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高速动车组铝合金车辆的防腐蚀初探,根据制造高速动车组铝合金材料腐蚀的特点
2019年10月02日    阅读量:1055     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 引言

高速动车组列车的诞生标志着中国铁路运行从过去的中低速和准高速时代跃升到了高速时代,由高速所带来的一系列相关配套技术也要适应和满足车辆高速运行状态的要求,车辆的防腐涂装技术也不例外。


高速动车组车辆的车体是由铝合金制造的,这与传统的铁路客车碳钢车体相比较,材料本身就不相同,且其技术规范中明确规定:“动车组的设计寿命为20 a,车体外部涂装的油漆至少一个大修期无须重新涂装。”因此,采取什么措施进行表面处理和防腐涂装,选择什么样的防腐涂装保护体系使其发挥出良好、有效的防腐蚀保护和装饰作用,从而保证车辆的正常使用周期或满足延长其使用寿命的要求,是个非常重要的问题中国机械网okmao.com


1 防腐涂装体系的确定

确定高速动车组铝合金车辆的防腐涂装体系,首先应依据技术规范要求去科学的选择,选择过程是建立在借鉴历史经验、试验以及技术开发成果基础上的。先回顾一下铁路客车防腐涂装的发展历程。自1980 年以来,铁路客车的防腐涂装体系经过不断的发展,已经取得了很大的成就。


随着铁路客车的不断换型和更新,铁路客车的防腐涂装体系也在不断地更新、完善和发展,同时也随着新的防腐涂装材料及设备的不断产生而使防腐涂装的档次逐渐地提高。


铁路客车防腐涂装体系近20 多年的发展大约经过了2 个节点,一是以铁道部车辆局工车[1992]334 号文件发布为界线,也就是20 世纪90 年代以前的22 型客车采用的是酚醛底漆、油性腻子、醇酸磁漆的防腐涂装体系,334 号文件发布之后,采用的是以环氧酯防腐漆、环氧酯腻子、丙烯酸改性醇酸磁漆为主的防腐涂装体系。


直到2002 年6 月铁道部运输局运装客车[2002]144 号文件发布,以此作为第2 个节点,宣告了铁路客车单组分油漆配套体系从此退出了历史舞台,拉开了铁路客车采用双组分油漆防腐涂装配套体系的序幕。这个发展的历程,使铁路客车碳钢结构车体在修理过程中的挖补和截换时间从7.5 ~ 12 a 直至现在的15 a。


在总结了碳钢制造的25 型客车采用双组分油漆涂装体系的实践经验,结合前期研究中华之星、铝合金地铁等铝合金客车防腐与涂装技术的基础,同时经过反复地开发与试验及消化吸收动车组技术引进相关技术,确定了以双组分油漆为主体的适合高速铝合金车辆的防腐涂装保护体系(见表1)。

高速动车组铝合金车辆防腐涂装配套体系

高速动车组铝合金车辆的防腐蚀初探,根据制造高速动车组铝合金材料腐蚀的特点 中国机械网,okmao.com

2 车辆防腐及材料

2.1 概述

铁路客车的防腐蚀处理是延长车辆使用寿命的十分重要的措施,那么一个好的防腐涂装体系,应该是防腐涂层性能充分地满足被保护物体的防腐要求,同时为下一步的涂装打下良好的基础,因此,防腐体系的实现是整个防腐涂装的关健过程。涂装性能充分体现出被涂装物体装饰的美观性,同时保护防腐涂层不被破坏并与防腐涂层共同完成防腐任务。


因此,防腐涂装无疑是一个相互依赖的结合体。油漆防腐是将金属表面覆盖1 层或几层封闭完整的保护涂层,使得金属表面与空气及外界环境隔离,从而达到防止锈蚀的作用。因此,采取有效的措施使这个保护层具有完整性及密封性,同时具有牢固的附着性是十分必要的。


那么单一地强调工艺而忽视油漆材料,也是不行的,这个保护层的本身是靠油漆涂料来形成的,所以有了高性能的防锈漆加上合理规范的预处理及施工工艺才能实现一个完整的防腐涂层,从而起到优良的防腐保护作用。


2.2 铝合金车体的防腐

高速动车组车辆的车体承载结构采用车体全长的大型中空铝合金型材及板材组焊而成。材料是6 系和5 系即Al—Mg—Si 系和Al—Mg 系铝合金材质。尽管这种铝合金材料本身具有非常好的防腐性能,但无论是什么金属材料,都会被腐蚀。金属、混凝土、木材等物体受周围环境介质的化学作用或电化学作用而损坏的现象称为腐蚀。


钢铁、铝等金属材料都有倾向恢复至其原始化合物即矿石状态,将矿石冶炼成金属需消耗大量的能量,此能量潜存于金属中即元素态,它们随时随地可恢复至原始自然的化合态而释放出能量,是化学热力学上自发的过程,即腐蚀现象。所以矿石类化合物是稳定态,而金属是不稳定态。因此保护钢铁、铝等金属,使存在于不稳定态的金属正常发挥功效,阻缓它转化为化合态(即锈蚀),延长物体的使用寿命,是防腐蚀与涂装工作的一项重要任务。那么对于铁路客车制造行业,首先考虑的是车辆的防腐蚀问题,这直接关系到车辆的使用寿命。


铝及其合金的腐蚀形式有很多种,而仅就Al—Mg—Si 系和Al—Mg 系铝合金来说主要的腐蚀形式有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和剥蚀。这些腐蚀形式的根源机理最初大都是由化学作用或电位差腐蚀引起的。尽管在铝合金材料生产过程中采取了添加相关金属元素以及科学的工艺方法,使铝合金材料提高了耐腐蚀的程度,但在应用铝合金材料制造车辆的生产和加工过程中以及车辆运行过程中,受环境等诸多因素的影响都会产生腐蚀的倾向。采取有针对性的、行之有效的防腐蚀措施是必要的。


首先在车体的设计结构上,尽量采用避免腐蚀的和有利于涂装保护的设计结构,如避免容易贮藏灰尘污物和湿气的锐边、镶边、空穴和凹陷,相关部位应设有排水孔,避免积水。边缘圆滑过渡、成型边易干燥、避免形成搭接间隙等。连接点尽可能用相同的金属(例如相同材质的螺丝、螺母、垫圈,并各自带有相同的防护涂层),连接点的数量尽可能少。异种金属(如钢和铝)结合表面涂绝缘漆或用绝缘垫片保护或阳极保护等,防止产生点蚀和电化学腐蚀。


其次在表面处理方式上,采用喷砂处理。喷砂即利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基底表面的过程。在高速动车组铝合金车辆的实际生产制造过程中,通过喷砂去除表面氧化皮和锈蚀点,从而形成表面粗糙度大于或等于5 μm 的均匀洁净表面,提高涂层的附着力。同时通过喷砂也可以消除焊接成型过程中产生的应力,避免产生应力腐蚀的倾向。磨料采用不含铁的三氧化二铝材料,防止磨料喷射时铁嵌入铝材中产生电化学腐蚀。


2.3 防腐材料与施工

2.3.1 铝合金用双组分环氧底漆材料

有了合理的设计结构及规范的表面处理,同时也要有性能优越的防锈底漆材料与之相配套,才能达到理想的保护作用和防腐效果,经过试验,选用了不含铁质颜料的铝合金用双组分环氧底漆作为防腐涂层。双组分环氧底漆是目前使用的防腐性能优良的防锈漆,其具有优良的物理和化学性能指标,耐盐雾测试500h 不起泡、不生锈,十字划痕扩蚀小于2 mm。

2.3.2 阻尼降噪涂料和环氧厚浆漆

阻尼降噪涂料是高速动车组铝合金车体结构内部及底架下表面不可缺少的重要的隔音阻尼防腐材料。它既有隔音降噪的功能又与防锈底漆配合兼有防腐的功能。为提高车辆的阻尼降噪功能,满足车辆噪声目标值要求。铝车体结构内部表面喷涂树脂类阻尼降噪涂料,车体底架外表面喷涂沥青类阻尼降噪涂料,喷涂后干膜厚度根据各部位的要求应在1 ~ 5 mm范围内。阻尼降噪涂料的复合损耗因数,20 ℃时≥0.11。耐盐雾性能1 500 h 无锈蚀、无起泡、无脱落(沿划线2 mm 范围内)。

环氧厚浆漆是双组分厚膜涂料,一次性成膜厚度达200 μm 以上,喷涂在车体底架外表面的挡板及车体端墙底架下部等不喷涂阻尼降噪涂料的部位与防锈底漆共同起到防腐蚀作用,同时做到颜色与车下悬挂设备等保持一致,满足装饰要求。

2.3.3 防腐材料的施工

有了好的防腐材料,恰当的施工工艺也是保证涂料防腐功能实现的关健,因此根据多年的经验及现状,双组分环氧底漆和环氧厚浆漆采用高压无气喷涂法施工,阻尼降噪涂料采用压送式高压无气喷涂法施工。


3 涂装保护及材料

前面讲过防腐与涂装是相互依赖的有机结合体,当整个防腐涂层完毕后,如何对这个防腐涂层进行有效保护的同时兼顾装饰性是必要的。因此,涂装材料及涂装工艺的优劣,不仅决定着防腐涂装体系的性能,而且,也能反映出整个涂装体系的装饰美观性。在动车组铝合金车体上涂装材料选用铁路客车专用的双组分不饱和聚酯腻子、双组分聚氨酯中涂漆和高光泽双组分丙烯酸聚氨酯面漆,作为涂装保护装饰涂层。其中最能体现涂装效果的就是面漆,面漆除具有优良的耐候性、耐水性、耐化学试剂性、抗冲击性、柔韧性等性能外,还具有合适的光泽,其60°镜向光泽≥90%,耐人工气候加速老化试验(1 500 h)≤2级。并且在涂装施工过程中,坚持封闭、封闭、再封闭的原则,保证每一道涂层都能够将前一道涂层封闭严整,起到有效保护作用的同时满足了动车组的高装饰性的涂装保护要求。

值得注意的是,目前动车组上采用的有实色面漆和底色漆加罩光清漆2 种体系,这2 种体系都能满足涂装保护和装饰的要求,只是应用和维修过程中有些差异,比方说新造车过程中实色漆涂装周期较长,售后服务时局部易维修。而底色漆加罩光清漆涂装周期较短,售后服务时局部维修相对较难。


4 结语

针对制造高速动车组铝合金材料腐蚀的特点,以阻止和延缓腐蚀的产生为目标,从设计结构、应用材料、工艺措施上充分考虑铝合金车体结构的防腐需要,为铝合金车辆的防腐蚀探索出了切实可行的措施,提供了一个科学完整的防腐涂装配套保护体系,是铁路客车防腐涂装体系的再一次进步,该体系主要体现出了耐盐雾、耐老化、耐清洗、环境友好、高装饰性等防腐涂装保护新的特点,为铝合金铁路客车的防腐与涂装提供了标准的配套体系。

但是,无论多么好的防腐涂装配套体系,始终有不完善的地方,如动车组车头前端应考虑采用耐微生物腐蚀的自洁型涂料。因为车辆在高速运行过程中,因撞击附着在车头前端部位的昆虫尸体极易对车头部位的面漆造成腐蚀,影响美观和涂层的使用寿命。另外,由于铝合金车辆在我国刚刚发展起来,其铝结构应用过程中的腐蚀程度以及在大修和厂修时挖补和截换程度等都需要经过研究和探索才能积累数据和经验。这就需要工程技术人员的不断努力和探索,逐步完善动车组的防腐涂装保护体系,降低动车组列车的寿命周期成本。


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