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防腐工艺对钢铁零件耐盐雾性的影响

文章出处:广东绿色大地化工有限公司 人气:-发表时间:2015-11-13 10:24:00

防止钢铁腐蚀的工艺有很多,最常用的防腐工艺是在金属表面涂(镀)非金属和金属保护层,或通过特殊的工艺处理在其表面形成一层化学转化保护膜。

根据构成保护层的物质,可以分为以下 3 类。

◆非金属保护层:把有机和无机化合物涂覆在金属表面。

◆金属保护层:在钢铁表面涂(镀)一种金属或合金作为保护层,以减慢腐蚀速度。 用作保护层的金属或合金通常有锌、锡、铝、镍、铬、铜及各种合金等。

◆热镀:将被保护的金属材料或制品浸渍在熔融的金属中,使其表面形成一层保护性金属覆盖层。能形成液态的金属一般是相对低熔点、耐蚀、耐热的金属,如 Al、Zn 等。通过化学或电化学方法形成的化学保护层也称化学转化膜。 根据成膜时所采用的介质,可将化学转化膜分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜等。

拖拉机中含有各种不同的结构件和铸件,其防腐性能直接关系产品的质量。 拖拉机及工程机械产品传统的防腐工艺多采用涂漆或电镀工艺,但此类工艺对使用中存在“相对运动”的零件、受挤压零件和容易磕碰的零件防腐保护效果较差,如何解决此类零件的防腐保护,是许多企业面临的问题。

在相关资料报道中,用标准板采用不同涂装工艺进行耐盐雾性对比的较多,而采用实际零件用不同种防腐工艺处理进行耐盐雾对比试验的报道较少 。本研究通过对几种常用防腐蚀工艺处理的实际钢铁零件进行耐盐雾试验,对其结果进行分析研究,对提高产品的防腐能力具有参考意义。

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1、防腐处理工艺的选择

根据一般机械制造企业的防腐蚀要求,选取了常用的10种典型防腐处理工艺进行耐盐雾腐蚀试验。根据常用防腐工艺耐盐雾腐蚀的性能指标,将试验时间定到最长600H,试验中选用的冷轧板与冷轧零件材料相同。

不同防腐工艺所用的零件及腐蚀试验结果如表1 所示。

A 工艺:喷砂—浸涂铁红环氧底漆。 铸铁垫板经喷丸处理,表面粗糙度Ra50右,浸涂江苏某企业生产的黏度为18S的铁红环氧底漆,下文简称铁红环氧底漆。

B 工艺:喷砂—中温磷化—浸涂铁红环氧底漆。铸铁垫板经喷丸处理,表面粗糙度Ra50左右,于50℃中温锌系磷化,浸涂铁红环氧底漆。

C 工艺:喷砂—磷化—一般阴极电泳涂装。 铸铁垫板经喷丸处理,表面粗糙度Ra50左右,于50℃中温锌系磷化,表面电泳厚度为20μm的普通阴极电泳漆。

D工艺:喷砂—磷化—高边缘高防腐阴极电泳涂装。 铸铁垫板经喷丸处理,表面粗糙度Ra50左右,于50℃中温锌系磷化,表面电泳厚度为20μm的高边缘高防腐阴极电泳漆。

E工艺:喷砂—热镀锌。 铸铁垫板经喷丸处理,表面粗糙度Ra50左右,表面浸涂厚度为110μm的锌层。

F工艺:电镀锌。 表面电镀厚度为10μm 的锌层。

G工艺:铸件喷涂丙烯酸面漆。 表面喷涂厚度为20μm的丙烯酸磁漆。

H工艺:“热浸锌工艺[2]+喷面漆工艺” 处理与“电泳底漆+喷面漆工艺”。

I工艺:冷轧板—喷涂铁红环氧底漆。

J工艺:冷轧板—磷化—喷涂铁红环氧底漆。 表面先于50℃中温锌系磷化,再喷涂铁红环氧底漆。

2、试验结果对比分析

仅用铁红环氧底漆浸涂铸件的涂装工艺或仅喷涂面漆,其抗蚀防锈能力非常差,如 A 工艺和 G工艺。铸铁件与冷轧板采用同样的涂装工艺,对耐盐雾腐蚀能力差别很大,冷轧板的耐盐雾腐蚀能力远优于铸铁件(如 B 工艺和 J 工艺)。 采用相同的防锈底漆,若都不进行磷化处理(如 A 工艺和 I 工艺),铸铁件耐盐雾腐蚀试验 24 h 即出现大面积锈蚀,而冷轧板到168 h 方出现局部起泡腐蚀;若均进行磷化处理(见 B工艺和 J 工艺),铸铁件耐盐雾腐蚀试验 168 h 即局部锈蚀,而冷轧板到 240 h 也没有出现锈蚀现象。磷化工艺对提高铸铁件的抗蚀防锈能力影响非常大,磷化工艺可以较大程度提升零件的耐盐雾防腐能力(如 A 工艺和 B 工艺)。 采用相近的涂装工艺,铸铁件不经磷化处理耐盐雾试验 24 h 即出现大面积锈蚀,而同样零件经磷化处理后,耐盐雾腐蚀试验达到 168 h 时,虽然也出现严重锈蚀,但样板表面整体状况比没有进行磷化处理的铸铁件要好很多。在涂膜不被磕碰损坏的情况下,采用高防腐高边缘阴极电泳漆可以满足铸铁件长期防锈技术要求。而对于使用中存在零件间相对运动或磕碰现象时,采用“热浸锌工艺+喷面漆工艺”,可以有效解决零件涂膜损坏面的锈蚀问题(如 H 工艺和 D 工艺)。“热浸锌工艺”可以有效提高铸件的抗蚀性能,其抗蚀性要优于一般阴极电泳工艺(如 E 工艺和 C工艺),铸铁件经热浸锌工艺处理后,耐盐雾时间600 h时仍没有红锈出现。

电镀锌零件耐盐雾性要远低于高边缘阴极电泳防腐工艺(如 F 工艺和 D 工艺)。不同的阴极电泳漆对铸铁件的抗蚀防锈能力的影响很大(如 C 工艺和 D 工艺)。 一般阴极电泳底漆铸件耐盐雾腐蚀试验 96 h 出现局部锈蚀,240h出现大面积锈蚀,而采用高边缘高防腐阴极电泳,经 600 h盐雾腐蚀试验,样板表面仅出现少量“点蚀”;主要原因是普通电泳漆膜的边缘防锈性差,而一般铸铁件的表面都比较粗糙,表面相当于存在无数的“边缘”,因此对于铸件(特别是表面粗糙度较高的铸件)必须选用高边缘防腐电泳涂料进行涂装。

磷化工艺和高防腐高边缘阴极电泳漆提高铸铁件耐盐雾腐蚀性能的影响主要因素为铸铁件成分和表面粗糙度。

2.1成分的影响

铸件(特别是铸铁件)与一般碳素结构钢(GB/ T700—2006)化学成分不同,其杂质含量是碳素铸铁主要是以机械性能高低来判定其是否合格,国标对其化学性能没有统一的要求,但不同企业规定了本企业对铸铁化学成分的参考值。从表 2 和表 3 对比可以看出,铸铁的碳(C)、硫(S)、磷(P)等非铁元素含量均要大于碳素钢,大约差1 个数量级。 这些非铁元素的存在导致铁分子很容易与它们形成无数的原电池,产生电化学腐蚀。 在相同的温度条件下,电化学腐蚀的速度要远大于化学腐蚀。

2.2表面粗糙度的影响

铸件的表面粗糙度一般在 Ra12?5 以上,有的铸铁件表面粗糙度可达 Ra25,甚至Ra50。 而碳素结构钢表面粗糙度一般在Ra3?2 以下,热轧的表面粗糙度一般在 Ra6?3~12?5。 粗糙度大,一方面更容易加快凝结水和CO2的附着,促使腐蚀的发生;另一方面,表面粗糙度也影响表面涂层的覆盖保护。如果仅在铸件表面涂覆一层铁红环氧底漆,由于涂料本身的流平性,在铸件粗糙面的突出部分很难形成有效的涂层保护膜。铸铁零件经磷化工艺处理后,其表面形成的磷化膜会有效吸附涂料等保护物,从而在粗糙面的突出部位也能形成一层磷化膜加电泳漆的保护膜。经磷化工艺处理的铸铁件表面再涂装高边缘电泳漆,会在其表面形成由磷化膜和电泳涂膜组成的多重复合保护层,从而达到较好的防护效果。


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3、结语

通过对几种钢铁防腐工艺耐盐雾检测结果的对比研究,说明不同防腐工艺对钢铁零件防腐性能的影响非常大,在实际工作中应根据产品的使用环境和需要选择不同的防腐蚀工艺。

在防腐性能要求相同的情况下,铸铁零件需要采用比冷轧钢铁材料防腐能力更强的防腐处理工艺。而采用相同的防腐工艺处理的零件,材质为铸铁的零件防腐性能要远低于材质为冷轧钢板材质的零件。对于在装配和使用中容易被磕碰、磨损、存在相对运动的产品或零件,采用一般的涂装工艺或电镀工艺均难以满足防腐要求,建议采用热镀锌或热渗锌防腐工艺,可以有效解决零件涂膜容易损坏锈蚀问题。对于铸件(特别是产品表面粗糙度 Ra>25 的产品),采用普通的涂装工艺粗糙表面的尖端部分不容易被涂覆,防腐效果较差,采用磷化和高边缘电泳涂装工艺,可以大大提高其耐盐雾腐蚀性能。


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