壓縮彈簧的防腐技術(shù)研究

王紅喜

摘 要：針對(duì)城軌線路壓縮彈簧嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，本文研究了冷鍍鋅+VCI復(fù)合涂層、合金共滲兩種新型防腐技術(shù)。通過膜基界面結(jié)合力測(cè)試、均一性檢測(cè)、耐鹽霧試驗(yàn)及產(chǎn)品疲勞后機(jī)械性能試驗(yàn)等檢測(cè)手段，比對(duì)兩種防腐新技術(shù)和傳統(tǒng)氟碳漆技術(shù)的優(yōu)劣。表明冷鍍鋅+VCI復(fù)合涂層防腐技術(shù)優(yōu)良，最適合壓縮彈簧的防腐技術(shù)處理。

關(guān)鍵詞：壓縮彈簧;腐蝕;冷鍍鋅+VCI;合金共滲

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0070-02

0 引言

城市軌道作為我國(guó)大都市的首選交通方式，已經(jīng)越來越多遍布在城市的地下隧道或高架橋上。城市軌道的零部件的使用環(huán)境也隨之越來越復(fù)雜化和多樣化。城軌零部件壓縮彈簧作為固定匯流排及吸貯振動(dòng)能量的零部件，長(zhǎng)期處于潮濕、空氣不流通、粉塵積聚的隧道內(nèi)或工業(yè)污染的高架橋上，出現(xiàn)了產(chǎn)品大面積的表層脫落及機(jī)體腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)影響到彈簧的機(jī)械性能，帶來不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)隱患。而且壓縮彈簧的線路使用量很大，每隔8米就需要1套。針對(duì)壓縮彈簧這種腐蝕現(xiàn)狀，為保證線路的安全暢通運(yùn)行，研究新型表面防腐技術(shù)迫在眉睫。

1腐蝕現(xiàn)狀

壓縮彈簧作為在剛性懸掛系統(tǒng)中的重要零部件，起到在定位線夾中連接、固定匯流排并吸收振動(dòng)能量的作用。壓縮彈簧不但要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度，還要具備吸收能量的彈性功能。壓縮彈簧的技術(shù)要求見圖1所示。壓縮彈簧的材質(zhì)選用的彈簧鋼制作。彈簧鋼表面必須進(jìn)行防腐處理。傳統(tǒng)防腐處理采用氟碳漆技術(shù)。氟碳漆是一種油漆涂料，其主要成分氟碳共聚體為原料的雙組分常溫固化涂料。通過分子連上的氟碳鍵，氟碳樹脂能抵抗紫外線的降解，從而具備優(yōu)異的耐紫外線、耐久性和耐侯性，大大拓展了應(yīng)用范圍且降低了維修頻率。但在在潮濕的工業(yè)大氣中，氟碳漆因結(jié)合力及硬度不夠，彈性差，容易遭到酸性氣體的腐蝕。變薄的膜層在破壞膜層外觀的同時(shí)，也降低了對(duì)彈簧基體的保護(hù)能力，使產(chǎn)品機(jī)械性能大大降低，隨時(shí)存在斷裂、失去彈性的安全風(fēng)險(xiǎn)。城軌隧道內(nèi)的腐蝕環(huán)境見圖2所示。出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的壓縮彈簧見圖3所示。

2新型防腐技術(shù)研究

經(jīng)過廣泛的市場(chǎng)調(diào)研和科學(xué)的技術(shù)分析，根據(jù)壓縮彈簧的技術(shù)要求和功能特點(diǎn)，我們決定對(duì)壓縮彈簧做以下兩種新型的防腐技術(shù)研究。

2.1冷鍍鋅+VCI復(fù)合涂層防腐技術(shù)研究

冷鍍鋅就是利用電解作用，使金屬制件的表面附著一層金屬膜的過程。形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬膜層。形成第一道合金防腐層。在合金防腐層的外面，再施以VCI技術(shù)的富鋅底涂層、富鋁面涂層的VCI涂層。形成第二道油漆防腐層。達(dá)到復(fù)合防腐層，提高壓縮彈簧防腐效果。

VCI是氣相緩蝕劑（Volatile Corrosion Inhibitor）的英文縮寫，VCI技術(shù)就是利用已經(jīng)氣化的特殊腐蝕抑制劑，在鱗片型鋅粉搭建的密封環(huán)境中通過自身可調(diào)的持續(xù)揮發(fā)而將VCI防銹因子的混合氣體充滿在作業(yè)單元內(nèi)的各空間間隙中，一旦遇到金屬表面，含有VCI防銹因子的混合氣體會(huì)吸附在金屬表面而形成只有一個(gè)或數(shù)個(gè)分子厚的致密保護(hù)膜層。通過有效隔絕金屬表面與氧氣、水分及其他有害大氣腐蝕因素的接觸，致密保護(hù)膜層能發(fā)揮良好的防銹蝕作用。

相較于傳統(tǒng)的球狀鋅粉，鱗片型鋅粉是利用專業(yè)設(shè)備來制成片狀結(jié)構(gòu)的鋅粉，堆積在一起的片狀鋅粉能夠形成類似建筑瓦片一樣的瓦片式結(jié)構(gòu)，極大地增強(qiáng)了自身的嚴(yán)密性，從而具備優(yōu)秀的耐蝕性能。其耐蝕機(jī)理如圖4所示。

在樹脂中混入VCI，通過片鋁的魚鱗、片鋅搭接結(jié)構(gòu)，VCI如同在密閉的環(huán)境中，從而具備良好的防腐性，而鋅粉底漆和鋁粉面漆的防腐起到第二層的防腐保護(hù)。此外，鱗片狀顏料平行搭接形成致密的瓦片式結(jié)構(gòu)，給富鋅底漆提供了極佳的表面屏蔽，對(duì)水、氧等腐蝕介質(zhì)的滲入起到了良好的阻撓性，并通過紫外線的反射而提高了整體的抗蝕性和耐侯性。

冷鍍鋅工藝成熟，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，市場(chǎng)認(rèn)可度高，鍍層結(jié)合力高，耐磨性好，彈簧邊角部分防護(hù)性能優(yōu)良。VCI技術(shù)耐酸蝕、耐紫外線性能優(yōu)良。二者復(fù)合，揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，提高了壓縮彈簧的整體防腐性能。該技術(shù)全部在常溫下涂裝，操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，所用材料均為環(huán)保產(chǎn)品，涂裝過程也不會(huì)造成環(huán)境污染。

2.2 合金共滲防腐技術(shù)

在處理工件時(shí)，合金共滲技術(shù)可通過爐內(nèi)的氣體來分解出大量含多種元素的活性原子，在金屬表面吸附后形成金屬間化合物滲層。同材料基體完全不同，該金屬間化合物滲層是從基體內(nèi)部生長(zhǎng)出來的，多元共滲處理后基本不增加工件厚度，能夠大幅提高表層的耐磨性、抗腐蝕性與疲勞性，這與油漆、電鍍、熱鍍鋅等其他表面涂層完全不同。通過后續(xù)與其他工藝復(fù)合，可以同時(shí)獲得高的耐腐蝕、耐疲勞與耐磨性能。

在合金共滲時(shí)，在400～700℃中的特定密閉設(shè)備中放入待處理零件，含3-5種元素的氣體通入后分解產(chǎn)生多種活性原子，工件表面被滲入這些多種活性原子后形成一層具備高耐磨性、高抗蝕性與高抗疲勞性能的金屬間化合物層。根據(jù)不同零件的具體性能差異，可以對(duì)通入的多元素氣體進(jìn)行調(diào)整以獲得不同類型化合物層的成分與結(jié)構(gòu)。

合金共滲的優(yōu)點(diǎn)就是膜層厚度均勻、硬度高、結(jié)合力強(qiáng)。耐腐性能優(yōu)良。缺點(diǎn)就是產(chǎn)品要經(jīng)過高溫處理，對(duì)壓縮彈簧的彈性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

3對(duì)比試驗(yàn)

考核防腐技術(shù)的三要素：均一性、堅(jiān)實(shí)性和附著性。按照防腐三要素考核，制作了兩種防腐樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，從而對(duì)兩種防腐技術(shù)和原有的氟碳漆技術(shù)進(jìn)行評(píng)判。三種防腐方案樣件原貌如圖5所示。

3.1 均一性判定

三種防腐樣件的均一性主要通過檢測(cè)樣件的外觀和膜層厚度來實(shí)現(xiàn)，結(jié)果顯示三種防腐技術(shù)方案樣件外觀平滑，無色差、無遺漏、手摸無刺瘤、不粗燥，不同點(diǎn)上所測(cè)膜層厚度均勻。結(jié)論：三種方案樣件均一性一致。

3.2結(jié)合力判定

從三種防腐技術(shù)方案樣件做表面結(jié)合力測(cè)試評(píng)判三種防腐樣件的堅(jiān)實(shí)性，試驗(yàn)結(jié)果顯示：三種方案樣件堅(jiān)實(shí)性基本相等。

3.3 耐鹽霧試驗(yàn)判定

從人造鹽霧試驗(yàn)試驗(yàn)指標(biāo)檢測(cè)三種防腐技術(shù)的附著性。通過500小時(shí)的中性鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

3.4 疲勞實(shí)驗(yàn)判定

對(duì)鹽霧試驗(yàn)合適的兩種防腐壓縮彈簧做40萬次的疲勞實(shí)驗(yàn)后的力學(xué)測(cè)試，彈簧的壓縮量、剛度及負(fù)荷偏差值符合技術(shù)要求。

4 結(jié)論

通過冷鍍鋅+VCI復(fù)合涂層、合金共滲防腐技術(shù)的耐腐機(jī)理研究，到制定工藝參數(shù)并制作樣件，通過專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)驗(yàn)證的對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示新型防腐技術(shù)VCI復(fù)合涂層和合金共滲技術(shù)所處理的壓縮彈簧抗腐蝕性能表現(xiàn)優(yōu)良，可解決壓縮彈簧在外部環(huán)境復(fù)雜情況下的腐蝕問題?？紤]到合金共滲處理過程中加工溫度達(dá)到400℃以上，對(duì)彈簧鋼進(jìn)行了二次熱處理加工，在長(zhǎng)期的服役過程中會(huì)有意想不到的影響。故壓縮彈簧的防腐新技術(shù)選擇采用冷鍍鋅+VCI復(fù)合防腐技術(shù)。