂涂料 元素有机树脂涂料主要是有机硅树脂涂料和有机氟树脂涂料。 6.1有机硅树脂涂料 有机硅树脂（或称硅酮树脂）是以SiO无机键为主链的有机硅氧烷聚合物，在Si原子上接有烷基（主要为甲基）或芳基（主要为苯基），一般称为聚硅氧烷，按其分子量从小到大分为硅油、硅树脂和硅橡胶三大类。 有机硅的性能: （1）耐高温涂料 （2）绝缘涂料 （3）耐侯涂料 （4）防水涂料 （5）潮气固化涂料,第二章 涂料品种介绍,6.2有机氟树脂涂料 有机氟树脂和聚烯烃相同都是以CC键为主链的聚合物，不同的是氟原子代替了聚烯烃上的氢原子。含氟的聚合物统称为有机氟树脂 。 特征： 具有优良的

16、耐热性、耐侯性和耐药品性、良好的机械性能和电性能等。,第三章 防腐蚀涂装设计,3.1腐蚀环境 国际标准: 腐 蚀 环 境 低碳钢腐蚀速率/m/a 腐蚀程度 C1 干燥内部 0.1 很低 C2 室内潮湿 0.10.7 低 C3 室内污染高温； 室外工业和城市内陆 0.72.0 中等 C4 室内游泳池、化工厂； 室外工业和海洋大气 2.04.0 高 C5 高湿工业大气和盐雾海洋大气 4.08.0 很高 Im2 海水 10.020.0 很高,第三章 防腐蚀涂装设计,3.2涂装设计一般原则 3.2.1涂装类型的分类: (1)高级装饰性涂层 (2)装饰性涂层 (3)一般保护性涂层 (4)重防涂层 (5)

17、特种保护涂层 3.2.2涂料涂装一般原则 (1)设计要求 (2)涂料对环境的适应性 (3)施工工艺的适应性 (4)底漆、中间漆和面漆相配套性 (5)经济性,第三章 防腐蚀涂装设计,3.3典型涂装体系设计 (1)钢桥梁的防腐蚀涂装 体系： 底 漆：无机富锌或环氧富锌底漆12道，厚度60100m； 中间漆：环氧云母氧化铁漆23道，厚度70120m； 面 漆：丙烯酸或脂肪族聚氨酯23道，厚度60100m。 体系 底 漆：热喷锌或铝或锌铝合金涂层，厚度150200m； 封闭层：环氧封闭12道，厚度040m； 中间漆：环氧云铁12道，厚度4080m； 面 漆：脂肪族聚酯2道，厚度80m。,第三章 防腐蚀

18、涂装设计,(2)汽车的装饰性涂装 体系 : 底 漆 层：环氧系阴极电泳涂装，厚度20m； 中间漆涂层：自动静电喷涂水性聚氨酯或聚氨酯粉末涂料，厚度35m； 面漆底涂层：静电喷涂水性丙烯酸底色漆，厚度35m； 罩光清漆层：静电喷涂丙烯酸系粉末罩光清漆或水性罩光清漆。 体系： 底 漆 层：阴极电泳漆，厚度20m或3035m； 中 间 层：静电喷涂水性聚氨酯； 底色漆层（面层）：静电喷涂本色、金属闪光色、珠光色等，厚度1535m； 罩光涂层：静电喷涂高固分双组份聚氨酯或丙烯酸粉末罩光漆或水性丙烯酸氨基/聚氨酯等，厚度35m。,第三章 防腐蚀涂装设计,(3)船舶涂装体系 船底部位 保养底层:各类车间底

19、漆1道； 防腐层 ：氯化橡胶铝粉漆 2道； 氯化橡胶铁红厚浆漆2道； 防污层 ：839丙烯酸长效防污漆 3道。 船壳部位 保养底层 ：各类车间底漆 1道； 防锈层 ：环氧富锌底漆 1道； 中间层 ：环氧云铁底漆 1道； 面层：氯化橡胶面漆 2道。,第三章 防腐蚀涂装设计,（4）埋地管道防腐蚀涂装 底层：富锌底漆一道；外加电流阴极保护。 中间层：高密度聚乙烯胶缠带一层； 面层：高密度聚乙烯胶缠带一层。,第四章 防腐蚀涂装工艺,4.1涂装工艺设计,第四章 防腐蚀涂装工艺,4.2前处理 (一) 除油 (1)油污的性质和组成 (2)除油的方法 有机溶剂清洗 化学清洗,第四章 防腐蚀涂装工艺,(二)除锈

20、 (1)锈的性质,第四章 防腐蚀涂装工艺,第四章 防腐蚀涂装工艺,第四章 防腐蚀涂装工艺,第四章 防腐蚀涂装工艺,(2)除锈的方法 A.化学除锈 除锈液的组成:酸(盐酸、硫酸等)； 缓蚀剂（乌洛托品、硫脲等）。 钝化液的组成：亚硝酸钠； 碳酸钠； 洗衣粉。,第四章 防腐蚀涂装工艺,B.喷(抛)砂除锈 手工喷砂设备,第四章 防腐蚀涂装工艺,钢板自动抛丸设备,第四章 防腐蚀涂装工艺,平面自动喷砂,第四章 防腐蚀涂装工艺,机械除锈 砂轮机等工具除锈 （三）涂装 （1）高压无气喷涂 压力比：pa=PA p/P不同，喷涂的涂料密度不同,第四章 防腐蚀涂装工艺,。,第四章 防腐蚀涂装工艺,（2）电泳涂装

21、在直流电场作用下，分散在极性介质（例如水）中的带电胶体粒子向与它所带电荷相反电极方向移动，这种胶体粒子移动现象为电泳。 根据电泳涂料树脂所带电荷种类和电源特性不同将电泳涂装分为阳极电泳、阴极电泳、脉冲电泳、喷射电泳、交流电泳等方法。国内目前最常用的是阴极电泳涂装。 特点： 有利于实现涂装连续化、自动化，大大提高劳动效率和减轻劳动强度； 由于电泳漆采用水作为溶剂，无有机溶剂中毒和火灾等危险，消除漆雾，改善了劳动条件； 无论形状复杂或是形状简单工件，均可获得附着良好和厚度均匀涂层； 涂料利用率高达9095%； 电泳涂装设备投资较大，槽液管理复杂。,第四章 防腐蚀涂装工艺,阳极电泳 ：阳极电泳用高酸

22、价的羧酸盐（一般是羧酸胺盐）的水溶性树脂，以分子和离子平衡状态存在于直流电场中，两极产生电位差，离子发生定向移动，阴离子向阳极移动，并在阳极表面上放出电子沉积于阳极表面，而阳离子向阴极移动，在阴极上获得电子还原成胺（氨）。 阳极反应：RCOO+H+RCOOH（沉积） 阴极反应：R2H2N+2eRNH+H 2HH2 阳极电泳副反应： Fe2eFe2+ 2RCOO+Fe2+Fe（RCOO）2 2OH2eH2O+O2,第四章 防腐蚀涂装工艺,阴极电泳：阴极电泳用阳离子型化合物的水溶性树脂，用有机酸中和，在水中溶解后，以分子和离子平衡状态存在于直流电场中，两极产生电位差，离子发生定向移动，阳离子向阴极

23、移动，并在阴极表面上得到电子沉积于阴极表面，而阴离子向阳极移动，在阳极上放出电子氧化成酸。 阴极反应：RNH+3 +OHRNH2+H2O （沉积） 阳极反应：OH0.5O2+H+,第四章 防腐蚀涂装工艺,电泳涂装工艺 除油除锈冷水洗热水洗磷化处理冷水洗钝化软水洗去离子 水洗阴极电泳涂装循环超滤冲洗四次新鲜超滤去离子水冲洗吹干 烘干喷面漆。 电泳涂装的应用 家用电器、汽车、摩托车等。,第四章 防腐蚀涂装工艺,（3）静电喷涂 静电喷涂原理 ：喷枪接负极，零件接正极，枪头与零件之间就形成了静电场当电压足够高时，枪头附近区域内的空气产生强烈电晕放电，形成了气体电离区域，涂料经喷枪喷嘴雾化后喷 出，被雾化的涂料微粒通过喷头边缘或 喷嘴处的极针接触带电，当经过气体电 离区域时再次带电，附着并沉积在零件 表面上，形成均匀的涂膜。,第四章 防腐蚀涂装工艺,（4）粉末涂装方法 静电粉末喷涂 （熔结环氧粉末涂装）,第四章 防腐蚀涂装工艺,流化床热涂覆 流化床涂覆工艺为：工件清洗工件预热工件蔽屏（不需涂部位）流化床中涂覆热