熱噴塗替代煤礦液壓支架電鍍塗層的探索
熱噴塗替代煤礦液壓支架
電鍍塗層的探索
2017年暑假，去上海看媽媽，正好爸爸的朋友在江南造船廠工作，在我的要求下，去參觀了造船廠。船廠很大，各種現代化設備鱗次櫛比，看的我異常興奮。期間，我們還去了另一處修船分廠，在那裡，看到很多待修的大型螺旋槳、柴油機曲軸、船舶尾軸等，由於經歷了長時間工作負荷，表面坑坑窪窪布滿了腐蝕磨損後留下的痕迹，由此激起了我強大的好奇心，損壞成這樣了，工人們是用什麼方法把它們修復如新呢？
爸爸曾做過多年修船工程師，他詳細給我解答了這個問題，他說，修復方法很多，主要是根據不同的東西以及不同的情況來確定不同的維修方案。方法有堆焊、電鍍、冷焊、熱噴塗等等，爸爸另外一個朋友公司就是做熱噴塗的，問我有沒有興趣去實地參觀一下，我高興地答應了。
爸爸朋友的公司叫東方潤鵬科技有限公司（Oriental Renpro Technology Ltd. Co.）主要從事自主研發、設計、生產熱噴塗輔助設備，提供配套的集成系統及技術支持。公司近年來在熱噴塗材料、熱噴塗工藝開發及加工應用等領域發展迅速，先後搞出了不少尖端產品，在該行業小有名氣。
熱噴塗，就是將熔融狀態的噴塗材料，通過高速氣流使其霧化，然後以很高的飛行速度噴射到經過處理的工件表面，形成牢固的覆蓋層，從而使工件表面獲得不同的耐磨、耐腐、耐熱、抗氧化、隔熱、絕緣、導電、密封、消毒、防微波輻射以及其他各種特殊物理化學性能。它可以在設備維修中修舊利廢，使報廢的零部件"起死回生"，也可以在新產品製造中進行強化和預保護，使其"益壽延年"。常用方法主要是火焰噴塗、等離子噴塗以及超音速火焰噴塗（HVOF、HVAF）等等。
回到北京，我就跟著爸爸一起來到遠在廊坊的工廠，寬大的廠房裡裝備了不少各種先進的設備，一間封閉的工作間里，他們自己研製的超寬移動噴槍正在工作，還有的機器正在將已噴塗好的工件進行拋光處理，做好的成品真的跟嶄新的一樣。
車間最裡面是一間實驗室，一個叔叔正在桌前忙碌著，爸爸的朋友就是公司的翟總，他告訴我，他們正在研究一種新的噴塗材料，用以替代煤礦液壓支架的電鍍塗層。我知道電鍍(Electroplating)就是通過電解的原理，在金屬、導電體或經過特殊處理過的塑膠表面上鍍上一薄層其它金屬或合金，從而起到防止金屬氧化（如鏽蝕），提高耐磨性、導電性、抗腐蝕性以及增進美觀等作用。電鍍工藝運用十分廣泛，但隨著人們環保意識的不斷加強，電鍍工藝的弊端愈發凸顯出來，作為污染最嚴重的三個行業之一，工作時由於一旦加溫過高，鍍液會加速蒸發和分解，氣霧中含有高濃度的溶質成分，這時會嚴重污染工作環境，尤其是酸、鹼氣霧，氰化物和鉻化霧對環境的影響和人體危害會更大。另外由於電鍍大多是用來鍍鉻、鋅等重金屬的，因此排出的污水會導致水體污染。而生活中人們食用了被污染的生物後會導致重金屬離子在人體內積聚，重金屬離子的主要危害是使生物體內的蛋白質變性，因此而導致畸變等，所以污染比較嚴重。
翟總告訴我，由於對環保的要求愈來愈高，電鍍污染防治成本的大幅增加已經讓生產廠家難以承受，因此儘快找到物美價廉的電鍍替代工藝已是迫在眉睫。相比電鍍，熱噴塗具有無可比擬的優勢，便捷、無污染更使它具有不可替代的亮點，儘管目前來說還存在著成本偏高、且對小型以及精細對象還難以使用熱噴塗技術，但相信隨著當前材料技術、智能技術突飛迅猛的發展，相信不遠的將來這些難題都將會被人類攻克。
自1954年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作面開始，採煤技術實現了綜合機械化。綜合機械化採煤，就是工作面採煤、運輸和支護三大主要生產環節都實現了機械化。也就是說，採用滾筒式或刨削式等採煤機械落煤與裝煤，工作面重型可彎曲運輸機，以及與之適應的順槽轉載機和可伸縮帶式輸送機等運煤，自移式液壓支架管理頂板。這幾種設備相互配合、組成了綜合機械化採煤設備。
由於工作麵粉塵較大，因此一般液壓支架上均設有噴水系統，導致工作面長期處於非常潮濕的環境中。而大家知道，大部分原煤中含有大量的硫化物，在潮濕環境中極易對金屬產生腐蝕，尤其是液壓支架中的液壓支柱，支柱的電鍍塗層由於腐蝕受損產生漏液，會產生極大的安全隱患。
翟總告訴我，他們之前已經利用兩種目前在熱噴塗中應用較廣的塗層粉末做了鹽霧試驗，分別是碳化鎢和超級不鏽鋼材料，效果不錯，與電鍍鉻比，熱噴塗塗層具有更為優秀的耐腐蝕性能，無論是碳化鎢，還是超級不鏽鋼，在鹽霧實驗中的表現，均優於電鍍鉻幾十倍。
碳化鎢相對電鍍鉻，其耐磨能力至少在幾十倍以上。超級不鏽鋼與電鍍鉻的耐磨能力相近，另外熱噴塗的塗層生產效率極高，每平米的噴塗時間僅為15~20分鐘。1.58平米的中缸體，僅需噴塗時間0.4小時。目前主要問題在於，成本控制上較電鍍沒有明顯的優勢，如何能做到物美價廉，是目前需要解決的首要問題。說著，翟總問我，有沒有興趣參與進來，可以更深入的了解這個充滿希望與挑戰的行業，我高興的答應了。我知道，以我現在的能力雖然也只能做些輔助的事情，但我可以通過在旁邊的觀察，進一步了解試驗過程，增長自己的見識，對自己是一個非常難得的實踐機會。
接下來，我先是了解了用碳化鎢和超級不鏽鋼材料進行鹽霧試驗的具體過程，鹽霧試驗就是在特定的試驗箱內，將含有(5士．5)%氯化鈉、pH值為6.5～7.2的鹽水通過噴霧裝置進行噴霧，讓鹽霧沉降到待測試驗件上，經過一定時間觀察其表面腐蝕狀態。兩個試驗分別進行，每種材料噴塗3塊樣品，分別為0.2mm厚度（未封孔），0.07mm（封孔）以及0.07mm（未封孔）。試驗條件為：
碳化鎢試驗連續噴霧624小時，超級不鏽鋼試驗連續噴霧720小時，結果表明，除0.07mm（未封孔）的超級不鏽鋼在24小時後出現鏽蝕斑點，720小時腐蝕面積占工件總面積達到15%外，其餘5種情況均效果良好，未出現鏽蝕情況。碳化鎢和超級不鏽鋼兩種材料比較的話，還是碳化鎢佔優，因為0.07mm的超級不鏽鋼塗層在不封孔的情況下，還是易出現鏽蝕的情況，且在耐磨能力上也遠遠不如碳化鎢，那麼，如果碳化鎢塗層也能在價格上佔有明顯的優勢，無疑熱噴塗技術即可在液壓支架以及相關領域完全替代電鍍工藝。
目前來看，目標產品根據其功能差異，檔次上有很大差異，高端產品本身要求條件高，相對來說使用現有熱噴塗工藝替代電鍍工藝在成本方面完全可以接受。但大部分使用電鍍工藝的產品本身屬中低端，性能要求並不苛刻，而成本上考慮又極為側重，所以，我們接下來的工作將主要是如何降低噴塗材料成本，翟總介紹，目前來看要想一下大幅度降低材料成本難度較大，因此如果能夠在保持塗層性能穩定前提下，使用低成本物質改變塗層結構組成，或者是找到更加相對來說能夠符合工業需要，但是成本更低的材料，是我們目前的方向。
因為條件的限制，不能長期跟著參加實驗，所以在美國上學期間，我盡量在學業不忙的時候先找些關於電鍍、熱噴塗以及介紹簡單的材料性能方面的文章閱讀，增長知識，回到北京有時間就去實驗室跟著做些力所能及的工作，比如幫忙整理些數據，稱量試驗用材料，樣品做標記等等，有時候還可以看到熱噴塗設備工作時的情況，因為是在一個相對封閉的工作空間，設備控制台在外邊，所以噪音不是很大，也沒有污染，看起來前景真的是非常樂觀。
因為實驗是一個長期的過程，我決定只要有可能的話，一定要堅持下去，也期望我們的試驗早日成功，翟總的事業能更上層樓。
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