一、低压煤压机工作状况
1、叶片工作温度
进口温度:60℃,出口温度:271~C
2、介质成份
CO:22.9%v/v C02:23%v/v
H2:3.40/v/v N2:50.7%v/v
H2S:6.1mg/m3 S02:0.13mg/m3
少量Cl及水汽等。
二、低压煤压机叶片腐蚀原因分析
(1)H2S腐蚀
H2S在水中的溶解度比较高,因而具有强烈的腐蚀性,一般认为H2s会加速金属的电离反应,并进一步生成硫化物,当生成的硫化物致密且与基体结合良好时,对腐蚀有减缓作用,但当生成的硫化物不致密时,可与金属基体形成强电偶,反而促进了基体金属的腐蚀,另外,当金属表面中有硫化物存在时,硫化物在一定程度上阻止了氢原子向氢分子的转变,氢原子在金属表面的缺陷等部位结合成氢分子,体积膨胀,产生氢压,在氢气聚集区附近,基体内部形成拉应力,加上基体内应力的协同作用,就形成氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂。在硫化物应力腐蚀破
裂中,H2S对腐蚀起着主导作用,水是引起腐蚀的必要条件,C02的存在会促进腐蚀,把引起钢这种腐蚀环境条件称为H2S-CO2-H2O系统腐蚀。
(2)C02腐蚀
C02溶于水后对金属有极强的腐蚀性,在相同的PH值—卜,其总酸度比盐酸高,因此,它对金属腐蚀比盐酸更严重,C02腐蚀最典型的特征是呈现局部的腐蚀、轮癣状腐蚀和台面状坑蚀,其中台面状坑蚀是腐蚀过程最严重的一种情况,这种腐蚀的穿孔率很高,腐蚀速率通常可达3-7mm-a,在厌氧的条件下,可以高达20mm/a。
(3) C1腐蚀
C1—是典型的孔蚀离子,经腐蚀过的孔有大有小,有深有浅,一般孔表面直径等于或小于孔深,但也有坑状碟形浅孔,C1先破坏叶片表面上的钝化膜,钝化膜在局部先破坏,微小破口暴露的金属成为电池的阳极,周围的未破坏的钝化膜成为阴极,阳极电流高度集中,使腐蚀迅速向内发展,形成蚀孔,蚀孔形成后,孔外部为腐蚀产物阻塞,内外的对流和扩散受到阻滞,孔内形成独特的闭塞电池,孔内的氧迅速耗尽,只剩下金属腐蚀的阳极反应,阴极反应氧离子化完全移到孔外侧进行,因此,孔内很快积累了带正电的金属离子,为了保持电中性,带负电C1-外迁移入孔内,C1-增浓,金属离子水解产生H+,孔内PH值下降,H+和C1-形成腐蚀强烈的盐酸,当孔内PH值下降到某一临界值,腐蚀率突然上升,形成加速腐蚀,孔内产生阴极加氢反应,孔蚀由闭塞区酸性电池控制。蚀孔形成后,是否深入发展直至穿孔,由于影响因素复杂,难以预测,一般孔小,电流集中,深入发展的可能性大,如孔多又浅,闭塞程度不大,穿孔的程度较小。
(4)气体流速引起的磨损腐蚀
金属表面受高流速和湍流状的气体冲击。同时遭到磨损和腐蚀的破坏,称为磨损腐蚀,金属在高速气流冲击下,在化学介质的协同作用下,保护膜破坏,破口处裸金属加速腐蚀,如果流体中含有固体颗粒,磨损腐蚀更为严重。
(5)S02腐蚀
s02足一种弱酸性气体,它所引起的腐蚀主要是均匀腐蚀,被蚀金属与肋:反应时,一方面在其表面形成溶有s原子的氧化皮或是溶有硫化物的氧化皮,另一方面,在金属内部深处溶入的硫与活泼元素组成相应的硫蚀相。另外,镍对S02污染特别敏感。
总之,从以—[:介质和腐蚀原因来看,叶片的腐蚀属于多介质,多种类复合型腐蚀,各个介质之间的协同作用比单一介质的腐蚀要强,由于腐蚀的产生,叶片在高变应力作用下,在腐蚀坑点形成应力集中,这样长时间使用易产生疲劳应力微裂纹,这个微裂纹不断扩展造成疲劳断裂。
三、低压煤压机叶片防腐的基本要求
1、防腐材料耐输送介质的腐蚀。
2、防腐材料耐一定气流流速引起的磨损腐蚀。
3、防腐材料在有效使用期内,不脱落,不开裂,满足抗渗性要求。
4、防腐层的耐温性应大于最高使用温度,该叶片防腐层的耐温性应在300℃以—上。
5、防腐层导热,耐高低温循环。
四、多种金属和非金属防腐材料性能的对比:
名 称
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施工方法
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粘接强度
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在使用温度下是否同时耐所输送介质
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耐温要求
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不锈钢类
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热喷涂
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符合
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否
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符合
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铝及铝合金
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热喷涂
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符合
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否
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符合
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铜及铜合金
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热喷涂
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符合
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否
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符合
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镍及镍铜合金
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热喷涂
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符合
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否
|
符合
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镍 铝
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热喷涂
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符合
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否
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符合
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高铬镍合金
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热喷涂
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符合
|
否
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符合
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镍 钼
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热喷涂
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符合
|
否
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符合
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Ti丝
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热喷涂
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符合
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是
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符合
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SiC-Al2O3
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热喷涂
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符合
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是
|
符合
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TiO2-Al2O3
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热喷涂
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符合
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是
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符合
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橡 胶
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硫化
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不符合
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否
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不符合
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尼 龙
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热喷
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不符合
|
否
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不符合
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聚乙烯
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热喷
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不符合
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否
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不符合
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聚氯乙烯
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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胺固化环氧
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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环氧聚酰胺
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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聚氨脂
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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不饱和树脂
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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酚 醛
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喷涂
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不符合
|
否
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不符合
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呋 喃
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喷涂
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不符合
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否
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不符合
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高分子树脂一橡胶
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喷涂
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不符合
|
否
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不符合
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聚四氟乙烯聚三氟乙烯氯化聚醚
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热喷涂高温淬火水处理
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不符合
|
否
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不符合
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无机涂料
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喷涂
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符合
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否
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符合
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有机硅锌粉涂料
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喷涂
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符合
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否
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符合
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有机硅铝粉涂料
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喷涂
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符合
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否
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符合
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有机硅陶瓷涂料
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喷涂
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符合
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是
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符合
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低熔点玻璃
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喷涂
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符合
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是
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符合
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经过比较可以看出,有热喷涂Ti丝、SiCl12O3、Ti02-al2O3喷涂有机硅陶瓷涂料,烧结低熔点玻璃符合叶片防腐要求。
五、防腐方案及操作工艺
方案(一)喷涂耐腐蚀性好的金属或A12O3基陶瓷材料涂层
1、操作工艺
喷砂除锈Sa2.5级一Lg-2化学清洗一喷涂镍铝复合打底层一喷涂SiC-AL2O3、TiO2-AL2O3或Ti丝一抽真空浸封孔防腐材料。
防腐层整体厚度:200—300um
2、工艺性能
①喷砂除锈:粗化金属表面,提高粘接强度,喷砂后实际粘接面积比不喷砂粘接面积提高20%。
②Lg—2化学清洗:集脱脂、除油、化学清洗为一体,能和金属及非金属发生化学反应,改变界面的特性,使防腐层和金属之间的物理结合变为化学结合,大大提高防腐层与金属之间的粘接强度,且能起到应力松散层作用,减少由于温差应力对防腐层的破坏。
⑧喷涂镍铝复合打底层:复合化的组成元素之间发生放热反应,提高喷涂粘接温度,可与金属基体形成“微合金”结合,涂层致密,抗冲击和粘接力强,具有一定的韧性,结合强度在55Mpa以上,是高硬材喷涂的应力松散层和金属结合的过渡层。
④喷涂SiC-厶J20,、Ti02-A[203、T1丝:SiC陶瓷是——种非氧化物陶瓷,它和碳化钙,碳化钛等同属碳化物类。A1203是一种氧化物陶瓷,TiO2是一种金属氧化物,SiC-Al2O3和TiO2-Al2O3都属于Al2O3基的陶瓷喷涂材料。Ti丝属于金属材料,喷涂时需惰性气体保护,防止氧化,从耐腐蚀角度来看,三者均能满足抗腐蚀性:从耐磨角度出发,SiC-Al2O3>TiO2-Al2O3>Ti丝;从造价角度出发,SiC-Al2O3>Ti丝>Ti02-Al2O3。
⑤抽真空封孔防腐
热喷涂层是将熔融或至少软化的粒子,高速喷射到基体上,发生碰撞、变形、快速凝固,堆积等过程,最后形成涂层,所以在不同程度上有孔隙,对于耐磨而言,可不加考虑,而对腐蚀而言应进行封孔或增加喷涂层厚度,从综合性能来看,增加封孔层比增加厚度较为合理。抽真空封孔防腐;将叶片浸于液体防腐材料中,抽去热喷涂层孔隙中的空气,使液体防腐材料进入,达到封孔防腐的目的。封孔使用材料为有 机硅涂料。
方案(二)有机硅陶瓷防护涂层
1、操作工艺
喷砂除锈Sa2.5级一Lg--2化学清洗一喷涂有机硅陶瓷涂料一热固化。
2、工艺性能
喷砂除锈和化学清洗同方案(—)。
有机硅陶瓷涂料:
有机硅是介于有机和无机聚合物之间的聚合物,由于这种双重性,使有机硅聚合物具有一般无机物的耐热性、耐腐蚀性及坚硬性等特性。
有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质的涂料。
有机硅陶瓷涂料是有机硅树脂改性高分子树脂及低熔点陶瓷粉组成的耐热防腐涂料。
有机硅陶瓷涂料的特性:
(1)耐热性及防腐性
①有机硅高聚物中Si--O键的键能比普通有机高聚物中的C—C键的键能大,键能愈大,热稳定性愈好。
②在Si--O键中硅原子和氧原子的相对电负性差数大,因此Si--O键极性大,对Si原子上连接的烃基有偶极感应影响,提高了所联烃基对氧化作用的稳定性,比普通有机高聚物中这种相同基因的稳定性要高得多.也就是说Si--O--Si键对这些烃基基团的氧化,能起到屏蔽作用。
③有机硅高聚物中硅原子和氧原子形成d-p∏键,增强了高聚物的稳定性、键强,也增加了热稳定性。
④普通有机高聚物的C--C键受热氧化易断裂为低分子物,而有机硅高聚物中硅原子上所连烃基受热氧化后,生成的是高度交联的更加稳定的Si--O--Si键,能防止其主链的断裂降解。
⑤受热氧化时,有机硅高聚物表面生成了富于Si--O保护层,减轻了对高聚物内部的影响。
⑥在高温时涂层中的SiO2、颜料及低熔点陶瓷粉熔合热的具有保护作用的陶瓷涂层。
⑦Si--O--Si主链在350℃才开始断裂。
(2)有机硅陶瓷涂料技术性能
干燥时间:(200℃)h
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2小时
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柔韧性: ¢mm
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≤3
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附着力(划圈法)
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≤2级
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冲击强度:N·cm
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490.3
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耐温性
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-50℃-->300℃
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方案(三)烧结低熔点玻璃
1、操作工艺
喷砂除锈Sa2.5级--Lg—2化学清洗一烧结低玻粉
2、工艺性能
喷砂除锈和化学清洗同方案(—)
烧结低熔点玻璃:实际是将具有接近工业玻璃性质的耐腐蚀、耐磨物质,经过喷涂、熔融、成型等工艺复合到金属基体上,获得玻璃/金属复合物,形成的覆盖层基本上保留了玻璃的光洁、透明、致密无孔,化学稳定性高,耐腐蚀、耐磨、耐高温等特性。它与金属基体的粘结力达20Mpa,耐冲击强度良好,烧结低溶点玻璃只需400℃,温度较低,对金属基材性能不造成影响。
六、参考资料
《腐蚀数据手册》《腐蚀与防护手册》《实用粘接手册》《聚合物物理化学手册》《涂料工艺》《实用防腐蚀工程施工手册》《防腐蚀工程技术设计》《特种性能树脂复合材料》《非金属材料》《陶瓷工艺》《防腐蚀技术应用手册》《复合材料大全》《表面工程手册》《有机涂料科学与技术》《特种涂料》《实用粕接技术》《化学与粘合》《中国表面工程》《腐蚀科学与防护技术》《全面腐蚀控制》《功能材料》《化工设备与防腐》《石油化工腐蚀与防护》《电镀与涂饰》《热固性树指》《合成材料老化及应用》
咸阳粘接防腐研究所
2007年12月26日
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