一、低壓煤壓機(jī)工作狀況
1、葉片工作溫度
進(jìn)口溫度:60℃,出口溫度:271~C
2、介質(zhì)成份
CO:22.9%v/v C02:23%v/v
H2:3.40/v/v N2:50.7%v/v
H2S:6.1mg/m3 S02:0.13mg/m3
少量Cl及水汽等。
二、低壓煤壓機(jī)葉片腐蝕原因分析
(1)H2S腐蝕
H2S在水中的溶解度比較高,因而具有強(qiáng)烈的腐蝕性,一般認(rèn)為H2s會(huì)加速金屬的電離反應(yīng),并進(jìn)一步生成硫化物,當(dāng)生成的硫化物致密且與基體結(jié)合良好時(shí),對(duì)腐蝕有減緩作用,但當(dāng)生成的硫化物不致密時(shí),可與金屬基體形成強(qiáng)電偶,反而促進(jìn)了基體金屬的腐蝕,另外,當(dāng)金屬表面中有硫化物存在時(shí),硫化物在一定程度上阻止了氫原子向氫分子的轉(zhuǎn)變,氫原子在金屬表面的缺陷等部位結(jié)合成氫分子,體積膨脹,產(chǎn)生氫壓,在氫氣聚集區(qū)附近,基體內(nèi)部形成拉應(yīng)力,加上基體內(nèi)應(yīng)力的協(xié)同作用,就形成氫致開(kāi)裂和硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。在硫化物應(yīng)力腐蝕破
裂中,H2S對(duì)腐蝕起著主導(dǎo)作用,水是引起腐蝕的必要條件,C02的存在會(huì)促進(jìn)腐蝕,把引起鋼這種腐蝕環(huán)境條件稱(chēng)為H2S-CO2-H2O系統(tǒng)腐蝕。
(2)C02腐蝕
C02溶于水后對(duì)金屬有極強(qiáng)的腐蝕性,在相同的PH值—卜,其總酸度比鹽酸高,因此,它對(duì)金屬腐蝕比鹽酸更嚴(yán)重,C02腐蝕最典型的特征是呈現(xiàn)局部的腐蝕、輪癬狀腐蝕和臺(tái)面狀坑蝕,其中臺(tái)面狀坑蝕是腐蝕過(guò)程最嚴(yán)重的一種情況,這種腐蝕的穿孔率很高,腐蝕速率通?蛇_(dá)3-7mm-a,在厭氧的條件下,可以高達(dá)20mm/a。
(3) C1腐蝕
C1—是典型的孔蝕離子,經(jīng)腐蝕過(guò)的孔有大有小,有深有淺,一般孔表面直徑等于或小于孔深,但也有坑狀碟形淺孔,C1先破壞葉片表面上的鈍化膜,鈍化膜在局部先破壞,微小破口暴露的金屬成為電池的陽(yáng)極,周?chē)奈雌茐牡拟g化膜成為陰極,陽(yáng)極電流高度集中,使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展,形成蝕孔,蝕孔形成后,孔外部為腐蝕產(chǎn)物阻塞,內(nèi)外的對(duì)流和擴(kuò)散受到阻滯,孔內(nèi)形成獨(dú)特的閉塞電池,孔內(nèi)的氧迅速耗盡,只剩下金屬腐蝕的陽(yáng)極反應(yīng),陰極反應(yīng)氧離子化完全移到孔外側(cè)進(jìn)行,因此,孔內(nèi)很快積累了帶正電的金屬離子,為了保持電中性,帶負(fù)電C1-外遷移入孔內(nèi),C1-增濃,金屬離子水解產(chǎn)生H+,孔內(nèi)PH值下降,H+和C1-形成腐蝕強(qiáng)烈的鹽酸,當(dāng)孔內(nèi)PH值下降到某一臨界值,腐蝕率突然上升,形成加速腐蝕,孔內(nèi)產(chǎn)生陰極加氫反應(yīng),孔蝕由閉塞區(qū)酸性電池控制。蝕孔形成后,是否深入發(fā)展直至穿孔,由于影響因素復(fù)雜,難以預(yù)測(cè),一般孔小,電流集中,深入發(fā)展的可能性大,如孔多又淺,閉塞程度不大,穿孔的程度較小。
(4)氣體流速引起的磨損腐蝕
金屬表面受高流速和湍流狀的氣體沖擊。同時(shí)遭到磨損和腐蝕的破壞,稱(chēng)為磨損腐蝕,金屬在高速氣流沖擊下,在化學(xué)介質(zhì)的協(xié)同作用下,保護(hù)膜破壞,破口處裸金屬加速腐蝕,如果流體中含有固體顆粒,磨損腐蝕更為嚴(yán)重。
(5)S02腐蝕
s02足一種弱酸性氣體,它所引起的腐蝕主要是均勻腐蝕,被蝕金屬與肋:反應(yīng)時(shí),一方面在其表面形成溶有s原子的氧化皮或是溶有硫化物的氧化皮,另一方面,在金屬內(nèi)部深處溶入的硫與活潑元素組成相應(yīng)的硫蝕相。另外,鎳對(duì)S02污染特別敏感。
總之,從以—[:介質(zhì)和腐蝕原因來(lái)看,葉片的腐蝕屬于多介質(zhì),多種類(lèi)復(fù)合型腐蝕,各個(gè)介質(zhì)之間的協(xié)同作用比單一介質(zhì)的腐蝕要強(qiáng),由于腐蝕的產(chǎn)生,葉片在高變應(yīng)力作用下,在腐蝕坑點(diǎn)形成應(yīng)力集中,這樣長(zhǎng)時(shí)間使用易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力微裂紋,這個(gè)微裂紋不斷擴(kuò)展造成疲勞斷裂。
三、低壓煤壓機(jī)葉片防腐的基本要求
1、防腐材料耐輸送介質(zhì)的腐蝕。
2、防腐材料耐一定氣流流速引起的磨損腐蝕。
3、防腐材料在有效使用期內(nèi),不脫落,不開(kāi)裂,滿(mǎn)足抗?jié)B性要求。
4、防腐層的耐溫性應(yīng)大于最高使用溫度,該葉片防腐層的耐溫性應(yīng)在300℃以—上。
5、防腐層導(dǎo)熱,耐高低溫循環(huán)。
四、多種金屬和非金屬防腐材料性能的對(duì)比:
名 稱(chēng)
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施工方法
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粘接強(qiáng)度
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在使用溫度下是否同時(shí)耐所輸送介質(zhì)
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耐溫要求
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不銹鋼類(lèi)
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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鋁及鋁合金
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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銅及銅合金
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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鎳及鎳銅合金
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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鎳 鋁
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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高鉻鎳合金
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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鎳 鉬
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熱噴涂
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符合
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否
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符合
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Ti絲
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熱噴涂
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符合
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是
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符合
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SiC-Al2O3
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熱噴涂
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符合
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是
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符合
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TiO2-Al2O3
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熱噴涂
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符合
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是
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符合
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橡 膠
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硫化
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不符合
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否
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不符合
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尼 龍
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熱噴
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不符合
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否
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不符合
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聚乙烯
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熱噴
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不符合
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否
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不符合
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聚氯乙烯
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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胺固化環(huán)氧
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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環(huán)氧聚酰胺
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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聚氨脂
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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不飽和樹(shù)脂
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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酚 醛
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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呋 喃
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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高分子樹(shù)脂一橡膠
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噴涂
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不符合
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否
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不符合
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聚四氟乙烯聚三氟乙烯氯化聚醚
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熱噴涂高溫淬火水處理
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不符合
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否
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不符合
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無(wú)機(jī)涂料
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噴涂
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符合
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否
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符合
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有機(jī)硅鋅粉涂料
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噴涂
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符合
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否
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符合
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有機(jī)硅鋁粉涂料
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噴涂
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符合
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否
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符合
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有機(jī)硅陶瓷涂料
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噴涂
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符合
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是
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符合
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低熔點(diǎn)玻璃
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噴涂
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符合
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是
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符合
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經(jīng)過(guò)比較可以看出,有熱噴涂Ti絲、SiCl12O3、Ti02-al2O3噴涂有機(jī)硅陶瓷涂料,燒結(jié)低熔點(diǎn)玻璃符合葉片防腐要求。
五、防腐方案及操作工藝
方案(一)噴涂耐腐蝕性好的金屬或A12O3基陶瓷材料涂層
1、操作工藝
噴砂除銹Sa2.5級(jí)一Lg-2化學(xué)清洗一噴涂鎳鋁復(fù)合打底層一噴涂SiC-AL2O3、TiO2-AL2O3或Ti絲一抽真空浸封孔防腐材料。
防腐層整體厚度:200—300um
2、工藝性能
①?lài)娚俺P:粗化金屬表面,提高粘接強(qiáng)度,噴砂后實(shí)際粘接面積比不噴砂粘接面積提高20%。
②Lg—2化學(xué)清洗:集脫脂、除油、化學(xué)清洗為一體,能和金屬及非金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),改變界面的特性,使防腐層和金屬之間的物理結(jié)合變?yōu)榛瘜W(xué)結(jié)合,大大提高防腐層與金屬之間的粘接強(qiáng)度,且能起到應(yīng)力松散層作用,減少由于溫差應(yīng)力對(duì)防腐層的破壞。
⑧噴涂鎳鋁復(fù)合打底層:復(fù)合化的組成元素之間發(fā)生放熱反應(yīng),提高噴涂粘接溫度,可與金屬基體形成“微合金”結(jié)合,涂層致密,抗沖擊和粘接力強(qiáng),具有一定的韌性,結(jié)合強(qiáng)度在55Mpa以上,是高硬材噴涂的應(yīng)力松散層和金屬結(jié)合的過(guò)渡層。
④?chē)娡縎iC-厶J20,、Ti02-A[203、T1絲:SiC陶瓷是——種非氧化物陶瓷,它和碳化鈣,碳化鈦等同屬碳化物類(lèi)。A1203是一種氧化物陶瓷,TiO2是一種金屬氧化物,SiC-Al2O3和TiO2-Al2O3都屬于Al2O3基的陶瓷噴涂材料。Ti絲屬于金屬材料,噴涂時(shí)需惰性氣體保護(hù),防止氧化,從耐腐蝕角度來(lái)看,三者均能滿(mǎn)足抗腐蝕性:從耐磨角度出發(fā),SiC-Al2O3>TiO2-Al2O3>Ti絲;從造價(jià)角度出發(fā),SiC-Al2O3>Ti絲>Ti02-Al2O3。
⑤抽真空封孔防腐
熱噴涂層是將熔融或至少軟化的粒子,高速?lài)娚涞交w上,發(fā)生碰撞、變形、快速凝固,堆積等過(guò)程,最后形成涂層,所以在不同程度上有孔隙,對(duì)于耐磨而言,可不加考慮,而對(duì)腐蝕而言應(yīng)進(jìn)行封孔或增加噴涂層厚度,從綜合性能來(lái)看,增加封孔層比增加厚度較為合理。抽真空封孔防腐;將葉片浸于液體防腐材料中,抽去熱噴涂層孔隙中的空氣,使液體防腐材料進(jìn)入,達(dá)到封孔防腐的目的。封孔使用材料為有 機(jī)硅涂料。
方案(二)有機(jī)硅陶瓷防護(hù)涂層
1、操作工藝
噴砂除銹Sa2.5級(jí)一Lg--2化學(xué)清洗一噴涂有機(jī)硅陶瓷涂料一熱固化。
2、工藝性能
噴砂除銹和化學(xué)清洗同方案(—)。
有機(jī)硅陶瓷涂料:
有機(jī)硅是介于有機(jī)和無(wú)機(jī)聚合物之間的聚合物,由于這種雙重性,使有機(jī)硅聚合物具有一般無(wú)機(jī)物的耐熱性、耐腐蝕性及堅(jiān)硬性等特性。
有機(jī)硅涂料是以有機(jī)硅聚合物或有機(jī)硅改性聚合物為主要成膜物質(zhì)的涂料。
有機(jī)硅陶瓷涂料是有機(jī)硅樹(shù)脂改性高分子樹(shù)脂及低熔點(diǎn)陶瓷粉組成的耐熱防腐涂料。
有機(jī)硅陶瓷涂料的特性:
(1)耐熱性及防腐性
①有機(jī)硅高聚物中Si--O鍵的鍵能比普通有機(jī)高聚物中的C—C鍵的鍵能大,鍵能愈大,熱穩(wěn)定性愈好。
②在Si--O鍵中硅原子和氧原子的相對(duì)電負(fù)性差數(shù)大,因此Si--O鍵極性大,對(duì)Si原子上連接的烴基有偶極感應(yīng)影響,提高了所聯(lián)烴基對(duì)氧化作用的穩(wěn)定性,比普通有機(jī)高聚物中這種相同基因的穩(wěn)定性要高得多.也就是說(shuō)Si--O--Si鍵對(duì)這些烴基基團(tuán)的氧化,能起到屏蔽作用。
③有機(jī)硅高聚物中硅原子和氧原子形成d-p∏鍵,增強(qiáng)了高聚物的穩(wěn)定性、鍵強(qiáng),也增加了熱穩(wěn)定性。
④普通有機(jī)高聚物的C--C鍵受熱氧化易斷裂為低分子物,而有機(jī)硅高聚物中硅原子上所連烴基受熱氧化后,生成的是高度交聯(lián)的更加穩(wěn)定的Si--O--Si鍵,能防止其主鏈的斷裂降解。
⑤受熱氧化時(shí),有機(jī)硅高聚物表面生成了富于Si--O保護(hù)層,減輕了對(duì)高聚物內(nèi)部的影響。
⑥在高溫時(shí)涂層中的SiO2、顏料及低熔點(diǎn)陶瓷粉熔合熱的具有保護(hù)作用的陶瓷涂層。
⑦Si--O--Si主鏈在350℃才開(kāi)始斷裂。
(2)有機(jī)硅陶瓷涂料技術(shù)性能
干燥時(shí)間:(200℃)h
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2小時(shí)
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柔韌性: ¢mm
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≤3
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附著力(劃圈法)
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≤2級(jí)
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沖擊強(qiáng)度:N·cm
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490.3
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耐溫性
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-50℃-->300℃
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方案(三)燒結(jié)低熔點(diǎn)玻璃
1、操作工藝
噴砂除銹Sa2.5級(jí)--Lg—2化學(xué)清洗一燒結(jié)低玻粉
2、工藝性能
噴砂除銹和化學(xué)清洗同方案(—)
燒結(jié)低熔點(diǎn)玻璃:實(shí)際是將具有接近工業(yè)玻璃性質(zhì)的耐腐蝕、耐磨物質(zhì),經(jīng)過(guò)噴涂、熔融、成型等工藝復(fù)合到金屬基體上,獲得玻璃/金屬?gòu)?fù)合物,形成的覆蓋層基本上保留了玻璃的光潔、透明、致密無(wú)孔,化學(xué)穩(wěn)定性高,耐腐蝕、耐磨、耐高溫等特性。它與金屬基體的粘結(jié)力達(dá)20Mpa,耐沖擊強(qiáng)度良好,燒結(jié)低溶點(diǎn)玻璃只需400℃,溫度較低,對(duì)金屬基材性能不造成影響。
六、參考資料
《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》《腐蝕與防護(hù)手冊(cè)》《實(shí)用粘接手冊(cè)》《聚合物物理化學(xué)手冊(cè)》《涂料工藝》《實(shí)用防腐蝕工程施工手冊(cè)》《防腐蝕工程技術(shù)設(shè)計(jì)》《特種性能樹(shù)脂復(fù)合材料》《非金屬材料》《陶瓷工藝》《防腐蝕技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)》《復(fù)合材料大全》《表面工程手冊(cè)》《有機(jī)涂料科學(xué)與技術(shù)》《特種涂料》《實(shí)用粕接技術(shù)》《化學(xué)與粘合》《中國(guó)表面工程》《腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》《全面腐蝕控制》《功能材料》《化工設(shè)備與防腐》《石油化工腐蝕與防護(hù)》《電鍍與涂飾》《熱固性樹(shù)指》《合成材料老化及應(yīng)用》
咸陽(yáng)粘接防腐研究所
2007年12月26日
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