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电泳涂装工艺的发展

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-10  浏览次数:769

人们一直在试图研制这样一种涂料:高硬度,使铝的硬度达到钢的水平;高抗疲劳性,可以延长60%的使用寿命;抗高温,可以承受2000℃左右的温度;抗腐蚀,可以承受2000小时的酸雨冲刷,而不会有丝毫的破损迹象。

如果真有这样一种涂料存在,那一定会有弊端,这种涂料肯定毒性很大,必须要求苛刻的卫生条件。或者在使用之前必须进行大量的准备工作。很显然,存在这样一种涂料,而那些不利因素也可以避免。

令人惊奇的是这方面的研究已经进行了一百多年,只是在最近才取得突破。在研究了多年以后,电泳涂装工艺在21世纪90年代才开始商业化。由于它的节能、环保、以及电解质的持久性等特点,它在工业应用越来越广。

有趣的是,在美国、德国开展此项研究时,其主要理论已由莫斯科大学提出,尽管研究很快因苏联解体引起的资金短缺而终止。作为莫斯科大学负责Keronite工艺的首席科学家Alexander Shareov也因此失去了研究的条件。他为了继续进行这项研究,离开苏联到了英国的一个小岛上,成立了一家Isle Coat公司。当Pavel Shashkov博士听说了他的大学校友的困境后,为他提供了到英国工作的机会,一个名为Keronite的公司随后成立,目的是将这项技术推向市场。

Keronite膜是一种氧化硅酸盐化合物,其中含有由水晶金相变位后形成的一种较软的氧化物。正是这种物质使Keronite拥有高硬度、耐疲劳、抗冲击,同时保持高可塑性,其疲劳强度比电镀层要高三倍。

Keronite涂料在电解质中通过高能电解,在铝、铍、镁、钛等轻合金表面形成一层高硬度的氧化陶瓷层。因为它需要电能和离子流,这种工艺和电镀很相似,但与电镀又有很大不同,形成的膜比电镀的要硬的多,厚的多。

工件进行涂装前需脱脂,浸在电解质中,通过微电解来清除表面的杂质,然后需在温水中清洗几分钟。这种低浓度碱性电解液不含任何有毒或活泼的化学物质。尤其是在喷涂镁时,这种溶液可代替铬酸盐钝化处理且比之更有效。

“相对于电镀,电泳更环保。使用99%的蒸馏水”Shashkov博士说:“它的主要特点是:高硬度,可达2000HV;高耐用性;耐高温,可承受2000℃高温;易于附着,即使在一些难以喷涂的小孔表面也可附着,可承受1000vDC的电压。”

据Shashkov博士介绍,已在6082合金上进行了超过2000小时的盐雾实验,如果使用密闭容器进行耐盐雾性实验,其耐盐时间可达5000小时。以聚合物抛光并浸泡后,漆层与钢的表面摩擦系数小于0.15,同时具备高附着力。由于涂层是与附着金属发生反应的产物,因此其附着力达到金属分子之间附着力的80%。为了说明其附着的牢固性,Keronite公司的CEO解释说,一个钢制引擎活塞在400小时加速测试后,减少了3mm,而如果用一个涂了Keronite的铝制滑轮做同样的实验、,则不会有丝毫磨损的迹象。

所有这些说明Keronite可用于高负荷、高温的工作环境,拥有这种涂层,不用润滑剂,就可保持光滑的表面。Keronite比电镀和陶瓷优秀。相对于电镀层,有更好的细微致密结构和抗疲劳性;环保;可喷涂合金范围更广;在镀膜前不需预处理,可在室温下进行。

Shashkov博士说:“在电镀某些金属时,可以产生类似的硬度,但Keronite的抗腐蚀能力是电镀的60倍。因此,也许某种金属耐酸时间为10小时,而另一种可达7000小时。我们应该知道在特定情况下应用哪种方式最合理,在考虑疲劳强度时同样如此。如果生产铝制产品,你也许会选择电镀,这会使疲劳强度降低50%,而使用Keronite只会降低15%,这意味着产品可以设计的更小。Keronite拥有很好的黏附性能,对比其他工艺,尤其是陶瓷材料时,活塞头部的热障就是一个很好的例子。如果活塞的头部是喷釉的陶瓷,立刻会损伤引擎。而Keronite涂层则不会,因为它是表面的原子结合的产物,而不是粘连在一起的。”镁是一种经常用到的金属,由于它有很多缺陷,一般不在结构部件使用。但Keronite工艺技术提供这个可能。与使用其它涂层,或者在大多数铝合金喷涂相比,使用Keronite喷涂镁合金时,硬度奇高,可达到到2000HV。这意味着现在镁也可以用于结构设计,而以前它只能被用于功能件。

Keronite可在很大程度上提高了如WE54之类高强合金的抗疲劳性,它拓宽了发动机材料的选择范围,包括活塞、泵中的受力部件、液压马达、阀门等。Shashkov博士说,拥有一个高抗疲劳强度的镁制活塞已成为现实。与铝制件相比,镁件的重量减轻了23%,这意味着曲轴可重新设计,而不必向铝件那么大。Keronite可大量应用于齿轮箱,我们可以将铝制提高硬度,使之比钢件更耐疲劳。但在设计齿轮组时,铝合金不能承受太大力,而钛合金可以,所以制造钛合金齿轮组成为可能。铝较之于钢的一个优点在于制造成本,有研究表明,加工铝的费用仅为加工钢的三分之一。另外,产品的寿命延长了40%,意味着产品的成本寿命比提高了120%。

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