鋼材表面處理工藝對環(huán)氧涂層附著力的影響

王伊諾，程晉宜，吳顯斌，豆小艷，晏學兵

（海洋石油工程（青島） 有限公司，山東 青島 266520）

采用環(huán)氧涂層進行保護的鋼材防腐壽命受到諸多因素制約，根據(jù)目前較為科學的統(tǒng)計分析以及實踐經(jīng)驗確定了4 種影響因素。分別是表面處理質(zhì)量、涂裝道數(shù)、選用的涂料種類以及其它因素。按照影響百分比來劃分這4 類影響因素分別為：表面處理質(zhì)量占50%，涂裝道數(shù)占19%，選用的涂料種類占5%，其他各類因素占26%。從影響百分比中不難看出，鋼材表面處理質(zhì)量是影響環(huán)氧涂層防腐能力的主要制約因素。那么鋼材表面處理質(zhì)量是如何來影響制約環(huán)氧涂層的防腐性能的？其實防腐性能的好壞主要是由環(huán)氧涂層和鋼材結(jié)合的牢固程度來決定的，也就是鋼材表面處理是通過附著力來影響防腐性能的。根據(jù)理論計算和實踐經(jīng)驗表明：環(huán)氧涂層和鋼材表面的間距越小附著力越大，最佳間距為0.5nm；增加環(huán)境涂層和鋼材表面的接觸面積只能通過鋼材表面的粗糙度來實現(xiàn)，鋼材表面的粗糙度只能通過噴砂作者來實現(xiàn)。但是通過大量實踐表明，附著力并不是隨著接觸面積的無限增大而累積增加，換句話說鋼材表面的粗糙度有一個最佳范圍。基于此，本文接下來研究鋼材表面噴砂工藝來分析影響粗糙度的具體因素，最終找出具有較高附著性能的噴砂工藝，來提高海洋工程涂層防腐能力。

1 實驗準備

環(huán)氧涂層的制備：選用江陰萬千化學品有限公司的雙酚A 型環(huán)氧樹脂VER-2；湖北阡陌生物科技有限公司的丙酮和1,2-環(huán)己二胺。在一次性塑料杯中倒入100g 雙酚A 型環(huán)氧樹脂VER-2，依據(jù)1 個環(huán)氧基匹配1.2 個活潑氫的原則，在100g 雙酚A 型環(huán)氧樹脂VER-2 中倒入17.5g 的1,2-環(huán)己二胺。施涂作業(yè)完畢后分三次不同溫度進行固化。第一次固化溫度為室溫，固化時間為14h；第二次固化溫度為50℃，固化時間為4h；第三次固化時間為80℃，固化時間為6h。用丙酮仔細清洗經(jīng)過三次固化后的樹脂涂層和試驗用錠子，經(jīng)過打磨后利用混合膠水將試驗用錠子和樹脂涂層進行有效黏貼。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 不同類型磨料所對應(yīng)的鋼材表面粗糙度

表1 分別使用鋼砂、石榴石、海綿磨料對B級鋼板噴砂至Sa2.5 級后進行表面測試分析。

由表1 看出，4 種處理工藝的粗糙度剛玉海綿和剛砂海綿處于同一個量級，都在20 以上，鋼砂和石榴石處于同一個量級在13 左右。因此，樣品的表面狀態(tài)順序為：

剛玉海綿≥鋼砂海綿?B 級石榴石≥鋼砂。結(jié)合Sdr 和真實面積的分析，鋼砂海綿、剛玉海綿、鋼砂、石榴石四種工藝基本相當，無顯著差別。另外，從不同深度（D0，D1/3,D1/2，D2/3）截面真實面積數(shù)據(jù)看出，經(jīng)過4 種方法處理過的鋼板，剛玉海綿和鋼砂海綿處理工藝具有更好的垂直分布，無論在那個深度橫截面的真實面積都保持相對穩(wěn)定；鋼砂和石榴石處理工藝略遜一籌，隨著深度的變化不明顯；

表1 不同類型磨料所對應(yīng)的鋼材表面粗糙度

2.2 不同鋼材表面粗糙度所對應(yīng)的附著力

從表2 中看出，未經(jīng)過任何噴砂工藝處理的鋼材表面附著力僅有1MPa 多一點，附著力相當?shù)男　＞科湓虬l(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過任何表面處理的鋼材被氧化皮、污垢油漬所覆蓋，鋼材表面與涂層接觸比較困難，所以其附著力很低。當對鋼材噴砂處理時間變化由短變長，雖然粗糙度變化不大，但是附著力變化較大。當粗糙度由0.78μm提高到1.11μm 時，附著力也由1.18MPa 提高到了6.49MPa。噴砂時間不同的鋼材與未噴砂鋼材在粗糙度方便變化不大，但是鋼材表面潔凈度提高了，所以附著力也有明顯的提高。

3 結(jié)論

1） 鋼材表面粗糙度在噴砂時間變化下幾乎不發(fā)生變化，或者變化很小。

2） 鋼材表面粗糙度在噴砂磨料直徑變化下發(fā)生較大變化，磨料直徑越大，附著力越大。

3） 不同磨料噴砂后樣板的涂層結(jié)合力基本相近（表3），海綿磨料可達到與鋼砂、石榴石相近的涂層附著力效果。

表2 噴砂時間不同所對應(yīng)不同粗糙度下的附著力數(shù)值表

表3 不同類型磨料表面粗糙度所對應(yīng)的附著力