生物轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在鋼材表面防腐上的應(yīng)用研究開發(fā)文章編號1007034201201OO09_O2生物轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在鋼材表面防腐上的應(yīng)用趙樹東北車北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司,北京100072摘要介紹了生物轉(zhuǎn)化膜的成膜機理,性能及在鋼材防腐上的應(yīng)用實例和應(yīng)用效果關(guān)鍵詞生物轉(zhuǎn)化膜鋼材預(yù)處理預(yù)涂底漆防腐中圖分類號TG178文獻標(biāo)識碼B0引言在實際生產(chǎn)中,為保證焊接質(zhì)量和涂裝體系的穩(wěn)定性,重要焊縫部位焊接前需要對漆膜打磨處理,最后油漆涂裝時須對表面臨時涂層進行全面處理打磨清理耗費大量的人力,材料,時間,占用工作場地生物轉(zhuǎn)化膜技術(shù)很好地解決了鋼材在儲存,加工過程中的表面防腐與焊接等工序的矛盾,同時其節(jié)能,環(huán)保,安全的特性也符合低碳減排可持續(xù)發(fā)展的理念1生物轉(zhuǎn)化膜技術(shù)簡介生物轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是一種全新的防腐理念,其核心技術(shù)生物轉(zhuǎn)化膜劑以水為介質(zhì),以生物提煉制劑為主要成分,無毒,無氣味,不燃燒,不含有機溶劑,不含重金屬成分,是一種水性環(huán)保的材料,適用于鋼鐵及有色金屬等材料表面的抗氧化防腐11防腐機理生物轉(zhuǎn)化膜劑涂覆在鋼鐵等金屬表面后,與二價或三價金屬離子接觸產(chǎn)生鰲合反應(yīng)而形成轉(zhuǎn)化膜層或鈍化膜層,形成的膜層透明,微薄,致密它與常用的油漆,磷化膜的根本區(qū)別在于生物轉(zhuǎn)化膜層是通過與鋼鐵等金屬發(fā)生反應(yīng)形成的,而漆膜,磷化膜是油漆,磷化液體內(nèi)部反應(yīng)形成的覆蓋膜或沉積膜12生物轉(zhuǎn)化膜層性能特點1膜層微薄透明,厚度一般在幾個微米以下2膜層具有特定的防腐性能,滿足鋼材預(yù)處理后儲存,加工過程中的防腐要求3膜層耐高溫且具有導(dǎo)電性能,鋼材在切割,焊接時,膜層無明顯破損收稿日期20110527作者簡介趙樹東1966一,男,高級工程師,本科4膜層與油漆配套涂裝性能良好,不影響后續(xù)油漆涂裝5膜層對切割下料,焊接沒有影響2主要性能指標(biāo)生物轉(zhuǎn)化膜除具有一般涂層的防腐性能,還具有耐高溫,導(dǎo)電,可焊接等特殊性能,其主要性能指標(biāo)見表1表1生物轉(zhuǎn)化膜劑及膜層性能指標(biāo)3生物轉(zhuǎn)化膜的應(yīng)用31應(yīng)用領(lǐng)域及方法根據(jù)生物轉(zhuǎn)化膜防腐,耐高溫及可焊接的特性,比較典型的應(yīng)用是鋼材預(yù)處理后表面工序間防護及加工件表面的防銹1針對熱軋鋼板及角鋼,槽鋼等型鋼,在鋼材拋丸預(yù)處理線上除銹處理后,用生物轉(zhuǎn)化膜劑代替常規(guī)的預(yù)涂底漆,涂覆在清潔的鋼材表面,反應(yīng)干燥0研究開發(fā)機車車輛工藝第1期2012年2月成膜2冷軋鋼板一般比較薄,且表面有防銹油涂層,首先用化學(xué)方法進行除油除銹處理,再涂覆生物轉(zhuǎn)化膜劑生成保護膜層在磷化處理生產(chǎn)線上,用生物轉(zhuǎn)化膜劑代替磷化液對鋼板或工件浸涂處理3在冷軋鋼板軋制生產(chǎn)過程的防銹上,可直接使用生物轉(zhuǎn)化膜劑代替防銹油下游用戶減少了鋼板使用前的先表面除油,再防銹工序,大大提高生產(chǎn)效率,節(jié)省社會資源4工件加工表面涂抹生物轉(zhuǎn)化膜劑,形成干式保護膜層,在加工,裝配,儲存期間起到防銹作用5根據(jù)設(shè)備型式,工件特點,可以采用噴涂,浸涂,滾涂,刮涂,噴淋及手工擦涂等方式進行施工32工藝流程在鋼材拋丸預(yù)處理生產(chǎn)線上噴涂生物轉(zhuǎn)化膜劑工藝流程見圖1,冷軋鋼板浸涂生物轉(zhuǎn)化膜劑工藝流程見圖2一一區(qū)一區(qū)圖1拋丸處理生產(chǎn)線噴涂生物轉(zhuǎn)化膜劑工藝流程回一圈一圈一圈一匿一巨圖2冷軋鋼板浸涂生物轉(zhuǎn)化膜劑工藝流程33主要工藝條件,技術(shù)參數(shù)控制1鋼材表面經(jīng)處理后應(yīng)無明顯油污,銹蝕,拋丸除銹等級應(yīng)達到SA25鋼材表面越平整,清潔度越高,形成的生物轉(zhuǎn)化膜層越致密,防腐性能越優(yōu)異2由于生物轉(zhuǎn)化膜層薄,實際消耗溶液很少,通常采用空氣霧化噴涂施工,液體涂覆量和膜層厚度控制以鋼材表面完全潤濕,均勻覆蓋,無漏涂,無積液為宜采用浸涂施工時,工件在槽液體中保持時間30S左右即可,保證涂覆表面與液體充分接觸3生物轉(zhuǎn)化膜劑為單組分溶液,無需調(diào)配直接使用,無變質(zhì),無干結(jié)凝固,無沉積等問題,噴涂系統(tǒng)不用清洗,即開即用4生物轉(zhuǎn)化膜的施工和成膜反應(yīng)可以在不低于5的極端溫度條件下進行,正常生產(chǎn)一般應(yīng)控制在室溫以上5生物轉(zhuǎn)化膜劑在鋼材表面的干燥過程即是反應(yīng)成膜的過程,干燥成膜溫度范圍寬泛,溫度高加快反應(yīng)成膜速度在拋丸預(yù)處理生產(chǎn)線上,烘干室溫度一般控制在35一55范圍內(nèi)能效比較高,可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和效率靈活掌握在高溫干燥季節(jié)可常溫成膜,不用加熱干燥4應(yīng)用實例及效果某公司從07年開始,首先在柴油機機體的機械加工表面應(yīng)用生物轉(zhuǎn)化膜,有效地解決了柴油機配件在儲存,工序周轉(zhuǎn),組裝,試驗過程中機體表面的生銹問題,生物轉(zhuǎn)化膜防腐性能也得到了實際驗證2008年8月,在鋼材預(yù)處理生產(chǎn)線上應(yīng)用生物轉(zhuǎn)化膜代替預(yù)涂底漆,對拋丸清理后的鋼材表面進行防銹涂覆處理鋼材種類涵蓋冷熱軋鋼板及槽鋼,角鋼,H型鋼,管材等材質(zhì)涉及Q235,Q345,Q45O等鋼材厚度范圍1530MM經(jīng)過2年多的使用,生物轉(zhuǎn)化膜性能良好,綜合效益明顯鋼板拋丸處理后涂覆生物轉(zhuǎn)化膜劑效果見圖3,冷軋鋼板浸涂生物轉(zhuǎn)化膜劑成膜效果見圖4圖3鋼板拋丸處理后涂覆生物轉(zhuǎn)化膜層效果圖4冷軋鋼板涂覆成膜效果在生產(chǎn)中,因鋼材規(guī)格及材質(zhì)不同,成膜質(zhì)量和外觀效果有所不同,基本呈現(xiàn)金屬本色受表面清潔度等綜合因素影響,有時會出現(xiàn)膜層局部發(fā)白現(xiàn)象,但通過驗證對后續(xù)焊接,油漆無明顯影響生物轉(zhuǎn)化膜層防腐,耐水性能大大優(yōu)于磷化膜,能滿足鋼材各工序過程中的防銹要求正常加工,室內(nèi)儲存一年以上表面涂層狀態(tài)良好,無明顯銹蝕現(xiàn)象,但與預(yù)涂底漆相比還有差距,需進一步改進提高生物轉(zhuǎn)化膜層是一種理想的工序防護涂層,但下轉(zhuǎn)第L5頁郭志成,茍國慶A6N01ST5鋁合金及其焊接接頭晶間腐蝕研究后,各試樣均未見到明顯的晶間腐蝕裂紋,只是試樣在表面附近變得凹凸不平腐蝕48H后,焊接接頭出現(xiàn)網(wǎng)狀腐蝕裂紋腐蝕64H后,母材區(qū)有很少的腐蝕網(wǎng)狀組織,熱影響區(qū)和焊縫區(qū)的腐蝕要嚴(yán)重得多由斷面腐蝕形貌可知,A6N01ST5焊接后的試件耐腐蝕性有所下降腐蝕64H后,將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物用CRO一HSO,HNO去除后,用LCSM在200倍,1000倍,3000倍下對A6N01ST5母材及焊接接頭的熱影響區(qū)HAZ,焊縫區(qū)WS觀察并分別做蝕坑深度分析,見表1表1A6NO1ST5母材及焊接接頭表面蝕坑深度及蝕坑面積率從表1可以看出,焊接接頭是鋁合金腐蝕的薄弱環(huán)節(jié),A6N01ST5接頭焊縫區(qū)腐蝕最嚴(yán)重,這與焊接引起焊接接頭的成分,組織及力學(xué)性能的不均勻性有關(guān),使得接頭的腐蝕很復(fù)雜25晶間腐蝕機理分析通過以上分析可知,晶間腐蝕由試樣的表面向內(nèi)部擴展A6N01ST5鋁合金為A1一MGSI合金,合金元素含量相對較高,其主要析出相為黑色點狀MG,SIA6N01ST5時效析出相MGSI,其電極電位一083,電化學(xué)性質(zhì)與基體相近,晶間腐蝕不明顯,且其析出物數(shù)量少,不會在晶界連續(xù)析出,不產(chǎn)生晶間腐蝕傾向但當(dāng)合金中SI與MG含量比值大于形成MGSI相所需比值,則過剩SI在晶界析出,將使合金產(chǎn)生晶間腐蝕焊接接頭附近由于受到焊接熱循環(huán)的影響導(dǎo)致組織不均勻,其腐蝕電位與母材存在明顯差異焊接過程中在高溫區(qū)晶界更容易吸附第二相,接頭上接第10頁不能代替防銹底漆使用,在后續(xù)涂裝時應(yīng)進行完整油漆涂裝體系的施工5結(jié)束語區(qū)域柱狀晶組織,夾雜物等偏析都能導(dǎo)致晶界優(yōu)先腐蝕,增大腐蝕傾向A6N01ST5焊接接頭焊縫區(qū)由于焊絲成分的熔入,導(dǎo)致其化學(xué)成分,物理性能發(fā)生了變化,與母材形成活性較大的小陽極,大陰極的宏觀電池,焊縫金屬熔解,使得焊縫區(qū)優(yōu)先腐蝕,晶間腐蝕敏感性增加鋁合金中過剩的MG會降低型材的耐腐蝕性,生產(chǎn)實際中應(yīng)嚴(yán)格控制MG的含量,最好使鎂硅質(zhì)量之比不大于173,而在本試驗的焊絲中MGSI質(zhì)量比為490012,遠遠大于173,可見MG含量高是導(dǎo)致焊縫腐蝕性能降低的主要原因為了提高焊縫的耐腐蝕性能,有必要降低焊絲中的MG含量3結(jié)論1由晶間腐蝕試驗數(shù)據(jù)可知A6N01ST5焊接接頭的腐蝕速率高于相應(yīng)母材,A6N01ST5焊接接頭的腐蝕主要發(fā)生在焊縫區(qū)2晶間腐蝕與材料本身的晶粒晶界化學(xué)成分,結(jié)構(gòu)差異有關(guān),晶界第二相偏析在腐蝕介質(zhì)中導(dǎo)致電化學(xué)電位不同產(chǎn)生晶間腐蝕當(dāng)合金中SI與MG含量比值大于形成MGSI相所需比值,則過剩SI在晶界析出,將使合金產(chǎn)生晶間腐蝕3焊接接頭存在著嚴(yán)重的物理,化學(xué),力學(xué)及組織的不均勻性,因此晶間腐蝕是焊接結(jié)構(gòu)的主要腐蝕形式之一,尤其是焊縫中的柱狀晶,夾雜物,偏析及過熱區(qū)的粗大組織都能增大腐蝕傾向參考文獻1劉玲霞,周古聽,彭建中,等25L9鋁合金及焊縫應(yīng)力腐蝕性能研究J