「原创」重防腐用不锈钢鳞片的制作及在涂料中的应用

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上海市机电设计研究院有限公司 　　东建中　

ShanghaiInstituteofMechanicalandElectricalEngineeringDongJianZhong

　　摘要：本文介绍了不锈钢鳞片粉的制作工艺以及用不锈钢鳞片粉配制的重防腐涂料的应用，目前，国内已有不少涂料厂商推出不锈钢鳞片重防腐蚀涂料，在黄河小浪底、东海大桥等工程上，已得到了应用。

　　关键词:不锈钢鳞片重防腐鳞片涂料雾化制粉球磨

1前言

鳞片粉末由于其特殊的性能，在涂料中得到广泛的应用。鳞片填料对于大幅度提高防腐蚀涂料的耐蚀性能起到了关键作用。目前，国内外生产的重防腐蚀涂科普遍采用玻璃鳞片和不锈钢鳞片。不锈钢鳞片粉，因其优越的耐蚀性能、比其它鳞片粉更高的机械强度、以及明亮的金属色泽，常被用作保护重要金属构件的重防腐涂料和建筑物的外墙装饰涂料。　

2不锈钢鳞片的制作工艺和性能

不锈钢是一系列在空气，水，盐的水溶液，酸以及其它腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢种。在空气中耐腐蚀的钢称为不锈钢，在各种腐蚀性较强的介质中耐腐蚀的钢种称为“耐酸钢”。通常，我们把不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢，或简称为不锈钢。根据习惯用法，不锈钢一词常包括耐酸钢在内。用作制作不锈钢鳞片的，主要是和不锈钢。

2.1不锈钢鳞片的化学成份：(wt%)[1]

2.2不锈钢鳞片的形状：一般为近似圆形的片，周边开裂不完整。当采用球磨方式生产时，如选用-目的不锈钢粉加工成的片，其直径微米，片的厚度0.5；如果选用的是-目的不锈钢粉加工成的鳞片，其直径微米，片的厚度0.5。如果需要直径和厚度更小的不锈钢鳞片，通过调整生产工艺就可达到。如果采用轧制的方法加工成的不锈钢鳞片，其形状为长条形的，性能比较差，一般不采用。目前市场上出售的不锈钢鳞片，每公斤价格在一百二十元，尽管国内很容易找到不锈钢粉末原料，作为商品的国产的不锈钢鳞片粉还是很少见的，市场上主要是进口的不锈钢鳞片粉。其实，国内早在二十年前，就已制作出了不锈钢鳞片粉。

2.3不锈钢鳞片的制作分为二步：首先采用雾化方法制成不锈钢粉，可采用的方法有水雾化法和气雾化法，[1][2][3][4]其工艺流程为：

选用不锈钢原料——中频感应炉内熔化——成份调整——脱氧除渣——雾化制粉——质量检测——筛分——包装入库

　　国内制作不锈钢粉末企业主要用到的设备有：中频感应熔炉、高压水泵或高压氮气源、全封闭式雾化制粉装置、循环水水池、操作平台、筛分和包装设备、检测仪器等。生产场地一百多平方米，KVA电力，四至五个工人，总的设备投入约三十万。不锈钢粉的制作过程为：首先精选原材料，为节省成本，生产厂家主要是采用废的不锈钢原料生产不锈钢粉的，这就是为什么不锈钢粉的品种较少的原因之一。在对废料进行除油、清洗、烘干后，进中频炉熔化成不锈钢液。不锈钢在常温下抗腐蚀的能力很强，但在高温时就不一样了，是相当容易氧化的，如果在制粉过程中不采取措施，制得的不锈钢粉就会氧化变黄，严重地表面发黑，氧化了的不锈钢粉对后继产品的质量会产生不好的影响。

在制得了细的不锈钢粉末后，接下来是将不锈钢粉制成不锈钢鳞片，可采用的制作工艺有轧制或球磨，多数采用球磨方法。不锈钢鳞片粉的制作工艺流程为：

选用不锈钢粉末原料——助剂、保护剂、溶剂——球磨或轧制——分级、压滤——质量检测——包装入库

球磨方法制作不锈钢鳞片粉的生产过程为：根据所选用球磨机的容量，称量好不锈钢粉和需要加入的助剂、保护剂、表面光亮剂、溶剂，将材料加入球磨机中球磨，球磨的时间根据最终产品的细度确定，细的产品所需的时间长，必要时，在球磨中间还须补加助剂。

3鳞片金属粉末在涂料中的防腐机理

不同材质的片状金属粉，在涂料中的防腐机理是不尽相同的，例如加入片状锌粉和铝粉和铬酸组成的耐腐蚀涂料--达克罗（锌铬膜）水性涂料[5]，其防腐的机理是：该涂层在腐蚀环境下，涂层中的锌、铝粉与基体间会形成无数个原电池，即先腐蚀掉电位较负的锌、铝盐类，直到它们被消耗后才有可能腐蚀至基体本身，属于锌、铝的受控牺牲阳极保护作用之上的涂层，所以它的防腐能力与膜的厚度成正比。

以鳞片状不锈钢粉组成的涂料，不锈钢鳞片在涂层中与基料紧密结合，形成相互平行、重叠排列的鳞片，一层层覆盖在金属基体的表面，形成有效地阻止介质侵入的屏障，产生迷宫效应，迫使介质迂回侵入，难以接触到金属基体，从而大大延长了被保护基体材料的使用寿命，保护了基体。同时，由于不锈钢鳞片本身能形成防腐效果很好的钝化膜，此钝化膜在受到机械损伤后能够自行修复。

4不锈钢鳞片涂料的制作及使用

重防腐蚀涂料，又称之为高性能防腐蚀涂料或者长效防腐蚀涂料，是指能够在恶劣的腐蚀环境下长期(一般指10年以上)使用的一种涂料。不锈钢鳞片涂料主要用于制作重防腐涂料，重防腐涂料是以极薄的鳞片(玻璃鳞片、不锈钢鳞片等)作增强材料，以树脂作粘结剂所制成的一种高效能防腐涂料，其结构具有独特的抗渗性能。目前国内外生产的重防腐蚀涂料一般都是鳞片涂料。不锈钢鳞片作为一种性能优异的材料，在重防腐涂料中起着主力军的作用，其制作的工艺流程为：

环氧树脂、助剂、填料的混合——》不锈钢鳞片、溶剂——》涂复——》涂层质量检查

不锈钢鳞片重防腐蚀涂料的组成

不锈钢鳞片重防腐蚀涂料，一般由树脂、助剂及不锈钢鳞片所组成，下面为一例：

4.2制备:在混合器中，加入环氧树脂、氧化锌、溶剂，充分混合。不锈钢鳞片涂料应采取以下分散步骤：细心加入全部不锈钢鳞片，慢慢加入溶剂或稀释树脂，让不锈钢鳞片浸渍1-2分钟，最好用浆式搅拌器以极低剪切力搅拌约5分钟，在分散过程中必须避免高机械力。将混合好的不锈钢鳞片加入到树脂中混合，在使用之前加入固化剂混合均匀。

4.3涂复:对于要涂复的对象的表面必须进行除油除锈的处理，可采用喷砂或其它能达到除油除锈要求的处理方法。[6]本涂料可应用在石油化工管道、海洋钻井平台、大型闸门、船舶、污水池、煤气柜等地方。

5不锈钢鳞片与玻璃鳞片的比较

目前在重防腐涂料中，常用的鳞片状材料有云母粉、云母氧化铁、片状锌、片状铝、不锈钢鳞片等，其中玻璃鳞片应用较广。由于玻璃属于脆性材料，薄化比较困难，玻璃鳞片的厚度一般在三到八微米。不锈钢鳞片比玻璃鳞片柔软，厚度薄，一般小于一个微米，并且与环氧树脂的相容性好，附着力强，在涂层中呈多层鱼鳞状排列，在涂层中阻碍外来介质的侵蚀作用要比玻璃鳞片强。同样的，不锈钢鳞片因为具有金属固有的特点，所以其机械性能、耐磨性能、抗冲击性能比玻璃鳞片好。

不锈钢鳞片涂料用于重防腐涂料中，由于其本身的优良耐蚀性能，它的加入增强了涂层的耐化学药品性以及抗老化的性能，同时增强了涂层耐磨耐温度变化的性能。不锈钢鳞片在涂层中与基体相互平行叠加排列，形成致密的防渗透层。据测算，在一到二毫米左右厚的涂层中不锈钢鳞片层的分布可达到上百层，延长了介质渗透扩散的路程，使得介质须经过弯弯曲曲的路径才能渗透扩散到金属基体的表面。不锈钢鳞片在涂层中形成了无数的微小区域，将环氧树脂中的微裂纹、微气泡切割分离开来，减少了涂层与金属基体之间的热膨胀系数之差，降低了涂层硬化时的收缩率以及涂层内部的应力。抑制了涂层龟裂、剥落，提高了涂层的粘结力和抗冲击性。

6不锈钢鳞片在涂料中的应用

重防腐涂料耐蚀性能优良、施工简便、使用年限长、维护费用少，此项技术在近二十年来受到美、英、日、德等发达国家的普遍重视，如日本富士树脂株式会社、德国BASF公司等已开发出多种性能良好的重防腐蚀涂料，并广泛应用于原油贮罐、化工设备、海上钻井平台、地下管道、桥梁、船舶、集装箱、机车车辆、大型河闸、跨海大桥、大型海轮油管、油罐、输变电设备、电力脱硫设置等方面，[7]均取得了明显的经济效果。例如作为我国第一座真正意义上的跨海大桥，连接上海与洋山港的东海大桥，跨波踏浪横卧在东海上，日日夜夜承受着海风海浪的侵蚀，，桥梁支座如何躲避海水之害？材料专家们动足了脑筋，除了采用特殊的耐候钢为原材料，外面则为支座涂覆了特制的不锈钢鳞片重防腐涂料，能保护支座不受风、雨、潮的腐蚀，确保大桥的使用寿命。国内的高校、研究所、企业开展重防腐涂料的研制已有十余年历史，开发出了一批不同品种的重防腐涂料，应用于石化、船舶等行业，取得了一定的经济效益，国内目前在进行重防腐涂料研制和生产的主要有：中船总公司六院、中国石油天然气总公司的管道科学研究院、深圳的高鼎涂料化工有限公司、中国科学院金属腐蚀与防护研究所、中国航天科工集团三院三十一所、冶金部建筑研究总院、华东理工大学、化工部涂料研究所等单位。

参考文献

[1]上海市机电设计设计研究院合金粉末实验厂出品

[1]东建中，水雾化合金粉末生产工艺,上海工程技术大学学报（自然科学版）第5卷第2期

[2]东建中，高压水雾化法生产低含氧量金属粉末的实践,年全国热喷涂技术经验交流会论文集，P38

[3]东建中，金属粉末的二流雾化法制造工艺,金属世界，年第4期，P12

[4]东建中，水雾化法制造超细金属粉末的工艺与设备,第五届华东地区焊接技术交流会（山东*济南）-上海市论文集，P97-98

[5]东建中锌铬膜涂覆工艺简介《材料保护》110P55

[6]叶扬祥潘肇基涂装技术实用手册0.6P

[7]卢绮敏.石油工业中的腐蚀与防护.北京：化学工业出版社，1.　P51

作者：东建中　男　工程师，上海机械工程学会会员　上海机电设计研究院有限公司　

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