钢材表面处理工艺对环氧涂层附着力的影响

王伊诺，程晋宜，吴显斌，豆小艳，晏学兵

（海洋石油工程（青岛） 有限公司，山东 青岛 266520）

采用环氧涂层进行保护的钢材防腐寿命受到诸多因素制约，根据目前较为科学的统计分析以及实践经验确定了4 种影响因素。分别是表面处理质量、涂装道数、选用的涂料种类以及其它因素。按照影响百分比来划分这4 类影响因素分别为：表面处理质量占50%，涂装道数占19%，选用的涂料种类占5%，其他各类因素占26%。从影响百分比中不难看出，钢材表面处理质量是影响环氧涂层防腐能力的主要制约因素。那么钢材表面处理质量是如何来影响制约环氧涂层的防腐性能的？其实防腐性能的好坏主要是由环氧涂层和钢材结合的牢固程度来决定的，也就是钢材表面处理是通过附着力来影响防腐性能的。根据理论计算和实践经验表明：环氧涂层和钢材表面的间距越小附着力越大，最佳间距为0.5nm；增加环境涂层和钢材表面的接触面积只能通过钢材表面的粗糙度来实现，钢材表面的粗糙度只能通过喷砂作者来实现。但是通过大量实践表明，附着力并不是随着接触面积的无限增大而累积增加，换句话说钢材表面的粗糙度有一个最佳范围。基于此，本文接下来研究钢材表面喷砂工艺来分析影响粗糙度的具体因素，最终找出具有较高附着性能的喷砂工艺，来提高海洋工程涂层防腐能力。

1 实验准备

环氧涂层的制备：选用江阴万千化学品有限公司的双酚A 型环氧树脂VER-2；湖北阡陌生物科技有限公司的丙酮和1,2-环己二胺。在一次性塑料杯中倒入100g 双酚A 型环氧树脂VER-2，依据1 个环氧基匹配1.2 个活泼氢的原则，在100g 双酚A 型环氧树脂VER-2 中倒入17.5g 的1,2-环己二胺。施涂作业完毕后分三次不同温度进行固化。第一次固化温度为室温，固化时间为14h；第二次固化温度为50℃，固化时间为4h；第三次固化时间为80℃，固化时间为6h。用丙酮仔细清洗经过三次固化后的树脂涂层和试验用锭子，经过打磨后利用混合胶水将试验用锭子和树脂涂层进行有效黏贴。

2 实验结果与分析

2.1 不同类型磨料所对应的钢材表面粗糙度

表1 分别使用钢砂、石榴石、海绵磨料对B级钢板喷砂至Sa2.5 级后进行表面测试分析。

由表1 看出，4 种处理工艺的粗糙度刚玉海绵和刚砂海绵处于同一个量级，都在20 以上，钢砂和石榴石处于同一个量级在13 左右。因此，样品的表面状态顺序为：

刚玉海绵≥钢砂海绵≫B 级石榴石≥钢砂。结合Sdr 和真实面积的分析，钢砂海绵、刚玉海绵、钢砂、石榴石四种工艺基本相当，无显著差别。另外，从不同深度（D0，D1/3,D1/2，D2/3）截面真实面积数据看出，经过4 种方法处理过的钢板，刚玉海绵和钢砂海绵处理工艺具有更好的垂直分布，无论在那个深度横截面的真实面积都保持相对稳定；钢砂和石榴石处理工艺略逊一筹，随着深度的变化不明显；

表1 不同类型磨料所对应的钢材表面粗糙度

2.2 不同钢材表面粗糙度所对应的附着力

从表2 中看出，未经过任何喷砂工艺处理的钢材表面附着力仅有1MPa 多一点，附着力相当的小。究其原因发现，未经过任何表面处理的钢材被氧化皮、污垢油渍所覆盖，钢材表面与涂层接触比较困难，所以其附着力很低。当对钢材喷砂处理时间变化由短变长，虽然粗糙度变化不大，但是附着力变化较大。当粗糙度由0.78μm提高到1.11μm 时，附着力也由1.18MPa 提高到了6.49MPa。喷砂时间不同的钢材与未喷砂钢材在粗糙度方便变化不大，但是钢材表面洁净度提高了，所以附着力也有明显的提高。

3 结论

1） 钢材表面粗糙度在喷砂时间变化下几乎不发生变化，或者变化很小。

2） 钢材表面粗糙度在喷砂磨料直径变化下发生较大变化，磨料直径越大，附着力越大。

3） 不同磨料喷砂后样板的涂层结合力基本相近（表3），海绵磨料可达到与钢砂、石榴石相近的涂层附着力效果。

表2 喷砂时间不同所对应不同粗糙度下的附着力数值表

表3 不同类型磨料表面粗糙度所对应的附着力