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第 3 卷
2015 年
9 月刊
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第 3 卷- 2015 年 9 月刊
金属磨料的可溶性盐对喷抛工件表面影响



盐分对工件表面影响的图例


钢板表面含盐量高低对于涂层质量与寿命的影响图例


表1:碳钢磨料的导电率范围实例参考(淬火用水导电率范围:300-600µS/cm)


大口径钢板的内抛图例


表2:金属磨料的含盐率数值对比


上海摩根磨料(左)行业内其他厂家磨料(右)


表3:表面可溶性含盐量 mg/m2 (Bresle, ISO 8502-6/9)


实验钢板,使用Bresle方式测试不同区域的导电率

摘要:可溶性盐数值不同的两种金属磨料,喷抛清理同样一块清洁钢质工件。其中一种磨料是低含盐率的摩根磨料。另一种则为含盐率较高的行业内其他厂家磨料。结果证明具有较高的可溶性盐的竞争对手的磨料。将盐分转移喷抛表面,其数值水平高于管道涂料行业的标准,在其他行业应用涂层中表面质量风险也很高。关键词:金属磨料,喷抛,可溶性盐,导电性,腐蚀,涂层。

1. 介绍

  在表面处理行业各变量间的审查中,钢表面的可溶性盐的存在是导致涂层过早失效的主要原因。

  在已有的相关研究中,钢表面的可溶性盐、涂层性能、涂层系统和操作环境之间的总体关系已经有大量的文献资料。然而,关于金属磨料中含有的可溶性盐对喷抛过程中对目标工件表面污染的研究却十分有限。

  Winoa集团,上海摩根钢砂磨料有限公司的总部,作为金属磨料制造与销售的全球领导者,就此文对这方面进行初步的研究。

2. 可溶性盐

  不论是自然还是人为的,在常规环境中充满了盐污染物的来源,可以说一定程度上几乎每一个工件表面都受盐污染,

  SSPC描述可溶性盐作为“化合物溶解在水中形成的正、负离子溶液”,有害盐最常见的是氯化物,硫酸盐和硝酸盐。

  可溶性盐对钢材表面有各式不同的影响,其中一种方式是从环境中吸取水分的盐份,聚合与渗透环境中的水分,在工件涂层内部增加渗透压,导致涂层起泡和剥离(见图1)。

  有几种方法来测定可溶性盐的污染水平。从钢材表面提取污染物的方法叫做Bresle法,这在标准ISO 8502-6[2]有所描述。该方法也为各行业所熟知,用粘片沾附在工件表面,将去离子水水注射至粘片内与工件表面接触,将盐污染物溶解在去离子水内。对于污染物的后续分析,ISO 8502-9[3]有明确描述。

  可以肯定的是,任何量的可溶性盐都会影响涂层的质量与寿命。表面越干净,涂层质量越高、寿命越长。当然,不同类型、不同厚度的涂层对可溶性盐水平可接受的程度也不尽相同。一般认为,可溶性盐低于30mg/m2的水平是可取的[4]。

  关于可溶性盐水平可接受的程度,在ISO/TR 15235:2001[5]里有着不同限制和指导水平的汇编,但因为它是一个技术报告而非标准,所以一般此类文件就可以作为技术指导。

  石油和天然气行业(管道涂层)依据标准ISO21809-1:2011[6],喷抛后管道可溶性盐允许上限为20mg/m2,检测手法为ISO 8502-6和ISO 8502-9标准中所描述。
 
磨料水溶性盐

  在这篇文章中,重点是对上海摩根钢砂所属的Winoa集团所生产的金属磨料中可溶性盐的探讨。

  在金属磨料制造过程中的关键工中,与水分接触的就有雾化、水淬、成包等,水质与环境条件不同,成品磨料的水溶性盐浓度也不同,所以金属磨料包装和储存条件也是我们集团相当重视的一部分。

  可溶性盐的数值测量是间接通过电导率测试进行,按照ASTM D4940方法[7],简单描述为:将磨料和去离子水混合,摇匀后从磨料中浸出可溶性盐(氯化物,硫酸盐,硝酸盐…),过滤浸出液,并测量滤液的电导率。这种测试方法,相比于Bresle法电导率测试,无法确定的离子种类。

  电导率单位为μS/cm,这等于μmho/cm。按照SSPC-AB-3 Standard[8],最大允许值在1000μS/cm。然而,在ASTM D4940中的描述是:高污染的电导率的典型值为500μS/cm。低污染典型值是50μS/cm。

  值得注意的是,诸如等温淬火如果进行充分的话,在一定程度上可以降低磨料的可溶性盐数值。相比作为常规热处理的低碳磨料(含碳量约0.1%)来讲,高碳磨料(含碳量约1%)在这点上具有明显优势。

3. 实验目的

  实验目的是验证磨料的盐分是否转移到喷抛表面,并衡量比较表面准备行业的本身的要求与结果的差异。

  此次试验,两种金属磨料,一为上海摩根的金属磨料样品,另一为行业内其他厂家样品,喷抛(清洁钢板)试验条件与要求如下:
• 5.5公斤的空气压力
• 10毫米文丘里喷嘴
• 70°喷射角度
• 喷抛后:SA 2½ ISO 8501-1[9]

  喷抛结束后,按照ISO 8502-6和ISO 8502-9的标准步骤,用Elcometer 138 Bresle法盐试剂测定套装用于测定可溶性污染物的数值。

分析条件:
• 溶剂:去离子水
• 溶剂注入:3ml
• 总接触时间:10分钟
• 温度:25°C
• 目标尺寸:A-1250,1250平方毫米±13
• 试验Batch批号:02563
• 电导率测量范围:0µS/cm-199µS/cm
• 日期:12/03/2015

  按照ISO/TR 15235:2001标准,使用如下公式,将电导率转换为可溶性盐的含量数值:

mg/m2 = µS/cm * 1,18

  最后还需要对试验表明的轮廓与表面基本情况进行视觉对比,以确保在类似的表面条件下得到的可溶性污染物。

4. 结论

金属磨料

两种磨料的化学成分、硬度、尺寸和微观结构均无明显差异,主要差异是在磨料本身的盐污染的数值高低,如表2。

试验钢板

  经喷抛后两种磨料得到类似粗糙度值(RZ范围80-90µM,与PC范围70-80峰/厘米),这表明在理论上,两种清洁度均为SA 2½的表面,在后续涂层附着强度也是相似。

  可以看出,在使用含盐量较高的磨料作为喷抛媒介时,喷抛后钢板表面的含量率平均值27mg/m2 >20mg/m2,超出管道涂层行业ISO21809标准规格。

  使用含盐量较低的上海摩根磨料作为喷抛媒介时,喷抛后钢板表面可溶性污染物的数值只有9mg/m2,结果非常明显。

5. 结论

相对于市场上其他金属磨料,上海摩根磨料及其总部Winoa集团生产的金属磨料产品,基于其全球最先进的制造工艺与管理流程,磨料本身含有可溶性盐的数值远低于行业内其他厂家生产的金属磨料,从而确保上海摩根及其总部Winoa集团的全球的表面预处理行业的客户,在使用其磨料时,能够取得最优质的表面效果与涂层质量。

参考文献

[1] J.R. Johnson (2008). Soluble salts and specifications. Coatings Pro Magazine
[2] ISO 8502-6:2006. Preparation of steel substrates before application of paints and related products. Extraction of soluble contaminants for analysis — The Bresle method
[3] ISO 8502-9:1998. Preparation of steel substrates before application of paints and related products. Field method for the conductometric determination of water-soluble salts
[4] M. Morcillo (1998). Soluble salts: their effect on premature degradation of anticorrosive paints. Organic Coatings Magazine
[5] ISO/TR 15235:2001. Preparation of steel substrates before application of paints and related products- Collected information on the effect of levels of water soluble salt contamination
[6] ISO 21809 -1:2011. Petroleum and natural gas industries - External coatings for buried or submerged pipelines used in pipeline transport systems
[7] ASTM D4940-10. Standard Test Method for Conductimetric Analysis of Water Soluble Ionic Contamination of Blasting Abrasives
[8] SSPC-AB 3- 2003. Ferrous metallic abrasive
[9] ISO 8501-1: 2007. Preparation of steel substrates before application of paints and related products - Visual assessment of surface cleanliness - Part 1: Rust grades and preparation grades of uncoated steel substrates and of steel substrates after overall removal of previous coatings



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