02 表面处理.ppt

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表面处理

邓本金， 2014 年


表面处理的内容

AA 涂层的附着力和基材的污染物

BB 表面处理的方法

CC 磨料和表面粗糙度



一 . 涂层与钢板的结合方式 :

1. 化学结合

2. 极性结合

3. 机械附着

a ）避免移滑 b ）增加表面积


涂层与钢板的结合方式1. 化学结合

这是最强的结合形式，涂料的化学基团在界面与基材表面的活性基团反应，形成一个化学结合。如无机硅酸锌涂料的硅酸盐母体中的氧与基材中的铁的结合。

O O Ol l l

Zn Zn Znl l l

O O O l l l Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si｝ l l l

O O Ol l l

Fe Fe Fe

无机硅酸锌

O

Fe


2. 极性结合

这是另一种结合形式，是一种通过涂料中带有正电荷的分子和带有负电荷的基材互相吸引产生的结合。（氯化橡胶 / 乙烯）

O- O- O-

H+ H+ H+

— — —

钢板

涂层与钢板的结合方式

基材带负电荷



化学键结合和极性结合的二个要点 :

1. 都需要涂料和基材有效紧密地接触

距离必须小于三倍的氧原子直径。所以，为了得到良好的结合，涂料必须彻底地“湿润 ”基材表面；任何污染物明显地会影响涂层的附着力。

2. 涂料本身能与污染物化学结合

然而极大多数污染物是松散地结合在基材上的。因此，如果污染物从基材上掉下来，涂装失败将是必然发生的。



3. 机械结合 / 附着

机械结合 / 附着，与基材表面的物理粗糙度和轮廓相关联。

a ）避免移滑粗糙度产生的摩擦力帮助涂层附着在表面上。

一般应为 40 – 75 微米（厚浆无溶剂涂料要求在 100 微米左右）。

b ）增加表面积拉毛表面来制造粗糙度可以得到 2 或 3 倍的表面积。


AA 涂层的附着力和基材的污染物 -- 基材的污染物

二、基材的污染物

1. 氧化皮

2. 锈污染

3. 盐污染

4. 油 / 脂污染

5. 水和潮气污染

6. 灰尘和磨料污染

7. 钢结构的缺陷


基材的污染物 -- 氧化皮氧化皮（厚达 250 微米），在轧钢厂中，当炉中的氧气与热金属结合时会在钢板表面形成氧化物。

Fe2O3= 氧化铁Fe3O4= 四氧化三铁FeO = 氧化亚铁FeO+ Fe


基材的污染物 -- 氧化皮

1) 构成 : 表层是 Fe2O3 ，中层是 Fe3O4 ，紧贴金属表面的是 FeO ，最后是一个混合金属氧化物层，为 FeO+Fe 的联结（最难去除）

2) Fe2O3 在化学上是稳定的，而 FeO 在水和氧的作用下很容易水解成铁的氢氧化物。

3) 氧化皮表面看似完整，实际却存在无数缝隙，水解作用和腐蚀就会从缝隙开始，腐蚀产物会引起氧化皮表层的应力，从而引起氧化皮的剥落。

4) 温度的变化，机械作用等物理因素也会使氧化皮翘起或剥落。

5) 氧化皮的电极电位比铁本身要正 0.15-0.20v ，在腐蚀性介质中，要促进铁作为阳极而腐蚀。

因此，涂装前必须彻底清除氧化皮 !!


基材的污染物 -- 氧化皮

氧化皮与钢铁之间的腐蚀电池—腐蚀四要素

阴极

电解液阳极

钢板


将 4% 的无水硫酸铜加入至 1% 的硫酸，并加入数滴润湿剂，喷洒在怀疑有氧化皮的钢材表面。

铜会堆积在无氧化皮的钢材表面，保留有氧化皮的区域相对于有铜的背景来说会显得更暗一些。

进行该试验时，应特别小心，应穿戴正确的防护和呼吸设备，并由有经验的经认可的人员操作。

氧化皮的检测 --试验方法


基材的污染物 -- 锈污染

2. 锈污染

a ）首先铁锈是一种疏松的物质，它会影响附着力；

b ）其次经海水或大气氢氧化合的氧化铁含有可溶性的硫酸盐和氯化钠；

c ）锈和铁之间的电位差会引起铁的电化学腐蚀。


基材的污染物 -- 盐污染3. 盐污染

引起最大污染和锈蚀问题是硫酸盐和氯化钠。

硫化物来源于污染的工业环境；氯化物来源于海洋。

钢铁表面的氯化铁和水形成一种可溶性的二价氯化铁，它不仅是导电体，帮助产生电化学腐蚀，同时它自己也强烈地腐蚀钢板的表面。


基材的污染物 --油脂污染

4. 油脂污染

大多数有机涂料的表面自由能或表面张力性能都相当低，所以能“湿润”表面自由能高很多的金属和金属氧化物表面。

不幸的是，油污染将金属表面的自由能降低到大多数涂料的能量以下。

这意味着涂料不能取代油来”湿润”表面。


去油检查

常用的去油方法：水性除油剂和溶剂清理。

检查方法是：

A. 喷水法“ Water on Goose” ：

用水喷在有怀疑的涂层或钢板表面 :

如整个表面能够被彻底润湿，说明去油工作是令人满意的；如果水在表面形成水珠，说明表面有油脂存在，需进一步去油。


去油检查

明显的油和/

或脂


去油检查

甲板油污


去油检查 -- 地板油污

有油无油


去油检查油和 /或脂的现场确定：

B. “划线法”（用粉笔以中等力量划一根线）

有油无油

Name of Division, Function, Segment, Product基材的污染物 -- 水和潮气污染

5. 水和潮气污染

虽然有能够吸收少量水进入涂料自身组织的耐潮气涂料，但它们是特例。

对于大多数涂料，水或湿气污染物会在涂层和基材之间形成一个不可融合层或屏障层来阻止它们俩之间的粘合。

黄金规律：

• 相对湿度 <=85%• 底材温度大于露点 3 ºC


基材的污染物 -- 灰尘和磨料污染

6. 灰尘和磨料污染

这种污染会影响涂层和钢板之间的结合力。另外，砂粒的存在会使实际的漆膜厚度降低。

在 10 倍放大镜下能观察到的微粒 : 直径 < 50 微米 (0.05mm) 。在肉眼下刚好能观察到的微粒 : 直径在 50 – 100 微米 (0.05-0.1mm) 。在肉眼下能清楚地观察到的微粒 : 直径为 100- 500 微米 (0.1-0.5mm) 。

如涂层 =500 微米如尘埃直径 =500 微米

实际的漆膜厚度 = 500 – 500 = 0 微米


基材的污染物 -- 钢结构的缺陷7. 钢结构的缺陷

为了确保涂层的性能，钢结构必须按下列要求进行处理。为了确保钢结构处理的有效进行，在该项工作开展前，对焊缝应进行预喷砂。

A. 锐角 - 用砂轮机磨去所有剪切和火焰切割产生的锐角。（ IMO PSPC 要求：至少打磨成 2mm 的圆角（ R2 ）； 3 passes ；或等效处

理；

1

2

R2

3


R2 R3 专业工具

R2

R2

R3

R3


锐角（尖角）圆角（钝角）

锐角处的漆膜很薄圆角处的漆膜均匀


B. 电焊飞溅

喷砂前，用动力工具清除所有肉眼可见的电焊飞溅。

对于锐利的飞溅用砂轮磨平。

1

2

3

钢结构的缺陷 -- 电焊飞溅 / 气孔

气孔需重新焊接，再进行打磨


钢结构的缺陷 --夹层

C. 板材缺陷（轧板过程中产生的夹层）

– 用砂轮或打磨机去除。


钢结构的缺陷 -- 电焊咬口

D. 电焊咬口 - 深度大于 1 毫米和宽度小于深度的电焊咬口。

-- 用电焊修补或需要用砂轮磨平


钢结构的缺陷 --手工电焊缝

E. 手工电焊缝

--不平整的手工焊缝表面必须磨平


钢结构的缺陷 --切割自由边

F. 切割自由边

– 不平整的自由边必须磨平



.壹高压淡水清洗

.贰溶剂清理（去油或脂）

.叁动力工具清理

.肆磨料抛 /喷射清理（抛丸 /干喷砂 / 湿喷砂）

.伍真空喷砂清理

六 . 磷化处理


BB 表面处理的方法 --高压淡水清洗

.壹高压淡水清洗

（国内）高压淡水清洗的压力通常为 70-210 kg/cm2 ，其用途是：

1. 去除可溶性盐2. 去除水下区域的细菌性污染物

/粘液、海草和一些动物污染污 3. 去除防污漆表面的皂化层。

有些油漆公司推荐用于清洗的水，其导电率应小于 400 us/cm


在重新涂装之前进行表面处理和金属清理

为说明表面要被清理的程度，须使用以下定义：

•可见污染物定义（ WJ-1 至 WJ-4 ） •不可见污染物定义（ NV-1 至 NV-3 ）

联合标准 NACE NO. 5/SSPC-SP 12


低压水清洗（ LP WC ）：水压低于 34兆帕（ 5000 磅 /平方英寸）

高压水清洗（ HP WC ）：水压处于 34兆帕 ~70兆帕之间（ 5000-10000 磅 /平方英寸）

高压水喷射（ HP WJ ）：水压处于 70兆帕 ~210兆帕之间（ 10000—30000 磅 /平方英寸）

超高压水喷射（ HP WJ ）：水压高于 210兆帕（ 30000 磅 /平方英寸）

水清理和水喷射的定义


WJ-1清理至裸露底材

在没有使用放大镜的情况下，没有任何可见的锈蚀、污垢、旧涂层、氧化皮和杂物。表面可出现变色。

WJ-2 非常彻底或实质性的清理

在没有使用放大镜的情况下，除了随意分布的锈渍、附着牢固的薄涂层和其它附着牢固的杂物以外，没有任何可见的油、脂、污垢和锈蚀。污渍或附着牢固物质的总量不超过表面的 5% 。


WJ-3 彻底的清理

在没有使用放大镜的情况下，除了随意分布的锈渍、附着牢固的薄涂层和其它附着牢固的杂物以外，没有任何可见的油、脂、污垢和锈蚀。污渍或附着牢固物质的总量不超过表面的 33% 。

WJ-4 轻度清理

在没有使用放大镜的情况下，没有任何可见的油、脂、污垢、灰尘、松散的氧化皮、松散的锈蚀和松散的涂层。任何残留物必须附着牢固。


NV-1

使用可靠、可复制测试方法进行的现场或实验室分析的验证，不含可测水平的可溶性污染物；

NV-2

使用可靠、可复制测试方法进行的现场或实验室分析的验证，氯化物污染物的含量必须低于 7 微克 / 厘米 ² , 可溶性亚铁离子水平必须低于 10 微克 / 厘米 ² ，硫酸盐污染物的含量必须低于 17 微克 / 厘米 ² ；

NV-3

使用可靠、可复制测试方法进行的现场或实验室分析的验证，氯化物或硫酸盐污染物的含量必须低于 50 微克 / 厘米 ² 。


BB 表面处理的方法二 . 溶剂清理 ( 去油或脂 )

使用“溶剂”或“水溶清洁液”是船舶行业中清理油污染的常用方法。溶剂清理 – 美国“钢结构涂装协会”标准 – SSPC-SP1 。

首先使用刮刀去除重油或油脂，然后使用以下任一方法去除残留油或脂。

1. 用溶剂弄湿抹布或刷子来擦洗表面，使用干净的溶剂与干净的抹布或刷子进行最终的擦洗。

2. 用溶剂喷雾清洗表面。使用干净的溶剂进行最终的喷雾清洗。3. 使用稳定的氯代烃类溶剂进行蒸汽除油 /脱脂。4. 完全浸入一个或多个溶剂池。最终的沉浸使用的溶剂不能包含大量的有害污染物。5. 可用乳状液或碱性清洗剂来代替上述方法。在处理完后，用淡水或水蒸汽来清洗表面

去除有害残留物。6. 使用去垢剂或清洗剂进行水蒸汽清洗，然后用水蒸汽或淡水来去除有害残留物。



三 . 动力工具清理

1. 动力钢丝刷，只能去除松动的污染物。

2. 动力砂轮盘1) 动力砂轮盘用于去除松动和牢固附着的锈层；但对于去除氧化皮，不是一种经济的方法。2) 动力砂轮盘可以改善涂层表面的粗糙度。3) 对于局部喷砂的边缘，用动力砂轮盘打出坡口，以增加涂层的美观。4) 对于不宜采用喷砂处理的部位，采用动力砂轮盘是一种有效的方法之一。

3. 笔型砂轮机是处理已涂装表面点状机械破坏和工艺孔的有效方法之一。


BB 表面处理的方法 --动力工具清理

动力工具应尽可能使用砂轮盘！

使用钢丝碗时，注意不要磨光 !

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研磨绒盘 -涂层表面打磨


BB 表面处理的方法 -- 磨料喷射清理（干喷砂）

空压机油水分离器

水分离器

磨料

磨料和压缩空气喷嘴

砂罐


注： 1. 空气压缩机 2. 配有阀门的气管和连接器 3. 便携式喷砂机 ( 储砂罐 ) 4. 外接快速连接器的抗静电喷砂管 5. 高效文丘里喷嘴 6. 气流微调控制阀 7. 湿气分离器 8. 高压空气和磨料流 9. 磨料 10. 头盔和纯化空气罐


BB 表面处理的方法 -- 磨料喷射清理



有奖问答：

如何检查压缩空气内是否有油和水？



ASTM D4285

1.白色的吸收性材料，如吸墨纸、滤纸、干净的白布等

2. 距离 60 cm 内；

3. 吹 1 分钟后，进行观察判断；

吸墨纸



喷砂操作工施工要点 :

1) 确保喷砂设备处于良好的工作状态 ;2) 确保喷砂设备处于良好的接地 ;3) 喷砂工和砂罐管理工之间有一个互相默认的联络系统 ;4) 避免喷嘴对准其他操作人员 ;5) 避免喷砂管交错一起 ;6) 如需要应将喷砂管扎在脚手架上 ;7) 确保遥控器的线路畅通 ;8) 确保脚手架的安全和方便施工 ;9) 喷嘴与钢板的距离一般为 30 – 45厘米 ;10) 喷嘴与钢板的最佳工作角度为 60 - 75º ；


BB 表面处理的方法 -- 磨料喷射清理（湿喷砂）

高压水管

砂管

喷头


闪锈（中度）


BB 表面处理的方法 --真空喷砂

五 . 真空喷砂

毛刷

磨料和压缩空气

灰尘、磨料


BB 表面处理的方法 --真空喷砂


BB 表面处理的方法 --磷化处理

作用：提高附着力和耐腐蚀性

磷化膜：增加表面粗糙度和构筑钝化层单位 4-40g/m² 锌系，锌钙系，锰系，复合系

工艺流程：脱脂 - 水洗 - 酸洗除锈 - 水洗 -磷化 - 水洗 -纯水洗

磷化膜三种不同的晶相图 800:1


表面处理的方法 --磷化处理

待磷化的构件磷化“流水线”


二次除锈方法比较

各种二次除锈方法比较



.壹磨料的种类

.贰表面粗糙度

.叁磨料的规格和表面粗糙度的关系


CC 磨料和表面粗糙度 -- 磨料的种类.壹磨料的种类

1. 非金属磨料1) 天然磨料 – 石英砂、橄榄石、石榴石、碳酸钙2) 副产磨料 – 金属矿渣（铜矿渣、铁矿渣）、煤渣3) 人造磨料 – 碳化硅（金刚砂）、氧化铝、玻璃珠、碳酸氢钠、干冰

珠

2. 金属磨料（丸 / 砂 /丝段）1) 铸钢 2) 锻铁 3) 冷硬铸铁 Chilled cast iron

铜矿渣的主要成分：氧化亚铁 (FeO)10-55% 氧化硅 (SiO2) 20-55%

氧化铝 (Al2O3) 8-25% 氧化钙 (Cao) 1-15%氧化铜 (CuO) 0-1.5% 氧化锌 (ZnO) 0-12%


天然磨料 -石榴石


维修用磨料—铜矿渣


各种金属磨料

磨料钢丸

钢丝段

棱角铁


CC 磨料和表面粗糙度 -- 表面粗糙度二 . 表面粗糙度

大小取决于下列要素 :1) 钢板的强度和硬度 2) 磨料的喷射速度3) 磨料的硬度和比重 4) 磨料颗粒尺寸 5) 磨料撞击的角度 6) 喷射时间

表面轮廓与磨料类型的关系 :

砂和矿渣磨料砂和矿渣磨料


CC 磨料和表面粗糙度 -- 表面粗糙度表面轮廓与磨料类型的关系 :

钢丸钢丸

钢砂钢砂



三 . 磨料的规格和表面粗糙度的关系

磨料的规格 (毫米 ) 表面粗糙度 ( 微米 )

1.00 – 3.1 - 200

1.50 – 2.5 100 – 150

0.25 – 2.0 85 – 130

0.20 – 1.5 75 – 100

0.25 - 1.4 70 – 100

0.20 – 0.7 25 – 50

0.10 – 0.4 10 - 15

当要避免破坏涂层表面时，一个在 0.2mm-0.5mm范围内的

细粒度磨料最适合。


问题与交流

邓本金： [email protected]

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