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铝制换热器防盐雾腐蚀涂层分析研究点击：1782 日期：[ 2014-04-26 22:14:01 ] |
| 铝制换热器防盐雾腐蚀涂层分析研究 1.王凝岚 2.刘湘北 （１．中国北方车辆研究所； ２．中国北方车辆研究所军事代表室 北京 100072） 【摘要】介绍在海水及盐雾环境条件下铝及铝合金的腐蚀状况， 并对各种有机涂料综合分析比较， 得出了一些涂层的使用工况及搭配方式。选用合适的 涂层系统， 采用正确的喷涂工艺，就能很好地控制和防护铝制换热器在海水及盐雾环境下的腐蚀问题。 【关键词】 腐蚀控制与防护； 铝及铝合金； 盐雾环境； 有机涂料； 涂层质量控制； 腐蚀 【中图分类号】 ＴＱ０５０．９ 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】 １００３－ ７７３Ｘ（２００７）０３－ ００３３－ ０３ ０ 引 言 随着工业生产的迅速发展， 工程材料的腐蚀问题越来越突出， 已成为生产中必须考虑和解决的重要问题之一。很多型号的两栖装甲突击车冷却系， 采用铝制板翅式换热器， 设计要求能防海水、盐雾空气腐蚀。在充分借鉴各种坦克装甲车辆成熟技术与经验的基础上，采用了 Ｈ０６－ ２ 锌黄环氧酯底漆加上 Ｃ０４－ ８３ 醇酸无光磁漆构成的涂层系统， 很好地起到了防护的作用，达到了总体及实际车辆所需的防腐蚀要求［１］［２］［３］。 １ 概述 掌握了腐蚀的相关特性，再按实际需要，采用合适的防腐蚀方法， 才能尽量地把腐蚀造成的危害减到最低。（１） 腐蚀的定义及危害。在大气和许多腐蚀介质中，工程材料在热力学上几乎都是不稳定的， 即有自发腐蚀破坏的倾向， 即有从金属原子状态转变为离子状态的倾向。腐蚀是一种物质由于环境作用引起的破坏和变质［４］， 能够给生产带来很大危害， 有时甚至造成严重 后果。（２） 腐蚀的各种形态。腐蚀主要包括： 均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、磨蚀、应力腐蚀和氢脆、腐蚀疲劳及高温氧化和热腐蚀等多种形态［５］。 ２ 铝及铝合金的耐蚀性能 我们生产的板翅式换热器， 主要是以铝及铝合金作为主要构材。铝及铝合金在干燥大气中表面会生成一层非晶态氧化铝的保护膜得到保护， 其耐蚀性取决于氧化膜在各种介质中的稳定性。铝及铝合金在中性和近中性的水中以及一般大气中的耐蚀性很好； 在潮湿大气中耐蚀性能下降； 在工业大气中由于保护膜的破坏， 耐蚀性也会降低； 在酸性、碱性介质中， 由于氧化膜的溶解， 腐 蚀速度加快。在中性介质中铝合金的耐蚀性与介质中含有金属离子的活性与含量有关， 卤素离子， 尤其是氯离子能破坏铝合金表面的氧化膜， 使其耐蚀能力下降。在海水、海洋大气条件下， 铝合金的耐蚀性能降低。实际运用当中， 还需进一步提高材料的纯度， 改善热处理及加工工艺， 以提高铝合金的耐腐蚀能力， 尤其是耐应力腐蚀的能力， 充分发挥铝合金的潜力。 ３ 腐蚀控制与防护方法 ３．１ 盐雾环境及其对铝合金的腐蚀 海洋大气中含有大量的海盐粒子， 海浪及大风也将海水带入大气中， 会降落在暴露的金属表面上， 海盐粒子极易吸湿， 形成强腐蚀液， 对金属有着很强的腐蚀作用（ 见表 １）。低空大气含盐量与海岸距离有极大的关系。盐分的侵蚀作用是明显的， 当大气中含有 １．０％Ｃｌ２时， 则腐蚀速度显著加快［６］。靠海越近， 海雾中的氯化物含量越高， 在该环境下的物体上盐分沉积量也越多， 造成的腐蚀也越严重。铝合金在这样的条件下会产生疏松的腐蚀产物， 因此必须涂漆保护， 避免铝直接暴露在海洋大气之中。 ３．２ 有机涂料的用途 保护作用 分类及涂层系统 （１） 有机涂料的用途。有机涂料层是有机涂料敷于物体表面形成的保护膜层 （由于早期大多采用植物油和称“漆”的植物分泌物为主要组分， 俗称油漆层）。有机涂料层的主要用途是保护结构材料不受环境条件的侵蚀， 延长使用寿命。利用涂料的不同颜色和光泽，还可起到装饰、伪装和标志作用。涂层也使表面平整光滑， 改善空气动力性能。采用有机涂层防护， 是机械产品重要的保护措施之一。 （２） 有机涂料的保护作用。有机涂层的保护性， 有三个作用：１） 屏蔽作用。涂层作为屏蔽， 将物体表面与外界环境隔离， 阻止腐蚀介质（ 如水、水蒸气、盐雾、腐蚀性气体等）对金属的作用。屏蔽作用主要与漆膜的透 气性有关。一般说， 漆膜透气性越小， 屏蔽作用越大。漆膜的透气性主要取决于树脂本身， 加入颜料和填料亦可降低透气性。２） 缓蚀作用。借涂料内部的化学成分与金属反应， 使金属表面钝化或形成保护膜， 阻止渗透的外界介质引起腐蚀。３） 电化学作用。利用涂料组分中的某些金属比主体金属电位更负， 起牺牲阳极保护作用。 （３） 有机涂料的分类。有机涂料大致分为： 清漆、磁漆（ 磁漆又称瓷漆， 由成膜树脂加上颜料、填料等组成。膜层光滑且坚硬， 像瓷釉而得名［７］。磁漆与底漆配套组成的涂层系统， 广泛用于零、部件及整机表面， 起防护、伪装和标志作用）、底漆（ 用于物体表面的第一层， 作为面层涂料的底层。金属用底漆常含有抑制腐蚀的颜料）及腻子等。 （４） 涂层系统。采用两种不同的有机涂料喷涂， 主要是因为二者具有很好的相互补充促进作用， 可以形成很好的涂层系统， 达到更好更全面的防护效果。同时，由于它的价格比较便宜，使用方法比较简单，从经济效益方面来说，也是非常合适的。 4.两种重点漆料 4.1 醇酸漆 （１） 组成。醇酸漆是一种以醇酸树脂为主要成膜物质的涂料。醇酸树脂是由多元醇、多元酸和其他单元酸通过酯化作用缩聚制得的， 实际上它是油改性聚酯树脂。醇酸漆所用溶剂为苯类或松节油或 ２００ 号溶剂汽油。（２） 性能与用途。１） 优点： ①漆膜柔韧、附着力好、耐摩擦。②漆膜形成坚固的网状结构、耐候性好、不易老化、光泽能持久不退。③抗矿物油性和抗醇类溶剂性良好。④可以和许多树脂合用， 以改善性能。⑤使用原料丰富及工艺简便。２）缺点： ①干结成膜较快， 但干透时间较长。②耐水性差， 但经烘烤耐水性有很大提高。③不耐碱， 防湿热、防盐雾、防霉菌性能差。（３） 用途。醇酸漆用途广泛， 防阳光暴晒性能好， 适于各种结构用漆。由于漆膜坚韧光亮， 可用作室内外各种器具的装饰用漆。适用涂饰各种金属及木材内外表面。 ４．２ 环氧漆 （１） 环氧漆具有很多独特性能， 是一种优良的防腐蚀涂料， 广泛用于国防工业和民用工业。这类漆发展迅速， 品种繁多， 产量日趋增加。主要组成： 环氧漆是由环氧树脂加固化剂和其它成分组成的， 它本身不能固化， 必须加入固化剂或其它树脂来完成交联或固化， 形成一个非常坚韧而且高度稳定的热固性树脂， 所以， 大多数为双组分漆。（２） 环氧酯漆。环氧酯漆在酯化时，可将环氧树脂作为多元醇与不饱和酸（或饱和酸） 混合在一起， 加热到 ２００°Ｃ～３００°Ｃ回流酯化。酯化的环氧漆与醇酸漆一样， 结合力强、韧性好、成本低、抗粉化性有所改善。但由于酯键的存在， 耐碱性差， 防腐蚀比未酯化的漆膜差。目前它是环氧漆中用量最大的一种， 它是单组分涂料。环氧酯漆能常温干燥， 也能烘干。一般来说， 烘干的性能较自干的为好。它用于保护受工业大气侵蚀以及海洋雾气和海水侵蚀的钢铁表面， 作为底漆或磁漆涂层， 亦可用于铝、镁合金及其它轻金属表面作底漆。（３） 环氧漆的性能与用途。１） 优点： ①优良的抗化学品性能和突出的耐碱性。②漆膜粘结力强。③保色性较好， 性质稳定。④较好的热稳定性和电绝缘性。⑤机械强度高。⑥收缩性小。２） 缺点： ①户外耐候性差， 漆膜易粉化、失光， 漆膜丰满度欠佳， 流平性较差。②因结构中含有羟基， 漆膜耐水性不佳。３） 用途：环氧漆不宜作户外用漆和高级装饰用漆。常作防腐蚀用漆， 飞机、汽车等车辆， 机器、家用器具等的底漆， 以及电工绝缘漆等。 ５ 涂层质量的控制 涂层质量的优劣、防腐效果的好坏， 不但决定于涂料本身的质量， 还决定于施工工艺的质量。有机涂料行业中有“三分材料， 七分工艺”之说， 表明工艺的重要性。 ５．１ 涂层喷涂的准备 施工环境 施工要点 （１） 涂漆前零部件表面的清洁程度， 直接影响涂层的附着力， 因此经表面处理后的零部件应尽快涂漆，对脏污的表面必须清洗干净。铝及铝合金零部件经阳极化、化学氧化处理后， 一般规定在 ２４ ｈ 内涂漆。过期未涂漆的表面应重新进行处理。（２） 涂料在施工前应按涂料技术条件进行检验， 合格后方可使用。（３） 施工现场的温度和湿度条件， 直接影响涂层质量。一般规定温度在 １０°Ｃ～３０°Ｃ 范围内， 相对湿度不超过 ８０％［８］。温度过低， 溶剂挥发慢， 施工时容易产生流淌； 温度过高，相对湿度过大， 漆膜容易出现发白、桔皮等。（４） 在涂过底漆的表面上涂面漆之前， 底漆层必须用砂纸进行打磨， 用清洁的抹布和干净的压缩空气清除磨屑。 ５．２ 涂层质量检验［８］ 完成涂层的喷涂工作之后， 需对涂层进行系统的质量检验， 包括以下方面。（１） 外观： 涂层的外观状况，不但直接关系到产品的美观， 还影响到漆层的防护性。可用目视检验。（２） 厚度： 涂层厚度关系到涂层的防护性能和产品的增重， 故应选择适合的厚度； 太薄的涂层， 其防护性差； 过厚不但会造成材料浪费， 且使产品的重量增加。因此必须控制和检验涂层系统中每一层的厚度。采用非破坏性测厚仪， 进行测定。（３） 附着力：涂层在产品上附着的牢固程度直接关系到防护性能，故应检验涂层在产品上的附着力。附着力的测定大多用粘性胶带贴于漆层上， 用滚筒或用手向下牢固的压紧胶带， 提起胶带一端与被实验表面大约成 ４５°角， 以一个快速的动作撕去胶带的剩余部分， 涂层不应脱落。以上称为干带法。而湿带法则是用吸收性材料做成衬垫， 然后用水将衬垫浸透， 将其放在被实验的涂层上，用一块耐水材料， 像聚乙烯或涂有聚乙烯的纸覆盖在湿垫上， 用一条胶带将湿的衬垫包好， 经规定的时间后将衬垫拿掉， 并吸去表面上的水， 在吸去水后 ２ ｍｉｎ 内按干带法进行附着力实验。（４） 光泽值的测定： 可在产品施工的同时以同一工艺喷涂在试板上， 采用光泽仪测定。 通过这些实验测试， 可对铝及铝合金表面喷涂的涂层系统的质量有更量化的认识， 对于提高其控制腐蚀的能力、了解实际涂层效果起到很好的作用。 ６ 结 论 目前应用得最多的各种两栖装甲车用铝制板翅式散热器， 在海水及盐雾环境下工作运行，对其防腐性能有很高的要求。通过以上的介绍和分析看出， 掌握了腐蚀的特性， 根据需要采用合适的有机涂料及涂层系统，并控制好喷涂的质量， 就能起到很好、很有效的防护作用。当然，还有其它一些防腐蚀的方法，（包括金属表面热处理等），也能达到比较好的防腐效果； 但其所需经费、人力、物力、加工时间都更多些。实践证明， 本文所述采用合适的有机涂层防腐蚀的方法， 综合效果及经济效益都是非常合适的， 值得推广和继续优化发展。 参考文献 ［１］ 涂料工艺［Ｍ］． 石油化学工业出版社， １９７８． ［２］ 赵麦群， 雷阿丽 ． 金属的腐蚀与防护 ． 国防工业出版社，１９９９． ［３］ 秦国治， 田志明 ． 防腐蚀技术及应用实例 ． 化学工业出版社， ２００２． ［４］ 李金桂， 赵闺彦 ． 腐蚀和腐蚀控制手册［Ｍ］． 国防工业出版社， １９７９． ［５］ 于福升 ． 金属材料的耐腐蚀性［Ｍ］． 科学出版社， １９８２． ［６］ 左景伊 ． 腐蚀数据手册［Ｍ］． 化学工业出版社， １９８２． ［７］ 王泳厚 ． 实用防腐涂料［Ｍ］． 机械工业出版社， １９９４． ［８］ 换热器防腐涂料及应用［Ｊ］． 化学清洗， １９９０（２）：２４． |
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