封孔剂表面工程

涂层封孔

封孔是涂层设计必需要考虑的一项内容。本文涉及到封孔作业的目的和要求；介绍了封孔剂的种类、性能、施工要点、选择依据及应用范围。

任何一种热喷涂方法，尤其是燃气一氧焰喷涂(即火焰喷涂)所沉积的涂层，都是一种有孔结构。总体而言，涂层孔隙度范围相当大。燃气一氧焰喷涂层有时高达15%以上，而高速氧一燃气喷涂(HVOF)层则在1%以下。在实际应用中，有孔结构有时是有利的。涂层孔隙有助于贮油，促进润滑，减少磨损；在某些特殊应用中，利用热喷涂制取多孔材料，用于热交换装置或其它元件。然而，在更多的情况下，涂层的孔隙是不希望的。当涂层暴露于大气、蒸汽、工业气氛、化学活性物质、腐蚀气体及高温环境中，孔隙引入腐蚀元素，使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀，导致涂层失效，在这种情况下，必须对涂层进行封孔。

作为热喷涂的一种后处理工序，封孔作业的主要内容是封孔剂的选择和施工方法。如果某些工件喷涂后还需要车削或磨削时，封孔应在此之前实施，以防涂层孔隙污染，保证更好、更干净的磨削光洁度。当喷涂陶瓷涂层用于绝缘的情况下，封孔能维持涂层的介电常数。否则，涂层孔隙将会吸湿或遭污染，形成涂层中不希望的导电通道。此外，对于泵或液压机等设备，封孔还防止液体和压力的密封泄漏。

封孔火焰喷涂层是有孔结构，这在许多应用中是有利的。涂层的孔隙有助于贮存润滑油，可改善工件配合面间的润滑。然而在某些情况下，需要将孔隙密封，以防止腐蚀性介质渗入涂层，对基材造成腐蚀。因此，对腐蚀条件下工作的涂层和防腐涂层都要进行封孔处理以保护基材。此外，封孔处理还可明显提高喷涂层抗磨粒磨损的能力。

一、封孔剂的性能要求

封孔剂的种类较多，为了达到良好的封孔效果，封孔剂必须满足下列要求：

1．有足够的渗透性

因为孔隙弯曲又细小，没有足够高的渗透性，难以充填到必需程度。

2．耐化学溶剂的作用

因为涂层本身就处于某种化学和溶剂的腐蚀介质中，封孔剂若不能经受这些介质的侵蚀，封孔即告无效。

3．能经受一定的机械作用

即封孔剂不因机械作用而脱落或碎裂。

4．在工作温度下性能稳定

即封孔剂不能在操作温度下发生溶化、蒸发或分解等物理变化。

5．不能与涂层或基体发生化学反应

在工作环境下与涂层和基体保持化学稳定性。

6．不降低涂层或基体金属的性能。

7．当涂层用于食品行业时，对食物无毒。

8．施工时，保证安全。

二、封孔剂的选择及施工要点

一般来说，所有封孔作业应在喷涂之后磨削之前实施。除微晶石腊封孔剂外，其它所有封孔剂应在工件温度低于80℃时进行，以防溶剂迅速蒸发或封孔剂过早固化。空气干燥型的甘油酯树脂，在其机加工时产生的热会使它过早的非均匀性的固化，因之，该封孔剂应在磨削后固化，除此之外的所有封孔剂，应予磨削前固化。用于防腐涂层的封孔剂，在投入使用前必须充分固化。一般的封孔剂无危险性，但有些是易挥发的和易燃的，在贮存和使用过程中，应格外小心慎重，勿近明火或受热。使用中要充分通风，以免影响正常呼吸。封孔剂大体分有机和无机两种。对封孔剂做出选择的主要依据是所处介质的腐蚀情况及工作温度。有机封孔剂主要是乙烯树脂、酚醛、改进型环氧树脂及聚氨树脂等，它们多是用于钢铁基体锌或铝涂层的封孔，工作温度不高，处于大气氧化、工业气氛、海水等环境；对于高温氧化介质，则用沥青基铝浆、铝硅酮树脂及某些硅酸盐、铬酸盐等无机物，最高工作温度可达980°C。不同封孔剂有不同要求，大体遵循以下几点：

1．很多封孔剂需要稀释剂冲稀，以保证良好的渗透性。

2．涂层封孔之前，最好用蚀洗涂料(通常是磷酸)作预处理，以形成一种复合的磷酸盐化合膜，有助于封孔剂的粘结。

3．不少封孔剂掺有片状铝粉，以改善封孔剂的耐温及抗蚀性能。

4．封孔剂可以用喷枪喷涂、用毛刷抹涂或用淹没进行浸渗，其中有些用上述三种皆可，有些则只能用其中一种或两种。根据需要，有时只需涂一道，有时两遍或更多。

5．为加大渗透性，有些采用真空渗透操作。

6．封孔剂有单组份与双组份、空气干燥与烘烤固化之分，在使用中一定要正确掌握每步程序。

三、封孔剂主要种类及性能

世界上首家向市场推出系列化封孔剂产品是美国METCO公司(现SULZER METCO)，其封孔剂系列已有相当规模，并成功使用多年。我国尚未形成系列化、规模化的封孔剂产品。由于涂层封孔是热喷涂技术中的重要一环，这项工作急待开发与推动。参照国外相关产品，将重要的几种封孔剂介绍如下：

1．空气干燥型甘油酯树脂

特 性：树脂含量高达95%，渗透与填孔能力很高，封孔后可直接加工，机加工性能明显改善。

工作温度：连续工作145°C。

封孔剂用量：11．6m2/升/0．6mm

施工方法：浸、刷或喷均可。常温操作，涂层表面要干燥、清洁。根据需要，实施第一道后，经15分钟，可再实施第二道。

固化程序：常温下空气干燥，需经一周方能完全固化；若在145°C下烘烤，1小时可固化。

典型应用：工作环境为稀酸、溶剂、油类和盐水等弱腐蚀介质，温度不超过145°C。

2．空气干燥型酚醛树脂

特 性：是一种改性的空气干燥型酚醛漆。适用于金属和陶瓷涂层，润湿性好，粘结性强，化学稳定性好，有较强的耐腐蚀性和抗冲击性。在很多有机物中保持稳定。

工作温度：连续工作145～205°C，间断工作205～260°C

封孔剂用量：7.4～8.0m2/L。

施工方法：刷或喷均可。喷涂时要用甲酮、芳香烃和无水乙醇作稀释剂进行稀释，用量为1/2～1/3。

固化程序：空气干燥30～60分钟，但完全固化需1～10小时，取决于封孔剂厚度。若在135摄氏度左右温度下烘烤，只需15～30分钟。

典型应用：适用于热水、盐雾、酸、油、汽油和油脂等工作环境，对高压工作状态适应性强。

3．铝乙烯树脂

特 性：是一种抗腐蚀性的、空气干燥型含铝乙烯共聚物，常用于锌与铝的面漆，而与其相对的底漆是钝化铬酸锌浆料。

封孔剂用量：5.5m2/L。

工作温度：不超过80°C。

施工方法：加压喷涂或涂刷。

固化程序：干燥30分钟，稀释剂为二甲苯或甲酮。

4．钝化铬酸锌

特 性：是针对铝乙烯树脂面漆用的底漆。空气干燥型，因其能生成多孔膜，对面层封孔剂提供强粘结作用。主要成分是铬酸锌。

封孔剂用量：6.0～7.4m2/L。

典型应用：作为底漆与铝乙烯树脂面漆配合使用，对处于工业大气、盐雾气氛和非饮用水等介质中钢铁结构或设备的铝锌涂层提供封孔保护。

5．烘烤型的酚醛树脂

特 性：用于金属和陶瓷涂层的封孔，是一种烘烤型的合成酚醛料浆。就保护性能来说，烘烤型要高于空气干燥型。在很多有机物介质中都保持良好的化学稳定性(但不耐碱)，耐热性好。主要成分是酚醛及芳香经。

工作温度：连续工作可达145～205°C，间断工作为205～260°C。

封孔剂用量：4.6m2/L。

施工方法：刷与喷均可。喷涂时用25%的异丙醇进行稀释。对单道涂层在230℃烘10分钟或205°C烘20分钟；对多道涂层，底层在145°C烘10分钟，面层190°C烘60分钟。

典型应用：与干燥型酚醛树脂相同，适用于沸水、盐雾、酸、油、汽油和油脂等介质。

6．沥青基铝浆

特 性：是一种高熔点、含沥青的漆料，主要成分是片状铝粉、沥青煤焦油及相应溶剂。

封孔剂用量：4.9～7.4m2/L。

工作温度：870～980°C。

施工方法：喷或刷均可。喷涂时用矿物醇稀释，以二道为宜。

典型应用：当基体是钢铁、镍或镍铬合金，涂层是铝，而且处于高温氧化、高温含硫气体腐蚀的环境下，这种封孔剂为首选者。

7．硅铝树脂

特 性：是一种空气干燥型的含片状铝粉的硅树脂，在抗氧化气氛中较为耐高温的封孔 剂。

封孔剂用量：3.6m2/L。

工作温度：480°C。

施工方法：刷或喷，每道厚度0.018 - 0.02mm。刷涂不用稀释，喷涂时则需用乙醇、芳香经与甲酮冲释，稀释剂用量为1/3。

8．空气干燥型硅树脂

特 性：为双组份的硅树脂，推荐用于中等腐蚀或在205°C以下的温度并长期暴露于空气中的环境中，耐稀酸、碱、油类、液流、水和盐水等介质的腐蚀。固体含量为25%。

封孔剂用量：5.0 - 11.6m2/L(与涂层孔隙度有关)。

工作温度：长期工作温度为205°C。

施工方法：双组份，可用喷涂法或浸泡法，在室温下空气干燥约1小时，但充分固化需3天，在145°C烘2小时可加速固化。

9．烘烤型聚酰亚胺树脂

特 性：属于烘烤型聚酰亚胺树脂，用于较弱或中等程度的腐蚀环境。固体含量高达30%，粘度低、渗透性好、成膜坚固。对水、溶剂、有机物、无机油类、燃料、液流和稀酸等介质十分稳定。

封孔剂用量：5.3 - 9.5m2/L/0.6mm。

工作温度：长期工作温度260°C。

施工方法：可浸泡、喷涂或刷抹。在室温中操作，直到涂层表面不吸收为止，15分钟之后，

再封一次。室温固化时间8小时，180°C则需2小时。

典型应用：适用于石化系统及造纸工业中的输送泵类，具有耐腐蚀性及耐磨性。这些泵在苏打灰浆、氢氧化钙、氢氧化镁和氢氧化钠等碱性料液中运转。

10．微晶石腊

特 性：是一种隋性的、石油基微晶石腊，对涂层提供封孔和润滑。在淡水、海水和几乎所有的酸与碱中都保持稳定，但不耐溶剂及经类物质的腐蚀，特别适用于高压润滑环境。在不能施加润滑剂的情况下，它能提供有效的“干润滑”。

封孔剂用量：10m2/kg。

工作温度：不超过80°C。

施工方法：将工件预热到95°C之后，在表面直接涂抹。

典型应用：通常用来对轴类或其它工件封孔，以确保车削或磨削清整，防止砂粒进入孔隙，同时又具有良好的抗腐能力。

1、中温封孔剂是一种以醋酸镍为主的封孔剂，不容易在工件表面上产生灰垢;

2、封孔温度：60℃-80℃，对无机染料的封孔只需中低温的40℃-60℃.;

3、封孔速度快：1~1.3μm/min，比高温封孔快得多，降低了染料的扩散的概率;

4、不含氟，满足了环保要求，减少了封孔过程中化学退色的问题，适合染色型材封孔处理。;5、低温封孔中氢氧化镍与氧化铝膨胀差别而引起裂膜，导致型材报废无法避免。而中温封孔的封孔机理主要为水合封孔，同时添加有抑制元素，避免了纯水合封孔需严格的温度控制，才能产生波米体型的一水合氧化铝，所以中温封孔比较适合厚膜封孔。(GB5237-2004、AA15级以上的膜厚)等如幕墙料、工业型材护栏及临海建筑用铝材等;

6、封孔品质好，封孔质量符合ISO-3210规定：38℃磷-铬酸腐蚀15min失重小于30Mg/dm2;7、较宽的工艺范围，槽液易于控制，稳定性好。

1.主要成分：醋酸镍

2.抑灰剂：由大分子量的有机物组成，可以吸附在阳极氧化膜的表面而不进入微孔内部，不影响镍的沉积，并显著减少封孔灰的产生。

3.PH值缓冲剂：稳定槽液的PH值，与常温封孔不同的是，在中温封孔的过程中，槽液的PH值是会下降的，同时还有带入的酸，使PH值缓冲剂可有效稳定PH值。

4.促进剂：此成分极为独特，可以显著提高封孔速度，并彻底解决粘胶问题。

5.表面活性剂：研究发现，表面活性剂有助于封孔时镍的吸收。

6.络合剂：络合水中杂质以及氧化槽带入的有害离子，延长槽液使用寿命，因此，该中温封孔剂使用自来水配槽液完全无问题。