鑄鐵閥門(mén)的粉末涂層工藝探討

1、概述

　　水系統由于壓力低,所用閥門(mén)和管道配件主要材料為鑄鐵。水系統建設要求閥門(mén)與管道等壽命一般不低于30a,不能對介質(zhì)造成二次污染。但鑄鐵不耐腐蝕,單一材質(zhì)不能滿(mǎn)足要求,需要對其進(jìn)行合適的涂層處理,這就需要對該類(lèi)產(chǎn)品的涂層作研究分析,選擇合適的材料與工藝。鑄鐵閥門(mén)的材料包括灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等。由于球墨鑄鐵閥門(mén)在水系統中的使用越來(lái)越廣泛,本文以球墨鑄鐵閥門(mén)為例進(jìn)行論述。

2、現狀

　　據調查分析,現在閥門(mén)的損壞和更換主要是主體銹蝕,內腔因為與介質(zhì)接觸,銹蝕極為嚴重,銹蝕后閥門(mén)通徑變小,流阻增大,影響介質(zhì)傳輸。而且閥門(mén)多安裝在地面或地下,外表與空氣接觸,空氣潮濕,表面易發(fā)生銹蝕。這就需要對閥門(mén)的主體材料加以防護,以延長(cháng)使用壽命。另一方面,由于鑄鐵直接與水接觸,銹蝕的存在構成對水質(zhì)的二次污染,這必須加以控制。因此,對涂層的要求以功能性防護為主,裝飾性為輔。

　　閥門(mén)的表面處理方式主要有油漆涂裝、鍍鋅和粉末涂裝等。涂漆的防護期短,不能長(cháng)期在工況情況下使用。鍍鋅工藝主要是管道應用較多,熱鍍鋅和電鍍鋅都有采用,工藝復雜,預處理采用酸洗、磷化工藝,工件表面會(huì )有酸、堿液的殘余物,留下了腐蝕的隱患,使鍍鋅層容易產(chǎn)生脫落,鍍鋅的耐腐蝕年限為3～5年。粉末涂裝具有涂層厚、耐腐蝕、耐沖刷等特點(diǎn),能滿(mǎn)足水系統使用條件對閥門(mén)的要求。

3、材料

　　粉末涂料無(wú)溶劑,減少了環(huán)境污染和有機溶劑中毒,其不屬于易燃品,儲存和運輸安全方便,簡(jiǎn)便經(jīng)濟。粉末涂料可回收利用,利用率約為95%。涂料工藝易實(shí)現自動(dòng)化,一次涂裝可獲得40～500μm厚涂層。涂層無(wú)底漆,提高了工作效率。邊角的覆蓋性?xún)?yōu)良,涂膜的機械性能、絕緣性能和耐腐蝕性能優(yōu)良。但是,粉末涂料換色程序復雜。儲存時(shí)受壓力、溫度和濕度的影響,易結塊。粉末涂料的制造設備和涂裝工藝較復雜。

　　粉末涂料品種繁多,常用的有尼龍11、尼龍12、環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧聚酯等。綜合其性能、成本和工藝復雜程度等因素,環(huán)氧樹(shù)脂粉末適合用作閥門(mén)的涂層。如果不考慮成本因素,尼龍系列粉末是最佳方案,綜合性能指標高。國外有采用尼龍粉末作閥門(mén)涂層的成功事例。

4、工藝

　　閥門(mén)中需要噴涂的鑄鐵零件有閥體、閥蓋、壓蓋、手輪和閘板等。噴涂工藝流程為工件預處理→去除灰塵→預熱→噴涂→固化→冷卻。

(1)預處理

　　需要涂裝的表面必須是干燥和干凈的,且具有一定的粗糙度。鑄鐵的多孔性結構,使零部件組織不致密,其在酸處理時(shí),極易發(fā)生酸內滲,導致材料內儲氫而極易發(fā)生氫脆。因此,鑄鐵涂裝前不能采取酸洗和磷化工藝處理,應采用噴丸或噴砂工藝,達到Sa215級。工件處理后6h內須進(jìn)入預熱處理工序,并且注意零部件不得被雨淋,防止再次生銹。搬運過(guò)程中須防止油污污染,并配帶帆布類(lèi)手套。設計噴涂線(xiàn)時(shí),如果條件允許,可以考慮在線(xiàn)進(jìn)行噴丸(噴砂)處理,可以避免人工多次接觸工件,防止工件二次污染。噴丸用的耗材可以采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼丸( SΦ115)與不銹鋼切頭(Φ112)按1∶1比例混合,根據消耗情況定期按比例補充。

(2 ) 預熱

　　須保證鑄件實(shí)體溫度在190 ～210℃,不能以烘室空氣溫度作為判定工件溫度的依據,空氣溫度只能作為參考。由于閥門(mén)鑄件厚重且組織疏松,存在熱惰性現象,須有足夠的預熱時(shí)間保證工件的溫度,同時(shí)將工件中的氣體烘出,防止粉末噴涂后溢出,形成氣泡缺陷。具體時(shí)間根據工件規格尺寸設定。

(3)噴涂

　　噴涂主要有靜電噴涂和流化床工藝兩種。靜電噴涂根據工件尺寸大小可以分為粉末靜電噴涂生產(chǎn)流水線(xiàn)和粉末靜電噴涂單元,兩者工藝一致,主要區別是工件的周轉方式。噴涂生產(chǎn)流水線(xiàn)是采用傳輸鏈自動(dòng)傳輸,而噴涂單元是人工吊裝。涂層的厚度控制在250 ～ 300μm。厚度小于150μm,防護性能降低,厚度大于500μm,涂層附著(zhù)力下降,耐沖擊性能降低,同時(shí)粉末消耗量加大。流化床工藝是粉末在流化床內呈懸浮狀態(tài),粉末遇到熱的工件即在表面凝膠,形成不小于300μm 的涂層,流化床工藝施工的工件膜厚均勻,對于內腔等區域也能很好涂裝,涂裝質(zhì)量好,效率高。靜電噴涂操作工藝簡(jiǎn)單,一次性投入小。流化床工藝涂裝質(zhì)量高一次性投入大。噴涂應在盡可能短的時(shí)間內完成,最好是在粉末凝膠時(shí)間內。對于不需噴涂的螺紋、平面、孔等處,可以采用硅膠塞和高溫膠帶等器具遮避保護,待噴涂完成后取下即可。

(4)固化

　　固化溫度180℃,時(shí)間10 ～15min。固化環(huán)節是涂層最終成型的環(huán)節,對最終涂層性能影響較大,應合理控制其溫度和時(shí)間。溫度低,時(shí)間短,固化不完全。溫度高或時(shí)間長(cháng),會(huì )導致涂層變色。噴涂完成到進(jìn)入固化烘道的時(shí)間要盡可能短, 2min以?xún)葹榧?否則會(huì )影響固化效果。固化完成的工件,冷卻至室溫,建議采用自然冷卻法。