一種礦井提升機天輪裝置表面的處理方法

段秋華，李仲豪，梁艷華

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

3大連理工大學化工學院 遼寧大連 116024

礦井提升機是礦山生產的重要設備，擔負著煤炭、矸石、人員、各種材料及設備的提升和運送工作[1]。天輪裝置是礦井提升機的重要旋轉承載部件，起著支撐和導向鋼絲繩的作用[2]。GB/T 33931—2017《礦井提升機天輪和導向輪修復工藝要求》規定了礦井提升機天輪和導向輪輪體除銹等修復工藝要求。

由于噴丸、手工打磨、酸洗等表面處理方式存在勞動強度大、人工成本高、污染環境等問題，筆者提出了一種基于銹蝕轉化劑的礦井提升機天輪裝置表面處理方法，并通過附著力測試和鹽霧試驗，驗證了該方法的可行性。

1 基于銹蝕轉化劑的天輪裝置表面處理方法

1.1 銹蝕轉化劑技術

銹蝕轉化劑是一種新的表面處理技術，該技術利用活性成分，將零件表面疏松的銹層封閉、鈍化和轉化，使其牢固地附著在零件表面上，或者將有害的鐵化合物經鈍化或轉化，轉變成穩定的無害物質存在于漆膜之中，從而達到不除銹也能防銹的目的[3]。

與傳統表面處理方式相比，銹蝕轉化劑除銹技術具有以下特點：

(1) 除銹防銹性能高且穩定，節能環保，功能齊全，長效防腐；

(2) 可以準確定位除銹部位，不受工件表面形貌限制；

(3) 在除銹過程中只消耗銹蝕轉化劑，使用成本較低；

(4) 不銹蝕母材，不改變母材化學成分，不影響母材強度。

1.2 銹蝕轉化劑的應用

天輪裝置的涂裝是提升機制造工藝中的一個重要環節，表面處理是涂裝過程的重要工序，優異的表面處理質量可以最大程度地發揮涂料的性能和作用，延長涂層的使用壽命。

常見的表面處理方式有噴丸、手工打磨、酸洗等，噴丸工作環境差，污染環境，且只能在噴丸室操作；手工打磨人工成本高，效率低，難以保證除銹質量；酸洗對工件材質及其表面影響大，成本高，污染環境。

銹蝕轉化劑的具體實施過程如下：

(1) 用鏟刀、砂紙等將天輪輪體表面疏松的氧化皮除掉；

(2) 用清洗劑將表面的油污、灰塵等雜物清洗干凈；

(3) 將銹蝕轉化劑均勻地涂抹在金屬表面；

(4) 室溫晾置 14 h，直至轉化膜干燥；

(5) 涂漆。

2 試驗驗證

上述工序完成后，采用劃格法對涂覆在天輪輪體表面的漆膜附著力進行測試，分別選用對母材強度無影響的噴丸、手工打磨和銹蝕轉化劑，進行鹽霧試驗，分析銹蝕轉化劑的抗腐蝕性能。

2.1 附著力測試

GB/T 9286《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》中8.3 規定了劃格試驗結果的分級標準，采用刀片對漆膜進行劃格法測試，觀察十字交叉處和切口邊緣的漆膜脫落面積。0 級是所有網格交叉及切口邊緣處都沒有漆膜脫落；1 級是有 5%的脫落面積；2 級是脫落面積大于5%，小于15%；3 級是脫落面積大于15%，小于35%；4 級是漆膜大片脫落，部分或全部網格剝落，脫落面積大于35%，小于65%；5 級是脫落面積大于4 級。對于一般性的用途，0、1 和 2 級為評定通過。試驗結果分級如圖 1 所示。

圖1 試驗結果分級

經銹蝕轉化劑處理后，天輪表面涂鐵紅醇酸底漆+醇酸面漆，采用劃格法對該表面進行附著力測試，試驗如圖 2 所示，評定分級結果為 1 級，通過評定。

圖2 附著力測試

2.2 鹽霧試驗

為進一步驗證銹蝕轉化劑處理表面的抗腐蝕性能，按以下步驟進行鹽霧試驗：

(1) 準備 3 塊試板，材質與天輪輪體相同；

(2) 分別對 3 塊試板進行噴丸處理、手工打磨和涂抹銹蝕轉化劑；

(3) 涂鐵紅醇酸底漆+醇酸面漆。

鹽霧試驗過程如表 1 所列，涂面漆后試板如圖 3所示。

圖3 涂面漆后試板

表1 鹽霧試驗過程

根據 GB/T 1771《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》，分別對 3 塊涂面漆后的樣板進行鹽霧測試。鹽霧試驗條件如表 2 所列。

表2 鹽霧試驗條件

鹽霧試驗具體過程：

(1) 用刀片在試板上交叉刻劃痕，劃痕距試板的每條邊至少 10 mm，劃痕寬度 1 mm，劃痕交叉角為45°；

(2) 將劃有劃痕的試板放入鹽霧箱中，試驗時間為 1 036 h；

(3) 試驗結束后用純水沖洗，并把試板擦干，檢查試板表面的損壞情況。

鹽霧試驗結果如圖 4 所示。由圖 4 可以看出，鹽霧試驗后，手工打磨處理的試板單邊擴蝕超過 2 mm，腐蝕較為嚴重，底部有大量氣泡產生；經過噴丸處理和銹蝕轉化劑預處理的試板單邊擴蝕小于2 mm，明顯優于手工打磨處理的試板。

圖4 鹽霧試驗結果

3 經濟效益分析

根據 GYD-211—2000《全國統一安裝工程預算定額：第 16 冊——刷油、防腐蝕、絕熱工程》以及各類操作實際施工成本，對 3 種表面處理方法的工藝成本進行對比，結果如表 3 所列。

表3 3 種表面處理方法工藝成本對比

由表 3 可以看出，噴丸處理成本最高，主要因為噴丸處理需要廠房和大量的設備以及轉運成本；手工打磨成本次之，但除銹工作繁重，效率低；銹蝕轉化劑成本最低，約為噴丸處理成本的 7%，手工打磨成本的 82%，成本僅為材料費，無需大型設備和大量勞動力，且施工便捷，安全環保。

4 結語

與傳統的噴丸、手工打磨、酸洗等傳統表面處理方式相比，銹蝕轉化劑的除銹防銹性能高，成本低，節能環保，對于提高天輪裝置修復、退庫返修項目的表面處理效率具有重要意義。