铸铁阀门的粉末涂层工艺探讨

1、概述

　　水系统由于压力低,所用阀门和管道配件主要材料为铸铁。水系统建设要求阀门与管道等寿命一般不低于30a,不能对介质造成二次污染。但铸铁不耐腐蚀,单一材质不能满足要求,需要对其进行合适的涂层处理,这就需要对该类产品的涂层作研究分析,选择合适的材料与工艺。铸铁阀门的材料包括灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。由于球墨铸铁阀门在水系统中的使用越来越广泛,本文以球墨铸铁阀门为例进行论述。

2、现状

　　据调查分析,现在阀门的损坏和更换主要是主体锈蚀,内腔因为与介质接触,锈蚀极为严重,锈蚀后阀门通径变小,流阻增大,影响介质传输。而且阀门多安装在地面或地下,外表与空气接触,空气潮湿,表面易发生锈蚀。这就需要对阀门的主体材料加以防护,以延长使用寿命。另一方面,由于铸铁直接与水接触,锈蚀的存在构成对水质的二次污染,这必须加以控制。因此,对涂层的要求以功能性防护为主,装饰性为辅。

　　阀门的表面处理方式主要有油漆涂装、镀锌和粉末涂装等。涂漆的防护期短,不能长期在工况情况下使用。镀锌工艺主要是管道应用较多,热镀锌和电镀锌都有采用,工艺复杂,预处理采用酸洗、磷化工艺,工件表面会有酸、碱液的残余物,留下了腐蚀的隐患,使镀锌层容易产生脱落,镀锌的耐腐蚀年限为3～5年。粉末涂装具有涂层厚、耐腐蚀、耐冲刷等特点,能满足水系统使用条件对阀门的要求。

3、材料

　　粉末涂料无溶剂,减少了环境污染和有机溶剂中毒,其不属于易燃品,储存和运输安全方便,简便经济。粉末涂料可回收利用,利用率约为95%。涂料工艺易实现自动化,一次涂装可获得40～500μm厚涂层。涂层无底漆,提高了工作效率。边角的覆盖性优良,涂膜的机械性能、绝缘性能和耐腐蚀性能优良。但是,粉末涂料换色程序复杂。储存时受压力、温度和湿度的影响,易结块。粉末涂料的制造设备和涂装工艺较复杂。

　　粉末涂料品种繁多,常用的有尼龙11、尼龙12、环氧树脂和环氧聚酯等。综合其性能、成本和工艺复杂程度等因素,环氧树脂粉末适合用作阀门的涂层。如果不考虑成本因素,尼龙系列粉末是最佳方案,综合性能指标高。国外有采用尼龙粉末作阀门涂层的成功事例。

4、工艺

　　阀门中需要喷涂的铸铁零件有阀体、阀盖、压盖、手轮和闸板等。喷涂工艺流程为工件预处理→去除灰尘→预热→喷涂→固化→冷却。

(1)预处理

　　需要涂装的表面必须是干燥和干净的,且具有一定的粗糙度。铸铁的多孔性结构,使零部件组织不致密,其在酸处理时,极易发生酸内渗,导致材料内储氢而极易发生氢脆。因此,铸铁涂装前不能采取酸洗和磷化工艺处理,应采用喷丸或喷砂工艺,达到Sa215级。工件处理后6h内须进入预热处理工序,并且注意零部件不得被雨淋,防止再次生锈。搬运过程中须防止油污污染,并配带帆布类手套。设计喷涂线时,如果条件允许,可以考虑在线进行喷丸(喷砂)处理,可以避免人工多次接触工件,防止工件二次污染。喷丸用的耗材可以采用优质不锈钢丸( SΦ115)与不锈钢切头(Φ112)按1∶1比例混合,根据消耗情况定期按比例补充。

(2 ) 预热

　　须保证铸件实体温度在190 ～210℃,不能以烘室空气温度作为判定工件温度的依据,空气温度只能作为参考。由于阀门铸件厚重且组织疏松,存在热惰性现象,须有足够的预热时间保证工件的温度,同时将工件中的气体烘出,防止粉末喷涂后溢出,形成气泡缺陷。具体时间根据工件规格尺寸设定。

(3)喷涂

　　喷涂主要有静电喷涂和流化床工艺两种。静电喷涂根据工件尺寸大小可以分为粉末静电喷涂生产流水线和粉末静电喷涂单元,两者工艺一致,主要区别是工件的周转方式。喷涂生产流水线是采用传输链自动传输,而喷涂单元是人工吊装。涂层的厚度控制在250 ～ 300μm。厚度小于150μm,防护性能降低,厚度大于500μm,涂层附着力下降,耐冲击性能降低,同时粉末消耗量加大。流化床工艺是粉末在流化床内呈悬浮状态,粉末遇到热的工件即在表面凝胶,形成不小于300μm 的涂层,流化床工艺施工的工件膜厚均匀,对于内腔等区域也能很好涂装,涂装质量好,效率高。静电喷涂操作工艺简单,一次性投入小。流化床工艺涂装质量高一次性投入大。喷涂应在尽可能短的时间内完成,最好是在粉末凝胶时间内。对于不需喷涂的螺纹、平面、孔等处,可以采用硅胶塞和高温胶带等器具遮避保护,待喷涂完成后取下即可。

(4)固化

　　固化温度180℃,时间10 ～15min。固化环节是涂层最终成型的环节,对最终涂层性能影响较大,应合理控制其温度和时间。温度低,时间短,固化不完全。温度高或时间长,会导致涂层变色。喷涂完成到进入固化烘道的时间要尽可能短, 2min以内为佳,否则会影响固化效果。固化完成的工件,冷却至室温,建议采用自然冷却法。