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几种冷热喷涂金属涂层的防污性能研究

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几种冷热喷涂金属涂层的防污性能研究


0 引言

  海生物的附着污损将对船舶各方面性能造成明显的负面影响,比如减少船舶寿命,导致船舶表面摩擦力增大,使航速降低等[1]。在船舶的生产和维护过程中,防污涂料是应用最广泛的防污手段。但是以有机聚合物为主体的防污涂料在某些特殊情况下不能起到令人满意的效果。比如,海底门和海底格栅等海水流速很大、工况恶劣的部位,由于有机涂料自身涂膜强度的制约,高速海水的冲刷作用导致涂料受损剥离较快,严重影响其使用寿命。近十几年, 一种新型的喷涂技术——冷喷涂技术得到了广泛关注和快速发展。传统的热喷涂技术中,通常以燃烧火焰、电弧、等离子弧作为加热源,对粉末粒子或线材等原材料进行加热,使其被加热到熔融状态。 在熔融状态下,被喷涂粒子会在喷涂过程中发生相变、氧化或其他化学变化。与之相反,冷喷涂技术可以在相对较低的温度下使金属颗粒发生沉积并形成涂层,因此该工艺可以应用于温度敏感和相变敏感材料。此外,冷喷涂涂层相比于各种热喷涂涂层以及有机涂料,还具有硬度较高、组织致密、与基体间的结合力强等优点,预期应用在特殊工况部位以达到长效防污效果。本试验通过冷喷涂、 低压冷喷涂和电弧喷涂技术制备了3种金属防污涂层,并在铜离子渗出率和硅藻附着试验两个方面考察了其防污能力。

1 试验

1.1 涂层制备与加工

  本试验采用冷喷涂技术以及低压冷喷涂技术分别制备了2种纯铜涂层,喷涂原材料为纯铜颗粒。此外,采用电弧喷涂技术制备了黄铜涂层,喷涂原材料为黄铜颗粒。3种涂层的基体均为Q235钢。将制备好的涂层切割成15 cm×20 cm的试样。将试样浸泡于丙酮中,超声清洗3次,然后用毛刷蘸取丙酮,刷去涂层表面残留油污。使用环氧腻子对涂层试样进行封闭,将试样背面及侧面包覆封装,预留出14 cm×18 cm的涂层。待环氧腻子干燥后,将试样置于干燥箱中备用。

1.2 防污性能试验

  涂层的防污性能试验分为两部分,铜渗出试验和硅藻附着试验。试验步骤参考GB/T 6824—2008《船底防污漆铜离子渗出率测定法》。

2 结果与讨论

2.1 铜渗出率

   3种涂层在浸泡初期,铜渗出率均很大,随着浸泡时间延长,其值在逐渐减小。3种涂层均在10 ~ 20 d达到渗出率稳定状态,冷喷涂铜涂层稳定在20 ~ 30 μg/(cm2·d),低压冷喷涂铜涂层稳定在10 ~ 20 μg/(cm2·d),电弧喷涂黄铜涂层在10 μg/(cm2·d)上下波动。

  整体来看,铜渗出率的大小关系为:电弧喷涂黄铜涂层<低压冷喷涂铜涂层<冷喷涂铜涂层。一般认为,铜防止不同海生物附着的最小临界渗出率不同。渗出率大于10 μg/(cm2·d)时可抑制藤壶附着;10 ~ 20 μg/(cm2·d)时可抑制水螅、水母;20 ~ 50 μg/(cm2·d)时....


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