无机磷酸盐重防腐底漆(垃圾转运车 “无磷化无甲醛” 防腐处理新工艺)

Posted 2023-05-28

篇首语：人总要找点事情做，让自己忙起来，忙起来才知道生活不易，才明白平时的忧伤都是矫情。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了无机磷酸盐重防腐底漆(垃圾转运车 “无磷化无甲醛” 防腐处理新工艺)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

无机磷酸盐重防腐底漆(垃圾转运车 “无磷化无甲醛” 防腐处理新工艺)

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1.1 课题研究背景

环保产业与高端装备制造、新能源、新材料等七个产业已经被列入“十二五”中国的战略性新兴产业被加速推进，环境保护作为发展低碳、循环、绿色经济的核心元素，成为我国调整产业结构和促进经济发展的关键。 “十三五”期间环保产业产值达到 5万亿。2015 年中国节能环保产业总产值达到 GDP 的 7%—8%，已经成为新的支柱产业。

垃圾车是用来收集、运输垃圾的环卫专用车辆，经常被用于市政环卫工作及厂矿垃圾运输工作中，也可用来运输矿石、煤炭等。现今社会，垃圾车的地位已经越来越重要。首先，随着城市化的进行，城市规模越来越大，人口越来越集中，每日垃圾的产生量也越来越多，但是城市越来越拥挤的前提下，城市内部能够用来处理垃圾的场地越来越少。垃圾车的出现解决了这一问题，通过垃圾车的运输，可以将垃圾运出城市到更远处的垃圾场进行处理。其次，垃圾车的出现也大大减轻了环卫工作人员的工作强度和工作压力。再次，垃圾车作为一种产品形成的产业，对经济发展也有着促进作用，带动了相关产业的发展，增加了就业等。所以说，垃圾车在现代社会发展的前提下已经显得越来越重要。对我国来说，尤其如此。

常用的垃圾车可分为以下几种：压缩式垃圾车、摆臂式垃圾车、勾臂式垃圾车、挂桶式垃圾车等。压缩式垃圾车多采用机电液一体化技术，通过机、电、液控制系统整合填装器、推伊等专用装置，实现了对垃圾的装入箱体、压缩等动作。

压缩式垃圾车具有质量利用系数高、密封性能良好、适用于长距离运输垃圾等优点，到八十年代时，整个欧洲全部使用了压缩式垃圾车。

然而，压缩式垃圾车中车箱内壁经受机械摩擦和垃圾渗沥液的腐蚀等多重作用影响，极易发生腐蚀，影响箱体寿命。

1.2 城市垃圾渗沥液构成及其腐蚀特性

垃圾转运车的腐蚀问题已引起广泛关注。生活垃圾物理特性。城市生活垃圾是由固体、液体和气体三部分组成的三相松散体。其中的固体构成骨架，骨架之间贯串着孔隙，孔隙中充填着液体和气体。

随着地点、季节和温度的变化，都会引起垃圾中三相比例的变化。它的重要物理特性包括容重、含水率、粒度尺寸、产生量、成分和压实度等。这里不作详述。

垃圾渗沥液中不但溶解有大量的无机化合物，还含有硫化氢、氨、硫醚、胺、醛、脂肪酸等挥发和类挥发性有机化合物[1]，有着很强的腐蚀性和恶臭味道。

垃圾转运车的箱体直接与垃圾和渗滤液接触发生液体腐蚀和气体腐蚀。垃圾转运车箱体的主要材料通常采用Q235普通钢，由于垃圾的腐蚀性很强，箱体实际寿命很短，所以从经济的角度考虑，对垃圾转运车箱采取防腐措施是十分必要的[2]。垃圾压缩设备的推板和垃圾本身都对箱体产生摩擦，因此，箱体内表面不仅要耐腐蚀，还要具有较好的耐磨性能。目前大量工作主要集中于钢铁材质本身在各种介质中的耐蚀性能研究[ 3-5] 。

1）气相物质对金属的腐蚀。垃圾及渗沥液中的有机物能分解并产生多种气体，其成分主要有CO2、CH4、H2S、N2、H2 以及微量气体[6]。因垃圾发酵温度较高，夏季可达40~50 ℃，渗沥液极易挥发，挥发物中含有多种有机酸和CO2。正常情况下腐蚀性气体的浓度并不高，因此，气相物质对金属的腐蚀不占主导地位。

2）液相物质对金属的腐蚀。渗沥液发酵时间短，低碳有机酸（如乙酸、乳酸）含量高，累计达5 590 mg/L，呈偏酸性，pH 为4. 3~5. 2[7]。理论上，由于液-固二相的传质速度较快，且渗沥液中的腐蚀性物质浓度较高，因此，渗沥液与金属的直接接触所导致的腐蚀占主导地位。

3）氯离子的腐蚀。渗沥液中Cl-对金属腐蚀不容忽视。监测数据表明，垃圾池渗沥液中Cl-浓度可达150~4 500 mg/L[8]。Cl-是一种渗透力极强的腐蚀介质，它接触金属表面时，便迅速破坏金属表面的钝化层，即便在强碱性环境中依然会引起点锈腐蚀。这种水并非纯水而是含有杂质的电解液，电化学作用加速锈蚀。当Cl-渗透到金属表面，Cl-浓度较高的局部保护膜被破坏，成为活化态。在氧和水充足的条件下，活化的金属表面形成一个阳极，未活化的金属表面成为阴极，结果阳极金属铁溶解，形成腐蚀坑，一般称这种腐蚀为点腐蚀。

1.3 涂装表面前处理

目前对于箱体采用的防腐措施主要为涂装，在涂装前需要进行表面前处理。表面前处理的目的及意义在于提高零部件基材对涂层的附着力，增强材料的耐腐蚀性能。因此要获得高质量的产品，就必须严格涂装前的表面处理作业。通过前处理使工件达到下列要求：①无油污及水分；②无锈迹及氧化物；③无酸、碱等残留物；④工件表面达到一定的粗糙度。工件表面前处理合格后，经干燥除去水分，才可进入涂装 ( 阴极电泳前不一定干燥除去水分 ) 。

除油、除锈、磷化处理是最基本的前处理方法，具体为：脱脂 → 二道水洗 → 酸洗→表调处理 → 磷化 → 二道水洗 → 去离子水洗。磷化是中心环节，除油和除锈是磷化之前的准备工序，因此，在生产实践中，既要把磷化工作作为重点，又要从磷化质量的要求出发，抓好除油和除锈工作，尤其要注意他们之间的相互影响。

除油和除锈是磷化之前的两个基本工序，相对而言，油比锈的危害性大，而且有油的工件直接影响除锈速度。所以，除锈应在除油的基础上进行，但对于油少锈多的工件也可以将除油与除锈两个基本工序合二为一，在一个槽中同时完成除油除锈工序，可缩短生产线，降低设备和厂房投资费用，但处理质量不如分槽好，对要求不高的场合可采用。采用此工序后，除油剂也应选择酸性药剂和除锈剂配套使用。除锈仍采用盐酸，盐酸除锈速度快，除锈干净彻底，对氧化皮也有很好的去除功能，且又是常温使用，弊病是盐酸除锈酸雾较大，有害健康，环境污染严重。随着工业的发展，环境保护和劳动条件的改善已成为人们共同关心的问题。因此，在选择药剂时应考虑环境保护的需要。所以选择除油剂时要求配制简单，去污能力强，不含常温下难清洗的氢氧化钠，硅酸盐，OP 乳化剂等成分，常温下易水洗，不含毒性物质，不产生有害气体，劳动条件好；选择除锈剂时要求内含促进剂，缓蚀剂和抑制剂，提高除锈速度，防止工件产生过腐蚀和氢脆，能较好地抑制酸雾。

尤其值得重视的是酸雾抑制，酸洗除锈过程中产生的酸雾，不仅腐蚀设备和厂房，污染环境，而且可引起人们牙齿腐蚀，牙结膜发红，流泪，疼痛，咽喉干燥，咳嗽等症状，所以，有效抑制酸雾，不但是环保的需要，也是保护员工健康的需要。

除油除锈后的水洗，虽然属于涂装前的辅助工序，但同样需引起足够的重视。除油除锈后工件表面易附着某些非离子表面活性剂及 CL-等。这些物质若清洗不彻底，就会引起磷化膜变薄，产生线状缺陷，甚至磷化不上。因此，要提高除油除锈后的水洗质量。须经多次漂洗，采用两道水洗，时间 1-2min，并经常更换清水，保证清水 PH 值在 5-7 之间。

磷化是指把金属工件经过含有磷酸二氢盐的酸性溶液处理，发生化学反应而在其表面生成一层稳定的不溶性磷酸盐膜层的方法，所生成的膜称为磷化膜。磷化膜的主要目的是增加涂膜附着力，提高涂层耐蚀性。磷化的方法有多种，按磷化时的温度分，可分为高温磷化（90-98℃），中温磷化（60-75℃），低温磷化（35-55℃）和常温磷化。

为提供良好的涂装基底，要求磷化膜厚度适宜，结晶致密细小。中、高温磷化工艺，虽然磷化速度快，磷化膜耐蚀性好，但磷化膜结晶粗大，挂灰重，液面挥发快，槽液不稳定，沉渣多，而低、常温磷化工艺所形成的磷化膜结晶细致，厚度适宜，膜间很少夹杂沉渣物，吸漆量少，涂层光泽度好，可大大改善涂层的附着力、柔韧性、抗冲击性等，更能满足涂层对磷化膜的要求。值得注意的是，过去没讲究，实际上怎样？一直认为磷化膜厚，涂装后涂层的耐蚀性高，磷化膜本身在整个涂装体系中并不单独承担多大的耐蚀作用，它主要起到使漆膜具有强粘附性，而整个涂层系统的耐蚀力则主要取决于漆膜的耐蚀力以及漆膜与磷化膜的优良配合所形成的强粘附力。

磷化液一般由主盐、促进剂和中和剂所组成。过去使用的磷化液，大多采用亚硝酸钠（NaNO2）作促进剂，但 NaNO2在磷化液中有很大危害：一是影响磷化液的稳定性，NaNO2在酸性条件下极不稳定，在极短的时间内就分解了。因此，不得不经常添加。NaNO2 的这种特性，往往引起磷化液的主盐不稳定，磷化液沉淀较多，磷化膜挂灰严重，槽液控制困难，磷化质量不稳定；二是 NaNO2是世界公认的致癌物质，长期接触危害人体健康，环境污染严重。解决的方法：一是减少 NaNO2的用量；二是寻找替代物。

磷化膜的钝化技术，在北美和欧洲国家被广泛应用，采用钝化技术是基于磷化膜自身特点决定的，磷化膜较薄，一般在 1-4g/m2，最大不超过 10g/m2，其自由孔隙面积大，膜本身的耐蚀力有限。有的甚至在干燥过程中就迅速生黄锈，磷化后进行一次钝化封闭处理，可以使磷化膜孔隙中暴露的金属进一步氧化，或生成钝化层，对磷化膜可以起到填充、氧化作用，使磷化膜稳定于大气之中。

对磷化膜进行干燥处理，可起到两个方面的作用，一是为下道工序涂漆作准备，以除去磷化膜表面的水分，二是进一步提高涂装后膜的耐蚀性。总之，现有的涂装前处理往往需要上述多道工序，以保证涂装质量与防腐效果。

1.4 防腐涂料涂装特点

耐磨防腐涂料中广泛使用环氧树脂，研究证明在海洋环境中厚涂环氧树脂(3 000～6 000 btm)具有很好的防腐蚀效果。

底漆一般采用厚涂底漆或防锈底漆，如无机富锌底漆、环氧富锌底漆和环氧云铁底漆等；中间漆和面漆一般采用氯化橡胶、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或乙烯树脂涂料。如无机富锌底漆、环氧厚涂中间漆和聚氨酯面漆组成的配套体系具有耐候性强、耐化学介质腐蚀和易清洁等特点，在世界多海域的石油平台上达到的防护效果在15年以上。玻璃鳞片涂料是以耐腐蚀树脂如环氧、聚氨酯、氯磺化聚乙烯等为主要成膜物，热固性树脂里填充已特殊处理的鳞片状玻璃，再加上各种添加剂组成的厚浆型涂料。由于玻璃鳞片涂料具有优异的耐腐蚀和抗渗透性，且耐磨损，施工简便，易于修补，作为一种近年发展很快的环境友好型防腐涂料既不含贵金属又不含有毒成分，同时该涂料具有极其优异的防腐性能，在各个行业均有大量应用，特别是在各种海洋工程设备和海上石油平台中应用更为广泛。

1）环氧树脂涂料。可按形态分为乳液型、溶剂型和无溶剂型。通常由环氧树脂和固化剂2 种组分组成。溶剂型环氧树脂通常黏度较小（相对于无溶剂的环氧树脂），可以有效地渗进基材。乳液型环氧不具有渗透性。环氧树脂具有极优的耐化学、耐磨和抗碳化性能，但是环氧树脂在UV光的照射下很容易粉化。

2）聚氨酯涂料。可以是单组分（湿气固化）或者双组分的，可以形成柔韧性好、抗碳化、极优的耐UV 性能和耐磨性、耐溶剂性优异的涂层。一般来讲，双组分体系的性能比单组分好。

3）丙烯酸树脂类涂料。具有清漆颜色浅、色漆有良好的抗碳化性能、耐久性良好、优异的耐UV 和防尘性能，使用寿命可以达到15 a 以上。缺点是柔韧性差。传统的办法是外加增塑剂。柔性的丙烯酸树脂（即内增塑）具有传统的丙烯酸涂层的所有优点，而且涂层在初始裂纹为0～3 mm的情况下仍然具有良好的呼吸性、抗碳化、UV稳定性。

垃圾转运车内壁防护性要求大于装饰性要求。但国内企业因成本控制需要，目前多数追求外观短期装饰性，忽视内在的防腐要求，主要表现在不重视前处理，仅关心涂层的出厂质量。

　涂装工艺未形成行业标准，工艺复杂、工序差别较大。目前工程机械普遍采用部件面漆化涂装方式，部件涂装线差别较大。零部件涂装污染严重，环保性材料应用较少；零部件涂装污染物的处理设施不全；零部件生产成本相对较高。　与汽车涂装相比，企业工艺、设备管理水平相对较低，企业标准执行不严谨，部分企业劳务外包，工人操作随意性强。

1.5 目前车体常用材料防腐措施

这里对于常规车体的防腐略作补充介绍。

1.5.1 材料表面保护措施

1）建议发动机罩盖、车门面板和左右翼子板等部位采用7～10 μm 厚的镀锌钢板。

2）发动机舱内的制动管路及一些关键零部件的油管采用镀锌+PVF 涂层进行表面处理可增强耐蚀性。

3）汽车的排气/消声系统尽量选用耐腐蚀性强的不锈钢材料，特别是顾客容易查看的排气管尾端。

4）非金属材料必须选用耐候性好的材料。

5）紧固件表面应进行腐蚀防护处理，根据具体使用情况及载荷情况选用合适的处理方式。

1.5.2 涂装工艺防腐蚀处理

1）严格选择涂装前处理材料和涂料，加强涂装工序全过程的管理，保证涂层满足要求；另外可采取一些工艺措施，例如在白车身底部适当开一些工艺孔，以提高涂装前处理质量和电泳漆通过内腔部位的泳透力。

2）用密封胶密封焊缝，能有效防止缝隙腐蚀；在锐边处使用折边胶，在增加翻边强度的同时，还能防止因腐蚀介质渗入引起的缝隙腐蚀。

3）在无法封闭的空腔内部及发动机舱喷涂防腐蜡，能大大提高这些部位的防腐能力。

1.6 防腐处理新工艺的研发 @迪新材料科普南乔

　从产品质量上讲表面处理能够提高零部件的耐腐蚀性能，延长零部件使用寿命外。同时表面处理质量的好坏将直接影响产品零部件外观形象，并是展示企业总体制造水平的最直接的体现之一，也是产品竞争力最直观的因素之一。

　从生产工序上讲表面处理是产品零部件（结构）承上启下（装配），时起运物流输送方式决定了工厂的现代化水平，并对企业的总平面布置产生决定性影响。

　从企业项目建设过程中来说表面处理工序是对整个项目土建基础及公用系统不同方案变化影响最大，如表面处理设计考虑不周，将带来大量的更改，影响整个项目实施的进度和造价。

　从环保及节能上讲表面处理作为企业的能源消耗大户，经济成本合理的优化方案将可以达到性价比最优，极大的降低企业生产运行成本。

综上所述，在原有复杂的涂装及前处理工艺基础上，拟分别引入更为环保和有效的两大工艺：一是水性纳米带锈转化前处理工艺取代原有繁琐的除油除锈磷化工艺；二是采用无机-有机互穿网络耐磨防腐涂料。二者配合极速提高箱体内壁的耐磨性能。具体内容详述如下。

水性纳米带锈转化前处理工艺@迪新材料科普南乔

受施工条件的限制，对于金属表面处理难以采用机械化施工方法，只能采用手工或电动工具进行除锈，其结果必然有铁锈和各种腐蚀产物的残留，导致除锈质量难以得到保证、施工艰难、费用巨大。除锈是一种十分繁重的工作，既耗费大量工时又增加费用。据报道钢板涂装费用分配比例为：表面除锈42％，施工30％，涂料19％。目前国内钢材防腐依然沿用喷砂后进行涂装的老工艺，虽然防腐效果较好，但喷砂、抛丸工艺也存在着复杂结构件有死角、耗费电能高、粉尘污染、噪声污染、成本高等诸多缺点，故开发能够直接在锈面上涂覆涂料的前处理工艺是非常必要的。不需要处理碱洗酸洗磷化废液，直接涂覆于金属基材表面，并完成转化粘结功能。

酸洗工艺？酸洗处理工艺的采用也带来如下的一些问题：

（1）大量消耗钢铁材料和酸

　　在酸洗的过程中，有的主要通过酸与铁皮的化学反应，溶解相应的金属氧化物的溶解作用来除去铁皮。有的，如使用硫酸进行钢材酸洗时，还要借助于酸与钢铁发生化学反应产生的氢气泡的剥离作用来除去氧化铁皮。因此在酸洗过程中，大量消耗酸是必然的。虽然在酸洗中使用酸洗缓蚀剂可以降低钢铁的金属消耗，但是仍有相当量的金属铁损失掉。

（2）可能降低钢材的物理性能

　　在酸洗过程中，金属铁和酸之间发生化学反应并产生氢气。由于酸洗液中的氢的化学位高于被酸洗的钢材中氢的化学位，生成的氢会渗入钢中并积存起来造成氢脆，从而影响钢材的机械性能或以后的加工处理。

（3）会带来一系列的环境污染问题

　　采用酸洗工艺对钢材或零件进行表面处理，由于钢材的品种、产品的规格和生产的规模各不相同，从而造成了在生产装备和生产环境方面有着很大差别。如酸洗槽体的密封、对生产设备的腐蚀、酸洗车间的通风排风、酸雾的排出和处理以及污水的处理和排放等方面，处理方法和处理水平相差悬殊。从而会带来许多环境保护方面的问题，而需要一一加以处理和解决。

（4）废酸和铁盐的处理问题

钢铁的酸洗在消耗大量金属铁的同时还产生大量的废酸液与相应的酸和氧化铁或生成的铁盐溶液。为了回收和利用这些废酸液和铁盐，需要较大的投资来建设相应的回收和处理设备。特别是对于一些小型的、小批量的钢铁件进行酸洗处理时，往往会出现酸洗废液难以集中进行处理的情况，一旦发生直接排放的情况，就会对对环境造成严重污染。

项目团队可以结合现有生产工艺开发专门用于垃圾车箱体内壁的涂层前处理工艺。拟开发的前处理工艺直接将金属表面部分氧化皮连同金属基体转化成稳定的螯合物保护膜，取代现有繁琐的一系列涂装前处理工艺。其显著特点是环保、省工、省时、省钱。