一、概述

本文將提供多年高性能涂層表面處理的測試結(jié)果和經(jīng)驗。測試表明，涂層項目中有幾個重要變量沒有得到常規(guī)監(jiān)測和控制。將確定相關(guān)變量，并就變量的適當處理提供指導(dǎo)，以實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。本文是專門為熱噴涂涂料行業(yè)準備的，但是，這些信息適用于所有類型的涂料，包括液體和粉末涂料。大多數(shù)測試都是在使用可回收金屬磨料制備的表面上完成的，然而，這些變量同樣適用于使用任何能夠制備表面的磨料的表面制備。

二、介紹

本文總結(jié)了作者自1989年以來進行連續(xù)的表面處理試驗與分析的經(jīng)驗。大多數(shù)測試都是針對液體和粉末涂層，解決了與制備多種類型涂料應(yīng)用的各種鋼基材表面嚴格相關(guān)的特定清理度和輪廓問題。大多數(shù)早期測試的重點似乎是降低表面輪廓，使表面更加均勻?！弊畛醯哪繕耸牵篴）減少涂料消耗；b）減少殘留的表面灰塵，在其他行業(yè)被稱為背面污染；和c）提高附著強度以提高涂層壽命。

三、表面污染

管道涂裝行業(yè)的經(jīng)驗表明，背面污染對涂層性能構(gòu)成了嚴重威脅。背面污染是指在涂覆之前未從表面去除的灰塵和其他微米級的污染物。這種污染會滯留在涂層/表面界面處或附近的涂層中。當涂層從基底上剝離時，可以觀察到它在界面處嵌入到涂層中。在沒有放大的情況下有時也可以觀察到，然而，當制備涂層切片并在放大條件下觀察時，30倍或更高倍的顯微鏡可以揭示大量信息。背面污染的結(jié)構(gòu)影響可以在內(nèi)聚強度測試的結(jié)果中看到，但對各種污染物的精確影響或不同水平污染物的影響的研究卻很少。不同的涂層對這種類型的污染表現(xiàn)出明顯不同的耐受水平?？梢允褂谩澳z帶測試”在制備好的表面上識別背面污染物。與典型的膠帶測試不同，典型的膠帶測試無法識別污染物的特定類型，而用于識別背面污染的測試膠帶必須具有柔軟的、具有韌性的粘膠層，可以壓入制備輪廓的更深處。膠帶應(yīng)該是透明的，當被適當按壓或摩擦到表面輪廓中時，這可以：1）確認正確的應(yīng)用；以及2）當黏貼在淺色的白色表面上時通過膠帶觀察污染物。

四、測試和結(jié)果

作者對各種表面處理和污染問題的調(diào)查提出了這樣一種理論，即波峰密度是影響涂層性能和使用壽命的主要因素。簡單地說，增加定義區(qū)域的波峰密度可以增加該區(qū)域中基材的表面積，進而增加該區(qū)域的表面積和棱角程度，從而增加該基材上涂層的總的附著力值。最成功的測試結(jié)果都是來自于均勻的、高波峰密度的表面，在這些表面上涂覆的涂層會充分潤濕表面。最初的測試旨在評估清理效率和附著能力。使用尺寸相似的硬的金屬磨料和軟的金屬磨料，將相同的鋼面板制備成近白色的清理表面，并調(diào)節(jié)為類似于標準的操作混合物。然后對面板進行涂覆、固化并測試附著強度。該測試僅限于一種類型的涂層材料。隨后幾年的廣泛測試結(jié)果，使用其他磨料和涂層材料進行了相同的基本類型的方案，強化了原始測試的結(jié)果，并得出以下結(jié)論：

較硬的磨料要比較軟的磨料清理效率得更快。相同操作混合尺寸的較硬磨料要比較軟磨料切割出的輪廓要深得多。為了獲得與較軟磨料相同的輪廓深度，您可以使用尺寸較小的硬質(zhì)磨料，該磨料每磅具有更多的沖擊顆粒，在正確使用時，可以比較軟磨料更快地清理表面，并留下更尖銳、更致密的表面輪廓。

在輪廓和波峰密度（或峰值計數(shù)）之間存在線性關(guān)系：

輪廓越大；波峰密度越低；

輪廓越??；波峰密度越高。

當涂料潤濕較高波峰密度的表面積時，與較低波峰密度的表面相比，可以獲得更優(yōu)異的附著性。在大多數(shù)情況下，涂層會內(nèi)聚性失效。較小的輪廓和較高的波峰密度增加了需要結(jié)合的表面積。更小、更硬、更重的磨料總是比更大、更軟、更輕的磨料清理得更快。在工作中投擲的每磅磨料中，較小的磨料操作混合物含有更多的顆?；蚯謇碛绊?。更硬、更重的磨料更具沖擊性。較硬的磨料比較軟的磨料具有更尖銳、更清晰的表面輪廓。較硬的磨料可能會保持棱角分明，因為它們斷裂得更快，并且不會形成圓形顆粒。由于這一特性，較硬的磨料會產(chǎn)生更鋒利的輪廓，并且當磨料操作混合物在回收過程中得到適當控制時，清理速度會更快。這種圓形磨料不會產(chǎn)生卓越的長期涂層性能所需的均勻的,棱角的,高波峰密度的表面輪廓，尤其是當暴露在惡劣的使用環(huán)境中時。圓形或磨圓的磨料往往會錘擊表面，彎曲并磨圓波峰，使表面棱角更小，更難附著。這是對惡劣環(huán)境下涂層性能的大量記錄觀察的結(jié)果。

五、磨料噴砂設(shè)備操作

為了成功有效地操作任何類型的噴砂清理設(shè)備，應(yīng)控制以下操作方面。分離器的設(shè)置應(yīng)能實現(xiàn)對所用回收磨料的最佳清理和分類。這樣可以確保料斗中保留正確的操作混合物。操作混合物中單個顆粒尺寸或分布百分比的10%變化將影響該操作混合物的清理和輪廓化能力。10%或更多的添加量將顯著影響操作混合物以及由此產(chǎn)生的輪廓和波峰密度。為了獲得輪廓、峰值計數(shù)和污染控制的最佳結(jié)果，必須設(shè)置分離器以去除所有灰塵氧化皮和尺寸過小的磨料。大多數(shù)良好的空氣洗滌和一些吸風(fēng)分離器都可以設(shè)置為非常高的精度水平（97+%），一旦裝置設(shè)置得當，保持這一水平并不困難。必須定期清理分離器，使其正常工作。一旦分離器針對所選磨料進行了正確校準之后，料斗應(yīng)保持充滿狀態(tài)，在條件發(fā)生變化之前，不得更改設(shè)置。流速對于磨料噴射過程的正確控制非常重要。為了保持清理和輪廓一致，必須用相同量的磨料沖擊正在處理的每平方英尺表面。清理率將隨著被清理表面上存在的污染物（粘附的氧化皮或舊涂層）的量而發(fā)生變化。在大多數(shù)情況下，在空氣噴射應(yīng)用中，磨料流量越大越好。

六、磨料的選擇和應(yīng)用基礎(chǔ)

通過對磨料清理效率進行的無數(shù)次測試，這些測試得出的結(jié)論是，主要影響參數(shù)是硬度、質(zhì)量、形狀、尺寸、速度和噴砂技術(shù)。鋼質(zhì)磨料的硬度和質(zhì)量（每單位體積的重量）對磨料的沖擊效果具有非常顯著的貢獻。磨料越硬，就越能更好地切入待清理或制備的表面，這是因為與較硬材料相關(guān)的能量傳遞更高。通過使用較小粒徑的磨料，可以增加波峰密度并減小輪廓深度。如果在減小磨料尺寸的同時適當?shù)卦黾幽チ系乃俣?，則可以在保持輪廓深度恒定的同時增加波峰密度。這可以用基礎(chǔ)物理學(xué)很容易地解釋。能量公式是——質(zhì)量乘以速度平方等于產(chǎn)生的能量。速度的輕微增加可以顯著地增加顆粒的能量。對于空氣噴射應(yīng)用，通常最有效的方法是使用長的文丘里結(jié)構(gòu)的噴嘴，并改變空氣壓力以控制顆粒速度。顆粒速度也可以通過使用不同的噴嘴尺寸和長度來改變。磨料流速應(yīng)始終根據(jù)噴嘴的類型和尺寸以及噴嘴壓力進行調(diào)整和平衡。噴砂應(yīng)用應(yīng)使用最小的、最硬的磨料進行表面處理，以沖擊氧化皮或表面污染物并將其去除。

市場上的鋼砂磨料有四種硬度分類，如下所示：

較硬的磨料的形狀在較長的時間內(nèi)保持更有棱角的形狀，并且不像較軟的磨料那樣容易球形化。它也更容易破碎成新的尖銳邊緣，并保持其固有的切削性。較硬的磨料能將更多的能量傳遞到被清理的表面；因此，它清理得更快。磨料操作混合物中磨料顆粒的尺寸分布對于正確控制所得輪廓、峰值計數(shù)組合至關(guān)重要。重要的是要確定操作混合物中適當粒度分布的參數(shù)，并保持其一致性，以獲得最佳清理和輪廓化結(jié)果。這是通過持續(xù)地、頻繁地添加到分離器中的操作混合物中來實現(xiàn)的，以更換消耗的磨料，并使料斗中總是保持充滿的清潔無塵的操作混合物。應(yīng)將噴嘴調(diào)整到與制備表面成50-70度的角度（對于大多數(shù)通用磨料，約為90度），以避免反彈磨料的干擾影響。使用可回收磨料時，磨料越硬，則回彈越明顯。流速對于磨料噴射過程的正確控制非常重要。為了保持清理和輪廓一致，必須用相同量的磨料沖擊正在處理的每平方英尺表面。清理率將隨著被清理表面上存在的污染物（粘附氧化皮或舊涂層）的數(shù)量而變化。在大多數(shù)情況下，在空氣噴射應(yīng)用中，磨料流量越大越好。了解應(yīng)用所需的清潔度水平和待應(yīng)用涂料所需的表面輪廓是很重要的。過度噴砂會影響制備表面已經(jīng)完成的輪廓化，從而導(dǎo)致表面完整性出現(xiàn)問題。這種過度噴砂實際上會削弱表面顆粒的沖擊效果，并且可能會發(fā)現(xiàn)這些顆粒粘在涂層的背面。過度噴砂處理和不充分的噴砂一樣糟糕，甚至更糟。

七、金屬化應(yīng)用

根據(jù)經(jīng)驗和大量測試，特別是由AI Beitelman、Doug Neal、Dave Wixon和Dave Berardineli等人的研究結(jié)論，金屬化應(yīng)用需要清潔的、有棱角的表面輪廓，以獲得所應(yīng)用產(chǎn)品的最大附著強度。要做到這一點，我們需要使用一種在使用過程中不會很快變磨圓的硬質(zhì)磨料。這一發(fā)現(xiàn)得到了美國工程協(xié)會Al Beitelman最近的一篇研究文章的支持，該文章顯示了美國工程協(xié)會的測試結(jié)果，詳細說明了鋼質(zhì)磨料的圓角程度及其對附著力的影響（JPCL，2003年7月）。我們還知道，金屬化過程的潤濕性對溫度和噴嘴與工作表面之間的距離有一定的敏感性。金屬顆粒必須具有足夠的液體，能夠從噴槍流到表面，并且能夠在固化前適當潤濕制備的表面（考慮到其孔隙率），以獲得最大的表面附著力。被涂覆表面的溫度對涂層的流動性及其潤濕能力有影響。這一領(lǐng)域尚未得到深入研究，也找不到任何技術(shù)參考來證實或否認其影響。人們注意到，有幾個項目在冬季低溫下成功完成。需要對此進行更明確的測試。正在進行的表面處理信息測試將單個液體涂層的能級與特定制備表面的表面能相匹配的工作正在進行中。其目的是使涂層的潤濕特性與制備的表面相匹配。需要進行額外的測試和建模，以開發(fā)熱噴涂中使用的金屬涂層的能級。一些測試正在進行中，以確定不同硬度水平和不同尺寸的鋼質(zhì)磨料的圓形化。

八、總結(jié)

上面討論的測試是使用回收鋼磨料進行的，然而，使用其他常見的通用磨料也可以實現(xiàn)相同的表面效果。任何可接受的表面輪廓組合的關(guān)鍵是用于表面制備的磨料混合物的尺寸和均勻性。本文中詳細說明的表面要求，輪廓深度和波峰密度，是由磨料顆粒以足夠的能量撞擊表面以產(chǎn)生所需的表面輪廓同時產(chǎn)生的。顆粒大小、速度和流速都可以通過噴砂設(shè)備控制，因此，可以使用切割到待制備表面的任何類型的噴砂磨料來復(fù)制上述表面參數(shù)。上面報告的研究結(jié)果表明，表面制備不僅僅是在表面上投射磨料，而是希望能提供合適的表面輪廓，以獲得最佳的涂層性能。為了獲得任何特定涂層材料的預(yù)期壽命和性能，必須對制備表面進行適當?shù)那謇?，并具有所需的紋理或粗糙度特性，以滿足待涂覆涂料的附著要求。金屬化涂層需要一個適當制備的棱角分明的表面，可以附著在表面上并發(fā)揮其功能。盡管超出了本文的范圍，但應(yīng)注意的是，監(jiān)測和控制表面處理中某些特定變量所需的儀器可在電子市場上獲得，并在其他行業(yè)中使用。這些儀器被稱為表面輪廓測量儀，有機械式和激光式兩種版本，用于測試制備的表面的輪廓高度、波峰密度和均勻性。

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夢能對技術(shù)服務(wù)團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

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