机械式停车设备表面处理工艺的探讨.docx

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机械式停车设备表面处理工艺的探讨

机械式停车设备

表面处理工艺的探讨

一、综述

二、钢铁表面预处理工艺

三、钢铁表面处理工艺

四、结论

五、参考文献

随着城市化进程的迅猛发展，随着人民生活水平的日益提高，城市车辆飞速增长。

居民拥有的私家车越来越多，又加之生活区、购物区、公务区、景点区处在城市建筑密集的地段，车辆停放成了城市的难题。

据统计，目前我国共有轿车等几百万辆，这个数字还在随着生活水平的提高与日俱增，而目前我国停车泊位只有几十万个。

在土地资源紧缺的市区，大力发展城市立体停车设施是急待解决的问题。

从事停车行业研究的专家指出，“解决城市停车难应该充分利用地下空间发展地下停车场，特别是立体停车业”。

立体停车设备安装地域广泛，且制造材料95%涉及钢铁材质，因此，钢铁的防锈、防蚀涂装质量成为决定立体停车设备全面质量好坏的重要方面之一。

产品外观质量不仅反映了产品防护、装饰性能,而且也是构成产品价值的重要因素。

立体停车设备防锈、防腐蚀涂装工艺一般可分为涂装前表面处理工艺和防锈底漆涂装工艺。

据英国英国帝国化学公司介绍，涂层寿命受3方面因素制约：

表面预处理占60%，涂装方式占25%，涂料本身质量占15%。

由此可知，立体停车设备防锈涂装质量在很大程度上取决于表面预处理方式和涂装工艺的好坏。

钢铁表面的预处理大致分为两种——化学方法和物理方法。

◆化学预处理法工艺流程：

除油→二道水洗→化学除锈→表面调整→磷化→二道水洗→去离子水洗→钢铁表面处理工艺（其中除锈和磷化工艺通常合并为除锈磷化工艺）；

◆物理预处理法工艺流程：

物理除锈→钢铁表面处理工艺。

化学预处理法：

低温除油工艺

Ø定义：

传统碱性除油工艺通常将除油液温度加至60～90℃,过程需大量能源,挥发的碱雾危害人体健康,除油效率低,除油不彻底,废水处理费用高等问题。

低温除油工艺,对钢铁工件的除油可以在室温条件下进行,从而达到节能、降耗、减污的目的。

Ø低温除油工艺特点：

除油温度20℃（或10-20℃）；时间10min（或30min）；成本约0.095元/㎡，各项性能指标均达到国家标准。

化学除锈：

Ø化学除锈定义：

化学除锈是一种利用化学反应将金属表面氧化物等有害介质去除的过程。

Ø化学除锈磷化特点：

处理温度45-50℃，能生成完整、均匀、附着力好、耐蚀性强的银灰色或灰黑色磷化膜，膜层致密、均匀。

防腐层未经任何封闭处理的试件，浸于3%NaCl溶液中，温度25±2℃，浸泡1小时后，膜层完整，基体金属无腐蚀；经处理的产品放置于室内几个月不锈蚀。

经优化的除锈磷化液不燃、不爆、无刺激性气味，操作安全，溶液不会影响金属材质性能。

不但能除去结构件表面的油污、氧化皮和铁锈，而且又能生成具有防腐性的磷化膜。

降低了生产成本，缩短操作时间，提高了生产效率和经济效益。

物理预处理法：

☐物理除锈定义：

物理除锈是一种利用物理作用将金属表面氧化物等有害介质去除的过程。

除锈的主要目的是去除不能牢固附着于钢铁表面的氧化物，阻止钢铁的进一步腐蚀，对后续的涂装良率及日后图层是否能有效保护钢铁极为重要。

☐物理除锈方法：

物理除锈方法可分为手工工具除锈、动力工具除锈、喷射除锈和高压水除锈等方法。

这些除锈方法在钢结构表面所能达到的表面清耐高温漆洁度和表面粗糙度是大不相同的。

（附表格）

除锈方法

工具

劳动强度

生产效率

除锈效果

可除去物

手工除锈

钢丝刷、刮刀、铲刀、凿刀、铲锤和纱布等简单工具和人力

大

低

差

钢结构物表面的较疏松的铁锈和与钢表面结合不牢的氧化皮

动力工具除锈

以电动机带动或以压缩空气驱动的除锈工具

中

所有松散的氧化皮、锈斑和其他有害介质

喷射除锈

喷射除锈设备

低

高

优

钢结构表面的铁锈、氧化皮及其他污物，并使刚接欧股表面获得一定的表面粗糙度

高压水除锈

高压水除锈设备

低

高

优

钢结构表面的铁锈、氧化皮及其他污物

物理除锈方法不仅能够去除钢铁表面的氧化物和其他有害介质等，同时也可去除油脂等杂质，但清洁水平要低于化学预处理方法。

由上表可知，因立体停车设备对除锈的精度要求为Sa2.5级标准，且零件表面积较大，其适用的除锈方法应为喷射除锈，喷射除锈可分为喷砂除锈、抛丸除锈。

喷砂除锈又可分为：

干喷砂、湿喷砂、真空喷砂等方法，较适用于薄板的表面预处理；抛丸除锈适用于较厚钢板的表面预处理。

立体停车行业的零配件具备表面积巨大、表面预处理要求精度适中、钢板较厚的特点，因此通常选用抛丸除锈法达到除油除锈的双重目的。

钢铁表面预处理小结：

综上所述，用于立体停车设备的钢铁表面的化学预处理方式宜采用低温去油、除锈磷化的优化工艺；而物理与处理方式宜采用抛丸工艺一次将表面处理完成，此两种预处理方式适用于后续对钢铁各种不同的表面处理工艺。

钢铁表面处理工艺分类：

☐钢铁表面处理工艺有：

喷漆烤漆、喷涂喷塑、热喷涂、电镀、热镀锌、发黑、电泳等。

喷漆

Ø定义：

用压缩空气将涂料喷成雾状涂在经过制备的基体表面自然干燥的工艺。

Ø工艺流程：

除油→除锈→表面调整→磷化→清洗→喷涂→干燥

Ø工艺特点：

操作简单、实用，对设备要求不高，主要用于装饰面板饰面。

漆面有纹路，不光滑，有桔皮现象，触摸有异感。

烤漆

Ø定义：

在基材上打三遍底漆、四遍面漆，每上一遍漆，都送入无尘衡温烤房烘烤的工艺。

烤漆分为两大类，一类低温烤漆固化温度为140℃-180℃，另外一类就称为高温烤漆，其固化温度为280℃-400℃。

Ø工艺流程：

除油→除锈→表面调整→磷化→清洗→干燥→打磨→吹尘→喷涂→补漆→预热炉烘烤→主炉烘烤

Ø工艺特点：

涂膜具有优良的耐热和耐低温特性，可以在冷冻温度下工作而不脆化，在高温下不融化。

表面不沾水和油质，如粘有少量污垢，简单擦拭即可清除。

在一定的负载下，具备耐磨损和不粘附的双重优点。

几乎不受药品侵蚀，可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀。

但对设备要求高，且固化温度较高，能耗高。

热喷涂

Ø定义：

热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。

它是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

Ø工艺流程：

除油→除锈→表面调整

磷化→干燥→制造热涂层→涂料封闭处理

喷砂抛丸

Ø工艺特点：

应用范围广，设备轻便，可现场施工。

操作程序少。

涂层厚度可以控制（几十微米到几毫米）。

除喷焊外，对基材加热温度较低，适用各种基体材料的零部件。

但喷涂层与基体结合强度较低、较脆；基体表面制备要求高Sa3.0以上，成本高；热喷涂外需加防腐涂层封闭，且防腐涂层需定期维护。

电镀（以电镀锌为例）

Ø定义：

利用电解工艺，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积镀层的表面处理技术。

是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。

Ø工艺流程：

（磨光→抛光）→上挂→除油→水洗→（电解抛光或化学抛光）→酸洗活化→（预镀）→电镀→水洗→（后处理）→水洗→干燥→下挂→检验包装

Ø工艺特点：

电镀应选择碱性锌酸盐镀锌（电流效率90%）优化工艺，并以锌合金（如锌镍合金、铬合金等）代替镀单层锌，三价铬钝化代替六价铬钝化。

如上述操作，可明显提高镀层的韧性、抗腐蚀性和耐二次加工的能力；且具有综合成本降低，能源效率提高等优势。

电镀时间（min）=镀层厚度（μm）*7.13*60/1.22/电流密度/电流效率（%）/100。

热镀锌

Ø定义：

热镀锌也叫热浸锌和热浸镀锌，是将除锈后的钢件浸入500℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的，是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。

Ø工艺流程：

除油→除锈→水洗→浸溶剂（触媒）→烘干

热镀锌→钝化

喷砂抛丸

Ø工艺特点：

热镀锌过程操作温度450-470℃，镀锌时间0.5-1.5分钟，热镀锌层一般厚度为65-100μm，镀膜洁白，钝化过程可染色（如黑色、绿色等）。

镀锌具有成本低，抗腐蚀性好、美观和耐贮存的优点。

发黑

Ø定义：

发黑又叫发蓝，工件在空气、水蒸气或化学药物的溶液中在室温或加热到适当温度，在工件表面形成一层蓝色或黑色氧化膜，以改善其耐蚀性和外观的表面处理工艺。

Ø工艺：

化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗（两次）→氧化处理→回收→温水洗→冷水洗→浸肥皂水→干燥→浸油。

Ø发黑特点（以含碳量0.4%-0.7%为例）：

氧化过程处理温度130-145℃，氧化处理时间20-25分钟，控制合适的氢氧化钠、亚硝酸钠和铁离子的含量，可生成蓝黑色致密氧化膜，表面无花斑、未氧化斑点及锈迹等瑕疵。

电泳涂漆（电泳）

Ø定义：

在直流电场作用下带电荷的树脂粒子到达相反电极，通过放电（或得到电子）析出不溶于水的漆膜沉积在被涂物表面，直到最后得到完全均匀的涂层为止。

Ø电泳涂漆工艺：

除油→碱蚀→水洗→水洗→初回→水洗→阳极氧化→水洗→水洗→电解着色→水洗→热纯水洗→高纯水洗→沥干→电泳涂漆→循环水系→沥干→烘烤固化→冷却

Ø工艺特点：

涂料几乎100%得到利用，解决了有机溶剂污染的问题，有效抵御腐蚀，光泽保持时间较长。

电泳膜一般为透明，但也有彩色涂膜半透明技术。

该技术对设备要求较高。

喷涂

Ø定义：

喷涂通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。

Ø工艺流程：

除油→除锈→磷化→钝化→喷涂→固化

Ø工艺特点：

喷涂中的主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂，既污染环境，不利于人体健康，又浪费涂料，造成经济损失。

喷涂作业生产效率高，适用于手工作业及工业自动化生产，应用范围广主要有五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域，是现今应用最普遍的一种涂装方式。

喷塑

Ø定义：

喷塑也就是我们常讲的静电粉末喷涂,它是利用静电发生器使塑料粉末带电,吸附在铁板表面,然后经过180～220℃的烘烤,使粉末熔化黏附在金属表面,喷塑产品多用于户内使用的箱体,漆膜呈现平光或哑光效果。

喷塑粉主要有丙烯酸粉末、聚酯粉末等。

工艺流程：

除油→除锈→磷化→钝化

静电喷涂→高温固化

抛丸处理

工艺特点：

不需稀料，施工对环境无污染，对人体无毒害；涂层外观质量优异，附着力及机械强度强；喷涂施工固化时间短；涂层耐腐耐磨能力高出很多；不需底漆；施工简便，对工人技术要求低；成本低于喷漆工艺；有些施工场合已经明确提出必须使用静电喷塑工艺处理；静电喷粉喷涂过程中不会出现喷漆工艺中常见的流淌现象；对设备要求高。

钢铁表面处理工艺的探讨结论

（1）

喷漆

烤漆

喷涂

喷塑

热喷涂

电镀（锌）

热镀锌

发黑

电泳涂漆

处理时间

自然干燥　

　20-30min

短

30-120min　

5-10min

20-25min

3min

处理温度

可自然干燥或高温烘烤

需140-400℃烘烤

　烘房内固化温度180-200℃

烘烤过程需180-220℃烘烤

需加热至涂料融化，约1000-5000℃不等

电镀锌的能源消耗要高于热镀锌

热镀锌过程需450-470℃高温

氧化过程需130-145℃

漆膜需要在160-180℃固化

能耗

空压机带动，动力能耗极低，可自然晾干　

需多次高温烘烤，能耗高

一次固化，能耗较高　

静电喷涂和固化过程需高能耗

需融化涂层材料，能耗高

电耗一般　

能耗较高　

　能耗一般

电泳及烘烤固化过程需高能耗

涂层原材料特性

油漆

底漆和面漆

塑粉　

粉末（主要有丙烯酸粉末、聚酯粉末等）

粉末或丝状的金属或非金属

含金属阳离子的电镀液和镀层金属

锌溶液

酸性或碱性溶液

水溶性涂料（树脂粒子

对基体表面要求

要求较低（不需磷化膜，因底漆有优良防锈性能）

打砂除锈，不能有油污　

要求高（需有磷化膜，以提高涂膜的附着力和耐腐蚀能力）

高，Sa3.0以上

较高，基体表面需除油除锈后干燥充分

要求较高（可有磷化膜，以提高涂膜的附着力和耐腐蚀能力）

覆盖率

较好，可均匀覆盖点、面，但多孔、多空隙工件较难处理

　覆盖率好，均匀　

不均匀　

覆盖率好，均匀　

不均匀　

较好

优秀，可均匀覆盖每个点、面、孔

附着力

中

高

强　

中

弱

中

高

涂层厚度

一次涂装在5-20μm

5-25μm

室内50-100μm，室外60-120μm　

一次涂装在50-300μm

一次涂装在10-200μm

一次涂装小于10μm

一次涂装在65-100μm

　-5-0μm

一次涂装在15-30μm

钢铁表面处理工艺的探讨结论

（2）

喷漆

烤漆

喷涂

喷塑

热喷涂

电镀（锌）

热镀锌

发黑

电泳涂漆

耐磨程度

涂层不耐冲击、划刻

在一定负载下耐磨损，不粘附，耐冲击划刻

耐磨性好，耐冲击性较好

耐磨能力高

涂层可减磨耐磨，但受冲击易碎

锌合金镀层韧度较高，并耐二次加工

不耐磨　

涂层耐磨且耐冲击

耐低温

冷冻下不脆化

-50℃

-50℃-450℃

受不同涂层材料的影响

不受温度影响

耐高温

可承受短时间300℃高温，在220-240可正常使用而不熔化

450℃

受不同涂层材料的影响

耐高温　

不怕火烧，耐高温

防水性能

普通

优秀

受不同涂层材料的影响

优　

一般　

优　

耐腐蚀

耐腐蚀能力好

不受药品侵蚀，耐化学腐蚀

耐腐蚀能力取决于磷化膜好坏

需加防腐涂层封闭

抗腐蚀性能一般，锌合金镀层要比单层锌镀层抗腐蚀

抗腐蚀性能好，耐贮存

　一般

耐腐蚀性能好

柔韧性

好

差

好

差

中

好

涂层是否可修补

是

否

是

否

设备投入

设备简单

设备要求高

设备轻便

设备要求高

设备简单　

设备要求高

钢铁表面处理工艺的探讨结论（3）

喷漆

烤漆

喷涂

喷塑

热喷涂

电镀（锌）

热镀锌

发黑

电泳涂漆

环保评估

喷漆雾状扩散，溶剂易挥发，污染环境危害人体

粉尘

无需稀料，无污染无毒害，无流淌现象

产生毒性较大的废水，可引起中毒致死

镀锌液可反复使用，但易产生锌蒸汽和刺激性气体，有污染

易污染　

涂料100%利用，无有机溶剂污染

生产周期

长

短

长

短

中

操作难度

中等

复杂

简单

中等

复杂

简单

外观效果

漆面通常较粗糙，漆膜效果与基体预处理效果相关，较易褪色

漆面光滑，细腻平整，颜色饱和度高，润泽，不易褪色

依塑料特性，漆膜呈现平光或橘皮状

漆膜呈现平光或亚光效果，轻微橘皮状

因材料不同呈现不同的效果，可形成具有耐磨、隔热、防辐射等特殊功能的涂层

镀膜为银白色金属，光滑，反光，具有导电性

镀膜为白色金属，具有导电性

氧化膜均匀无花斑，颜色暗淡且单一

电泳膜光滑丰满，光泽保持时间较长

涂装颜色

颜色丰富，调色换色周期短

任意颜色，调色换色周期短

任意颜色

颜色较多，但调色换色周期长

颜色丰富，受涂层材料不同的影响

银白色为主，钝化过程可添加颜色

白色，钝化过程可添加颜色

根据基体含碳量，颜色由红褐色至蓝黑色不等

电泳膜一般为透明，也有半透明彩色涂膜技术，但调色换色周期长

成本

成本高于喷塑工艺

成本高于喷漆工艺

高于烤漆，每平米约15-20元

成本低于喷漆工艺

成本低于喷涂　

成本高于热镀锌工艺

成本低

2-3元/平方

应用方向

装饰面板饰面

装饰面　

应用范围广泛

范围广　

应用范围广泛

广泛　

一般　

　广泛

火灾危险

油漆中的有机溶剂易挥发，扩散速度快，因此易发生火灾

有火灾隐患　

粉尘含量大有爆炸风险，需加除尘设施

扩散速度慢，涂料成分中不含有机溶剂，发生火灾危险较低。

粉末爆炸产生的伤害性高于易燃性液体引发的爆炸

粉尘污染　

污水污染　

污水蒸汽污染　

污水污染　

涂料为水溶性，避免火灾隐患

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