靜電噴塑防腐處理的研究與應(yīng)用

朱佃坤

（山東鑫亞工業(yè)股份有限公司，山東聊城 252000）

工廠的快速發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境污染的惡化，特別是在化工、化肥、冶煉、石油等環(huán)境中，腐蝕性工藝中含有很多二氧化硫、二氧化氮、煤氣和氨氣等化學(xué)氣體。鋼鐵產(chǎn)品具有很強(qiáng)的腐蝕性，這顯然會(huì)極大縮短其使用壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至嚴(yán)重事故。例如，磷廠周圍的硫酸，SO2氣體濃度可達(dá)5～10mg/m3，但是一般電氣設(shè)備不應(yīng)超過(guò)0.3mg/m3，電化學(xué)腐蝕較快，尤其是在濕度較高的南方。聯(lián)合研究，南方化工行業(yè)使用的配電變壓器與漆膜完全分離，正常使用一兩年后就會(huì)出現(xiàn)全面脫漆、銹蝕、水垢綜合剝落，導(dǎo)致許多變壓器常常因?yàn)檫@些原因，不到使用壽命終止就要被強(qiáng)制更換，而變壓器殼體能在腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期正常運(yùn)行，防腐效果好，不需要經(jīng)常維護(hù)。但該產(chǎn)品目前在家庭和化工生產(chǎn)單位使用較多。除部分進(jìn)口產(chǎn)品外，很多工廠使用通用配電變壓器，潛在需求量巨大。因此，本研究主要對(duì)靜電噴塑的防腐處理進(jìn)行研究和探討，為明確其應(yīng)用價(jià)值提供參考。

1 靜電噴塑概述

靜電噴塑，俗稱“靜電粉末噴涂”，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，靜電噴塑技術(shù)一直是裝飾金屬表面的最常見(jiàn)技術(shù)。與常規(guī)噴漆處理方式相比具有鮮艷的色彩、工藝技術(shù)先進(jìn)、節(jié)約資源、安全實(shí)用等有優(yōu)點(diǎn)。因此，它通常用于簡(jiǎn)單的工作和室內(nèi)裝潢。它的工作原理是用塑料粉末填充高壓靜電設(shè)備。將塑料粉末通過(guò)電場(chǎng)噴涂在工件表面，將粉末均勻地吸入工件表面，形成塑料涂層；經(jīng)高溫烘烤拋光后，塑料顆粒熔化成致密的保護(hù)層，緊緊地黏在工件表面，具有防腐效果，此過(guò)程不需要稀釋劑或底漆；其結(jié)構(gòu)對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害，涂層質(zhì)量好，耐腐蝕，耐老化，機(jī)械強(qiáng)度高。與傳統(tǒng)涂裝技法相比，施工干燥時(shí)間短，涂層耐腐蝕性強(qiáng)，無(wú)滲漏現(xiàn)象，施工簡(jiǎn)單，技術(shù)要求低，成本也低。因此，應(yīng)用較為廣泛。

2 靜電噴塑防腐的優(yōu)勢(shì)

靜電噴塑塑料粉末中的靜電涂層正在改變傳統(tǒng)的裝飾方法，如熱鍍鋅、電鍍鋅。因?yàn)樗芰戏勰┦怯珊铣蓸?shù)脂制成的。它不僅質(zhì)地輕薄，而且具有絕緣特點(diǎn)，并且噴塑后成品外形美觀。但是工件烘烤后不能很快地冷卻，必須慢慢地冷卻，這樣就不會(huì)有太大的應(yīng)力。此外，厚度的相應(yīng)增加可以顯著降低冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的壓力。隨著覆蓋層厚度的增加，傳熱系統(tǒng)不可避免地會(huì)下降。因此，從外表面到內(nèi)表面的加熱需要更長(zhǎng)的時(shí)間，并且外表面的異構(gòu)化可能很嚴(yán)重，所以烘烤時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。復(fù)合涂層可以掩蓋工件表面經(jīng)過(guò)噴涂、固化和冷卻后干燥的油漆或清漆，這不僅會(huì)消除缺陷，還會(huì)改善重疊邊界。但是，表面的粉末涂料不能噴涂在溶劑上，因?yàn)殪o電噴涂機(jī)具有導(dǎo)電性，而溶劑型涂料由于不導(dǎo)電，穩(wěn)定性強(qiáng)，會(huì)影響靜電模具的質(zhì)量；如果順序顛倒，噴涂的面漆很容易剝落和起泡，因?yàn)橥繉訒?huì)留下少量溶劑，即使在干燥時(shí)也是如此。

粉末涂料加熱固化過(guò)程，溶劑殘留在涂層下面，電阻會(huì)在邊界外蒸發(fā)，涂層中的氣泡正在下降。至于防腐處理，雖然漆層具有很強(qiáng)的防腐性能，但金屬零件往往需要對(duì)表面進(jìn)行嚴(yán)格的前處理，不得出現(xiàn)影響涂層附著力的銹跡或油漬。變壓器油箱處于真空干燥狀態(tài)，正在運(yùn)行，難免會(huì)產(chǎn)生油污。如果預(yù)處理和清洗不干凈，涂層的附著力就會(huì)變?nèi)?，油墨?huì)剝落。熱浸鍍鋅是將預(yù)制的黑色金屬零件浸入熔融鋅鍋中短時(shí)間。雖然它具有防腐性能，但其最大的區(qū)別在于厚度的均勻性，晶體密度不如熱鍍鋅膜。廣泛用于有色金屬鍍鋅晶體的防腐，致密性好，表面漆對(duì)細(xì)胞膜起到防腐作用。缺點(diǎn)是涂層的厚度較小，而且遇到雨水會(huì)比其他位置更快地產(chǎn)生生銹。

3 變壓器殼體外露鋼件常用表面處理工藝特點(diǎn)

油箱外殼噴涂防腐漆是最基本的措施，一般變壓器外殼只涂一道底漆和一道面漆，而防中等腐蝕型變壓器要做二底二面，對(duì)防強(qiáng)腐蝕型可做二底四面，甚至二底六面。為保證油漆的附著力，外殼除銹去污，表面經(jīng)過(guò)磷化處理，在表面形成一層多孔磷酸鐵，可使底漆進(jìn)入孔隙，提高防腐蝕能力。

防腐涂料的種類很多，常用的有：防腐聚氨酯涂料，在耐水、耐油、耐酸堿、耐磨等方面具有優(yōu)良的性能。其中銀灰色聚氨酯涂料耐日光、耐老化性優(yōu)于其他涂料，通常用于戶外光腐蝕區(qū)域。

氟磺化聚乙烯耐光、耐腐蝕，對(duì)酸、堿、鹽具有優(yōu)良的耐腐蝕性，以及優(yōu)良的物理機(jī)械性能，良好的耐漆膜性、耐磨性、耐油性、耐熱、耐寒、抗紫外線、耐老化，漆膜致密，附著力強(qiáng)，透水性稍好，是防腐涂料的首選，在變壓器外接變壓器防介質(zhì)腐蝕的應(yīng)用中取得了良好的效果。

R 型靜電粉末涂料，環(huán)氧樹(shù)脂可自動(dòng)流水線作業(yè)，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，其涂層具有優(yōu)良的耐熱、耐濕、耐油、耐腐蝕，漆膜附著力強(qiáng)，但阻力小對(duì)日光的吸收比環(huán)氧樹(shù)脂低，所以多用于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，由于靜電噴涂設(shè)備體積有限，只能批量使用小型變壓器。

特殊防腐涂料G-615不僅具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，如柔韌性、抗拆卸沖擊、耐用、黏結(jié)力強(qiáng)，還能耐硫酸、硝酸，比如30%的硫酸、硝酸、鹽酸中，或40%的氫氧化鈉溶液中，或浸入飽和鹽560的水中不改變，涂層仍保持原色，還具有防水、耐油、耐高溫、耐寒等效果，可在110-30℃范圍內(nèi)使用，屬于防腐變壓器中的最佳涂料。

3.1 塑粉的介紹

塑料粉末由有機(jī)高分子材料組成，是合成樹(shù)脂的主要成分。涂層具備優(yōu)點(diǎn)較多。除樹(shù)脂外，塑料粉末涂料還含有防腐劑、固化劑、顏料等添加劑，提高粉末涂料的效果。粉末涂料可分為耐熱型和耐熱型兩大類。合成熱塑性樹(shù)脂是高熔點(diǎn)薄膜的主要材料，通常適用于較厚的保護(hù)層和防腐層；后者使用不同的耐熱合成樹(shù)脂作為薄膜材料[6]。在固化劑的作用下，交聯(lián)反應(yīng)在溫度下發(fā)生，固化劑被處理成固體結(jié)構(gòu)，使最終產(chǎn)品不會(huì)熔化或融化。

3.2 粉末噴涂法及成膜處理

粉末涂料不同于溶劑涂料，有兩個(gè)問(wèn)題：一是粉末如何均勻分散和附著在工件表面上；另一個(gè)是如何成膜。為防止黏附在工件表面的灰塵層剝落，必須使用靜電吸附或熔膠。涂裝方法有很多種，如固化床法、靜電噴塑法、熱熔噴涂粉末電泳法等。靜電噴塑法是一種常用的方法。其特點(diǎn)是冷涂，一般同時(shí)有60μm～100μm 厚的一層。涂層均勻，無(wú)懸垂，邊緣鋒利，表面粗糙，可形成連續(xù)光滑的涂層。如果金屬零件是用熱固粉制成的，噴涂后，經(jīng)過(guò)一定的硬化溫度和耐受時(shí)間后，細(xì)小的粉塵顆粒會(huì)與樹(shù)脂和硬化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)燒結(jié)、熔化和流平形成一層。

3.3 靜電噴塑預(yù)處理

在噴塑粉之前，對(duì)工件表面進(jìn)行加工是非常重要的。預(yù)處理在提高覆蓋強(qiáng)度、達(dá)到相同覆蓋性能和延長(zhǎng)覆蓋使用時(shí)間方面起著重要作用。工件的表面經(jīng)常被油、氧化膜和其他影響鍍金離合器的物質(zhì)污染，造成鍍層覆皮、孔洞等缺陷。常用的預(yù)處理工藝是機(jī)械處理，例如，在工件表面噴丸、噴砂等；化學(xué)處理，例如工作表面的脫脂、浸出和磷酸化。通過(guò)磷酸化形成的磷酸化膜通常是化學(xué)轉(zhuǎn)換膜，厚度為2～3m，是中間過(guò)渡層，是補(bǔ)強(qiáng)噴劑或其他涂層的偶聯(lián)劑。

4 靜電噴塑防腐涂層實(shí)驗(yàn)

取6 個(gè)300mm×200mm×1mm 鋼件試樣，先進(jìn)行磷化處理，隨后是各種厚度的靜電噴嘴，然后是鹽霧測(cè)試。結(jié)果表明，在中性鹽霧試驗(yàn)中，電鍍鋅涂層在第6個(gè)循環(huán)時(shí)基本保留了“大表面黑色腐蝕”，靜電涂層不變。檢查靜電噴塑中的聯(lián)軸器和腐蝕保護(hù)，與一些常見(jiàn)的鍍（涂）層表面處理涂料進(jìn)行比較：靜電噴塑的防腐能力在一些常用的鍍（涂）層的涂料中是最好的。預(yù)處理采用磷化或電鍍鋅涂層，噴涂層附著力最高可達(dá)0級(jí)。

5 靜電噴塑防腐涂料的應(yīng)用

1）此前，變壓器殼體電磁單元油箱的外殼進(jìn)行過(guò)熱鋅測(cè)試，但由于兩個(gè)原因而被關(guān)閉。

（1）油箱的密封位置直接影響關(guān)閉效果。鋅沉積很難恢復(fù)或去除，同樣，電容分離器的底部和蓋子也有封閉槽，就會(huì)出現(xiàn)鋅沉積難以去除的隱患。冷凝器分離器的部件不能熱鍍鋅。

（2）熱鍍鋅槽通常呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)8m，寬1m。直徑0.60～0.74m 的水槽在水箱熱鍍鋅過(guò)程中不易轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，罐內(nèi)鋅液表面懸浮著許多物質(zhì)。一旦槽在槽外，內(nèi)外表面積鋅嚴(yán)重，特別是圓角孔等凹形部位，不易清除。

2）基于以上因素，外露不斷變化的變鋼件采用以下表面處理工藝。

（1）不能熱鍍鋅時(shí)，對(duì)底蓋和冷凝器鍍鋅后（涂層厚度≥15μm）直接靜電噴涂，但要注意保護(hù)上安裝孔和下鍍鋅層，以確保安裝孔的附帶效果。

（2）罐體預(yù)磷化后，使用靜電噴塑熱固化，使用十年后厚度70m～100m，沒(méi)有觀察到涂層的腐蝕或生銹。電容式電壓互感器經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，然而，變壓器殼體在方法、輸出性能、精度和結(jié)構(gòu)等方面經(jīng)歷了許多發(fā)展階段。同時(shí)，變壓器表面鋼件的防腐處理也經(jīng)歷了噴漆、鍍鋅、熱鍍鋅等幾個(gè)發(fā)展階段。

（3）電容器分壓器采用初級(jí)端子板和上蓋板的特殊型號(hào)，端子板采用熱浸鍍鋅。在這些階段，只有用變壓器殼體進(jìn)行塑料腐蝕更方便可靠。

6 靜電噴塑防腐涂層的工作流程

靜電噴塑技術(shù)包括預(yù)制、靜電板和高溫冷卻。不影響涂層的重要形式之一是腐蝕，而靜電噴塑技術(shù)可以防止和減少對(duì)機(jī)器的損壞——磷酸化是一種重要的腐蝕保護(hù)形式。

6.1 預(yù)處理

在噴塑前準(zhǔn)備工件表面的預(yù)處理很重要。預(yù)處理在提高覆蓋強(qiáng)度、達(dá)到相同覆蓋性能和延長(zhǎng)覆蓋使用時(shí)間方面起著重要作用。工件的表面經(jīng)常被油、氧化膜和其他影響鍍金離合器的物質(zhì)污染，造成鍍層、剝落、孔洞等缺陷。常用的預(yù)處理方法有噴砂、噴丸等機(jī)械處理。在工件表面上；化學(xué)處理如脫脂、酸煉、工件表面磷酸化等，通常有潤(rùn)滑劑、氧化膜等。在神器的表面，并在塑料粉末表面產(chǎn)生涂層、剝落、調(diào)試器、分枝和除銹劑，如多孔孔隙。工件的原子化和磷酸化是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目標(biāo)是去除工件表面的油脂、灰塵和鐵銹，形成一層磷酸鹽，防止腐蝕并增加離合器。磷酸化過(guò)程中形成的磷酸化膜厚2～3m，可增加一層或另一層的黏度。為了均勻和持久的使用，需要對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理。常用的前處理包括對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械處理，如模具、噴砂和化學(xué)處理，如脫脂、酸化、磷酸化等。通過(guò)磷酸化形成的磷酸化膜通常是化學(xué)轉(zhuǎn)換膜，厚度為2～3m，是中間過(guò)渡層，是補(bǔ)強(qiáng)噴劑或其他涂層的偶聯(lián)劑。主要轉(zhuǎn)化步驟：脫脂、除銹、磷酸化、鈍化。通常的預(yù)處理包括浸泡式和噴涂式。浸泡類型需要多個(gè)浸泡罐；噴涂需要在噴涂線上安裝噴涂線。

6.2 靜電噴塑

將粉末涂料均勻噴涂在工件表面，使用高壓靜電場(chǎng)，使負(fù)電流涂料顆粒沿電場(chǎng)向相反方向移動(dòng)，并以靜電吸附為補(bǔ)充使工件表面均勻布滿塑粉。靜電噴塑設(shè)備為噴槍、噴涂杯和靜電噴塑電源。落下的粉末可以回收，篩分后可重復(fù)使用，涂層顆粒通過(guò)噴塑技術(shù)吸附在工件表面。

6.3 高溫固化

將粉末涂料加熱到一定溫度并保持該溫度，直至其熔化、變得平整光滑，以達(dá)到工作所需的效果。工作方式是將部分完成靜電噴塑的工件放入干燥狀態(tài)的烤箱中，加熱至預(yù)熱溫度，一般為185°，相應(yīng)保持15min；打開(kāi)烤箱冷卻成品[11]。加熱和控制系統(tǒng)包括電力、天然氣、煤炭等。

6.4 冷卻

冷卻是將噴涂過(guò)程的結(jié)果冷卻恢復(fù)到常溫的過(guò)程。

6.5 裝飾

裝飾處理是對(duì)工件進(jìn)行靜電噴塑后的直接處理，以達(dá)到各種木珠、花紋、光澤等特殊外觀效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

靜電噴塑工藝技術(shù)與傳統(tǒng)噴漆技術(shù)相比具有重要的優(yōu)勢(shì)：靜電噴塑的使用，將清潔空氣壓縮成擴(kuò)散界面而無(wú)需稀釋，對(duì)環(huán)境和人都有好處。靜電噴塑還可重復(fù)使用，使用過(guò)的塑料粉末比例很高，所以使用靜電塑料粉末的總量為98%，比溶劑好得多：外觀質(zhì)量噴涂機(jī)械設(shè)備的性能優(yōu)良，塑料涂層和機(jī)械的附著力塑料涂層的強(qiáng)度增加，變得更穩(wěn)定，耐酸性堿性和機(jī)械性能優(yōu)良，金屬表面的黏合性能較好，并具有“三防”（防霉變、防濕熱、防鹽霧）和良好的電絕緣性能；塑料層和涂層的硬化時(shí)間顯著縮短，耐磨性塑料地板的腐蝕明顯改善。工件無(wú)需襯板，噴涂時(shí)不滲漏；操作方便，工藝簡(jiǎn)化涂抹，使用塑粉可減少油漆用量，所需涂裝要求可用噴霧實(shí)現(xiàn)；對(duì)操作者的技術(shù)要求低。與傳統(tǒng)的油漆技術(shù)相比，成本要低得多，質(zhì)量要高得多。被越來(lái)越多的用戶所接受，很多企業(yè)在各種金屬工業(yè)中經(jīng)常使用該技術(shù)，從而獲得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，得到了客戶的認(rèn)可和重視。