轉銹穩銹材料在石油鉆采設備薄壁件表面的應用*

劉金貴,黨曙昕,康學鋒

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

石油鉆采設備由于其服役環境相對較為嚴苛，一般處于C4和C5(甚至CX)環境下作業，產品的防腐要求相對較高。一般設計要求的表面處理方式是噴砂或噴丸達到Sa2.5級，粗糙度40～75 μm;或手工及動力工具清理至St3級[1]。但是在石油鉆采設備中，存在大量的薄板件，例如：絞車的護罩、遮陽棚和擋風墻等，這些結構所用的板材為薄板，噴砂易變形，手工及動力工具清理工作量又很大，一旦清理得不徹底，就會大大縮短防腐年限和影響產品外觀質量。

1 轉銹穩銹材料介紹

轉銹穩銹材料是一種處理鋼材表面銹層的材料，是將傳統的防腐工藝“鋼鐵銹面—表面處理—涂裝防護”，變為“鋼鐵銹面—轉銹穩銹—涂裝防護”。轉銹穩銹材料也是一種水基環保型涂料，主要成分是去離子水、改性丙烯酸酯聚合物和有機生物銹轉化劑等。當把轉銹穩銹材料刷涂到銹蝕工件表面后，轉銹穩銹材料可以快速地滲透到銹層中并與鐵銹產生絡合反應，將表面松散的鐵銹轉化成黑色或灰色鐵鹽絡合物，不能轉化的深層次銹層會被擠出水分變成干銹，然后被偶聯、螯合包裹起來，與乳液中的聚合物、活性籠狀結構粒子等重新交聯，形成一層致密的膜層，達到轉銹穩銹的效果，從而實現增加涂層與基材間附著力的目的。

2 試 驗

2.1 試驗設計

2.1.1 對比試驗

試驗主要是以表面處理為變量進行的涂層附著力試驗,主要目的是驗證轉銹穩銹材料既能夠代替傳統的噴砂工序對工件表面銹蝕轉銹穩銹，又能增加涂層附著力。試驗共有4塊試板，試板編號及噴涂的油漆如下：

試板1：轉銹穩銹材料(薄)+油漆配套；

試板2：轉銹穩銹材料(厚)+油漆配套；

試板3：試板表面手工除銹+油漆配套；

試板4：試板表面噴砂或噴丸達到Sa2.5級+油漆配套。

2.1.2 配套兼容性試驗

主要目的是驗證轉銹穩銹材料與目前公司使用的品牌配套油漆間涂層兼容性及附著力的大小。試驗共有7塊試板，試板編號及噴涂油漆如下：

試板1：轉銹穩銹材料+油漆配套1；

試板2：轉銹穩銹材料+油漆配套2；

試板3：轉銹穩銹材料+油漆配套3；

試板4：轉銹穩銹材料+油漆配套4；

試板5：轉銹穩銹材料+油漆配套5；

試板6：轉銹穩銹材料+油漆配套6；

試板7：轉銹穩銹材料+油漆配套7。

2.1.3 試驗要求

(1)對比試驗中所有的油漆配套固定且唯一；

(2)配套試驗所用的油漆配套是不同品牌的配套；

(3)為了盡可能減少變量，兩個試驗使用的試板是由同一塊鋼材下料，銹蝕情況相近。

2.1.4 試驗用到的相關標準及資料

GB/T 9271—2008《色漆和清漆 標準試板》；

GB 1727—1992《漆膜一般制備法》；

GB/T 13452.2—2008《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》；

GB/T 9278—2008《涂料試樣狀態調節和試驗的溫濕度》；

GB/T 5210—2006《色漆和清漆 拉開法附著力試驗》；

轉銹穩銹材料產品說明書和各種油漆的產品說明書。

2.2 試板的制備

2.2.1 環境溫度

轉銹穩銹材料的施工及油漆的噴涂都發生在車間噴烘一體室內,環境溫度15 ℃；試板表面溫度8 ℃；環境相對濕度45%；露點溫度3.2 ℃；所有壓縮空氣管路油水分離器工作正常。

2.2.2 試板的噴涂

試板尺寸：100 mm×150 mm，清洗試板的表面油污使用180號溶劑油，使用砂紙輕拉毛清理表面浮銹；轉銹穩銹材料刷在試板表面兩天后開始噴涂油漆； 底漆、中間漆和面漆的干燥時間按照各自產品說明書和現場實際要求執行。試板噴涂結束后，在室內放置2周，室內溫度15～20 ℃，相對濕度(50±5)%。

2.3 試驗過程及結果

2.3.1 試驗設備

干膜測厚儀和拉拔儀。

2.3.2 測量試板漆膜厚度

漆膜厚度均超過250 μm。使用150目砂紙輕拉毛試板表面漆膜(打磨掉試板表面飛濺的漆膜等雜質)，每塊試板粘三個拉拔頭。在24 h后，進行附著力試驗。

2.3.3 試驗中出現的問題

轉銹穩銹材料施工在試板表面后，會在很大程度上延長底漆的干燥時間。

2.3.4 試驗結果統計

對比試驗結果見表1。配套試驗結果見表2。

表1 對比試驗結果統計

表2 配套試驗結果統計

由表1可得出：(1)相對于手工除銹，轉銹穩銹材料在轉銹穩銹上有一定的作用，涂刷了轉銹穩銹材料的試板做油漆后涂層附著力平均值大于手工除銹后做油漆的試板，但是遠小于噴砂后做油漆的涂層附著力;(2)對于銹蝕不嚴重的工件，薄刷轉銹穩銹材料附著力相對會更好。

由表2可得出：(1)轉銹穩銹材料對不同品牌的油漆配套兼容性不同，可能會影響部分底漆中溶劑的揮發;(2)根據相關防腐要求，涂層附著力大于5 MPa即為合格。除試板1和試板4附著力不合格外，與其他配套附著力均滿足工藝要求。

2.4 分析與討論

(1)相對于手工除銹，轉銹穩銹材料在轉銹穩銹上有一定的作用，抹涂了轉銹穩銹材料的試板做油漆后涂層附著力大于手工除銹后做油漆的試板，但是遠小于噴砂后做油漆的涂層附著力。

(2)轉銹穩銹材料在兼容性試驗中71%的附著力數值是滿足相關工藝要求，有29%的附著力數值低于5 MPa(試板1和試板4)；也就是說該類轉銹穩銹材料與這兩個油漆配套的兼容性不佳。另外，在試驗過程中發現，轉銹穩銹材料在很大程度上會影響涂層底漆的干燥時間，需要借助噴烘一體室加熱促進干燥。

雖然該轉銹穩銹材料相對于手工打磨來說，具有一定的優勢,但是想要完全替代傳統的噴砂工序，還需進一步優化改進。

3 結束語

目前，公司生產的用于國內內陸地區鉆采設備的遮陽棚表面已采用轉銹穩銹材料，后續會繼續跟蹤觀察和統計現場服役情況。從試驗結果來看，轉銹穩銹材料的效果確實優于手工打磨、清理，在實際應用中也減少了操作工手工打磨、清理的工作量，降低了生產過程中的人工成本，相對更環保。但是由于其實際使用性能無法在短期內得到統計數據，在海洋鉆采設備及出口鉆采設備中暫時不建議使用。