井提升机是矿山生产的重要设备，担负着煤炭、矸石、人员、各种材料及设备的提升和运送工作[1]。天轮装置是矿井提升机的重要旋转承载部件，起着支撑和导向钢丝绳的作用[2]。GB/T 33931— 2017《矿井提升机天轮和导向轮修复工艺要求》规定了矿井提升机天轮和导向轮轮体除锈等修复工艺要求。
由于喷丸、手工打磨、酸洗等表面处理方式存在劳动强度大、人工成本高、污染环境等问题，笔者提出了一种基于锈蚀转化剂的矿井提升机天轮装置表面处理方法，并通过附着力测试和盐雾试验，验证了该方法的可行性。
1 基于锈蚀转化剂的天轮装置表面处理方法
1.1 锈蚀转化剂技术
锈蚀转化剂是一种新的表面处理技术，该技术利用活性成分，将零件表面疏松的锈层封闭、钝化和转化，使其牢固地附着在零件表面上，或者将有害的铁化合物经钝化或转化，转变成稳定的无害物质存在于漆膜之中，从而达到不除锈也能防锈的目的[3]。
与传统表面处理方式相比，锈蚀转化剂除锈技术具有以下特点：
(1) 除锈防锈性能高且稳定，节能环保，功能齐全，长效防腐；
(2) 可以准确定位除锈部位，不受工件表面形貌限制；
(3) 在除锈过程中只消耗锈蚀转化剂，使用成本较低；
(4) 不锈蚀母材，不改变母材化学成分，不影响母材强度。
1.2 锈蚀转化剂的应用
天轮装置的涂装是提升机制造工艺中的一个重要环节，表面处理是涂装过程的重要工序，优异的表面处理质量可以最大程度地发挥涂料的性能和作用，延长涂层的使用寿命。
常见的表面处理方式有喷丸、手工打磨、酸洗等，喷丸工作环境差，污染环境，且只能在喷丸室操作；手工打磨人工成本高，效率低，难以保证除锈质量；酸洗对工件材质及其表面影响大，成本高，污染环境。
锈蚀转化剂的具体实施过程如下：
(1) 用铲刀、砂纸等将天轮轮体表面疏松的氧化皮除掉；
(2) 用清洗剂将表面的油污、灰尘等杂物清洗干净；
(3) 将锈蚀转化剂均匀地涂抹在金属表面；
(4) 室温晾置 14 h，直至转化膜干燥；
(5) 涂漆。
2 试验验证
上述工序完成后，采用划格法对涂覆在天轮轮体表面的漆膜附着力进行测试，分别选用对母材强度无影响的喷丸、手工打磨和锈蚀转化剂，进行盐雾试验，分析锈蚀转化剂的抗腐蚀性能。
2.1 附着力测试
G B/T 9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》中 8.3 规定了划格试验结果的分级标准，采用刀片对漆膜进行划格法测试， 观察十字交叉处和切口边缘的漆膜脱落面积。0 级是所有网格交叉及切口边缘处都没有漆膜脱落；1 级是有 5% 的脱落面积；2 级是脱落面积大于 5%，小于 15%；3 级是脱落面积大于 15%，小于 35%；4 级是漆膜大片脱落，部分或全部网格剥落，脱落面积大于 35%，小于 65%；5 级是脱落面积大于 4 级。对于一般性的用途，0、1 和 2级为评定通过。试验结果分级如图 1 所示。
经锈蚀转化剂处理后，天轮表面涂铁红醇酸底漆 + 醇酸面漆，采用划格法对该表面进行附着力测试，试验如图 2 所示，评定分级结果为 1 级，通过评定。
2.2 盐雾试验
为进一步验证锈蚀转化剂处理表面的抗腐蚀性能，按以下步骤进行盐雾试验：
(1) 准备 3 块试板，材质与天轮轮体相同；
(2) 分别对 3 块试板进行喷丸处理、手工打磨和涂抹锈蚀转化剂；
(3) 涂铁红醇酸底漆 + 醇酸面漆。
盐雾试验过程如表 1 所列，涂面漆后试板如图 3所示。
根据 GB/T 1771《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》，分别对 3 块涂面漆后的样板进行盐雾测试。盐雾试验条件如表 2 所列。
盐雾试验具体过程：
(1) 用刀片在试板上交叉刻划痕，划痕距试板的每条边至少 10 mm，划痕宽度 1 mm，划痕交叉角为 45°；
(2) 将划有划痕的试板放入盐雾箱中，试验时间为 1 036 h；
(3) 试验结束后用纯水冲洗，并把试板擦干，检查试板表面的损坏情况。
盐雾试验结果如图 4 所示。
由图 4 可以看出，盐雾试验后，手工打磨处理的试板单边扩蚀超过 2 mm，腐蚀较为严重，底部有大量气泡产生；经过喷丸处理和锈蚀转化剂预处理的试板单边扩蚀小于 2 mm，明显优于手工打磨处理的试板。
3 经济效益分析
根据 GYD-211—2000《全国统一安装工程预算定额：第 16 册——刷油、防腐蚀、绝热工程》以及各类操作实际施工成本，对 3 种表面处理方法的工艺成本进行对比，结果如表 3 所列。
由表 3 可以看出，喷丸处理成本最高，主要因为喷丸处理需要厂房和大量的设备以及转运成本；手工打磨成本次之，但除锈工作繁重，效率低；锈蚀转化剂成本最低，约为喷丸处理成本的 7%，手工打磨成本的 82%，成本仅为材料费，无需大型设备和大量劳动力，且施工便捷，安全环保。
4 结语
与传统的喷丸、手工打磨、酸洗等传统表面处理 方式相比，锈蚀转化剂的除锈防锈性能高，成本低， 节能环保，对于提高天轮装置修复、退库返修项目的 表面处理效率具有重要意义。
作者：段秋华1,2 ，李仲豪3 ，梁艳华1,2 ，
1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039；
2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 ；
3大连理工大学化工学院 辽宁大连 116024
参考文献
[1] 赵光辉，徐永福，刘同欣，等．采用滚动轴承连接的天轮装置的设计研究 [J]．矿山机械，2021，49(6)：22-25.
[2] 赵光辉，刘同欣，李玉辉，等．矿井提升机辐板式天轮装置设计研究 [J]．煤矿机械，2021，42(8)：4-6.
[3] 宋轶黎，胡喜艳，席发臣，等．一种新型锈蚀转化剂的作用机理研究 [J]．腐蚀科学与防护技术，2015，27(1)：13-18. □
来源：矿山机械杂志第50卷2022年第2期
声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 联系方式：services@kjzj.com
