鑄鐵閥門的粉末涂層工藝探討

1、概述

　　水系統(tǒng)由于壓力低,所用閥門和管道配件主要材料為鑄鐵。水系統(tǒng)建設(shè)要求閥門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)不能滿足要求,需要對其進(jìn)行合適的涂層處理,這就需要對該類產(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。由于球墨鑄鐵閥門在水系統(tǒng)中的使用越來越廣泛,本文以球墨鑄鐵閥門為例進(jìn)行論述。

2、現(xiàn)狀

　　據(jù)調(diào)查分析,現(xiàn)在閥門的損壞和更換主要是主體銹蝕,內(nèi)腔因為與介質(zhì)接觸,銹蝕極為嚴(yán)重,銹蝕后閥門通徑變小,流阻增大,影響介質(zhì)傳輸。而且閥門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。這就需要對閥門的主體材料加以防護(hù),以延長使用壽命。另一方面,由于鑄鐵直接與水接觸,銹蝕的存在構(gòu)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(hù)為主,裝飾性為輔。

　　閥門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(hù)期短,不能長期在工況情況下使用。鍍鋅工藝主要是管道應(yīng)用較多,熱鍍鋅和電鍍鋅都有采用,工藝復(fù)雜,預(yù)處理采用酸洗、磷化工藝,工件表面會有酸、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,能滿足水系統(tǒng)使用條件對閥門的要求。

3、材料

　　粉末涂料無溶劑,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,簡便經(jīng)濟(jì)。粉末涂料可回收利用,利用率約為95%。涂料工藝易實現(xiàn)自動化,一次涂裝可獲得40～500μm厚涂層。涂層無底漆,提高了工作效率。邊角的覆蓋性優(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(fù)雜。儲存時受壓力、溫度和濕度的影響,易結(jié)塊。粉末涂料的制造設(shè)備和涂裝工藝較復(fù)雜。

　　粉末涂料品種繁多,常用的有尼龍11、尼龍12、環(huán)氧樹脂和環(huán)氧聚酯等。綜合其性能、成本和工藝復(fù)雜程度等因素,環(huán)氧樹脂粉末適合用作閥門的涂層。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(biāo)高。國外有采用尼龍粉末作閥門涂層的成功事例。

4、工藝

　　閥門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(yù)處理→去除灰塵→預(yù)熱→噴涂→固化→冷卻。

(1)預(yù)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(jié)構(gòu),使零部件組織不致密,其在酸處理時,極易發(fā)生酸內(nèi)滲,導(dǎo)致材料內(nèi)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(yīng)采用噴丸或噴砂工藝,達(dá)到Sa215級。工件處理后6h內(nèi)須進(jìn)入預(yù)熱處理工序,并且注意零部件不得被雨淋,防止再次生銹。搬運過程中須防止油污污染,并配帶帆布類手套。設(shè)計噴涂線時,如果條件允許,可以考慮在線進(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(jù)消耗情況定期按比例補充。

(2 ) 預(yù)熱

　　須保證鑄件實體溫度在190 ～210℃,不能以烘室空氣溫度作為判定工件溫度的依據(jù),空氣溫度只能作為參考。由于閥門鑄件厚重且組織疏松,存在熱惰性現(xiàn)象,須有足夠的預(yù)熱時間保證工件的溫度,同時將工件中的氣體烘出,防止粉末噴涂后溢出,形成氣泡缺陷。具體時間根據(jù)工件規(guī)格尺寸設(shè)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(jù)工件尺寸大小可以分為粉末靜電噴涂生產(chǎn)流水線和粉末靜電噴涂單元,兩者工藝一致,主要區(qū)別是工件的周轉(zhuǎn)方式。噴涂生產(chǎn)流水線是采用傳輸鏈自動傳輸,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(hù)性能降低,厚度大于500μm,涂層附著力下降,耐沖擊性能降低,同時粉末消耗量加大。流化床工藝是粉末在流化床內(nèi)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(nèi)腔等區(qū)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(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)完成,最好是在粉末凝膠時間內(nèi)。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(hù),待噴涂完成后取下即可。

(4)固化

　　固化溫度180℃,時間10 ～15min。固化環(huán)節(jié)是涂層最終成型的環(huán)節(jié),對最終涂層性能影響較大,應(yīng)合理控制其溫度和時間。溫度低,時間短,固化不完全。溫度高或時間長,會導(dǎo)致涂層變色。噴涂完成到進(jìn)入固化烘道的時間要盡可能短, 2min以內(nèi)為佳,否則會影響固化效果。固化完成的工件,冷卻至室溫,建議采用自然冷卻法。