塗覆鋼板的方法與流程

2023-05-02 16:31:46

本發明涉及一種塗覆鋼板的方法和一種用於鋼板的塗層，以及具體涉及但不限於對航空母艦上使用的承重鋼板表面進行塗覆的方法。
背景技術：
：諸如航空母艦等輪船通常由鋼製成，包括作為飛機起飛和著陸跑道的最高甲板表面。通常通過施加一層有機塗料，對這些甲板表面進行保護。然而，該塗料不能承受使用噴氣發動機的飛機起飛和著陸期間產生的氣體洗滌，使用噴氣發動機有利於垂直起飛或降落或者短距起飛和垂直降落(stovl)。這種氣體洗滌能夠導致表面溫度從環境溫度至2000攝氏度的變化，在每次演習中會引起小塊油漆被燒掉。因此這種損壞會使甲板表面易受腐蝕。需要這樣的表面塗層，其能夠應對包括從環境溫度開始在-50攝氏度至+50攝氏度範圍內的溫度快速變化。塗層必須提供允許安全地在上面行走的不滑或防滑表面，其必須足夠堅固以承受在起飛和著陸期間施加至塗層的力，並且在損壞時易於修理。技術實現要素：本發明的優選實施方式試圖克服現有技術的上述缺陷。根據本發明的一方面，提供一種塗覆鋼板的方法，其包括如下步驟：處理待塗覆的鋼板表面；對所述鋼板施加第一金屬沉積塗層，所述第一塗層包括鋁；對所述第一塗層施加第二金屬沉積塗層，所述第二塗層包括鋁和至少一種第一摻雜材料；以及對所述第二金屬沉積塗層施加屏蔽塗層。通過對鋼板施加鋁的第一塗層、鋁加一種摻雜材料的第二塗層和屏蔽塗層，能夠提供一系列的優點。板材被保護以防止腐蝕，並且提供對於在上行走安全的不滑或防滑表面，以及提供適當的耐摩擦表面以運行飛機。該表面能夠被塗色，並且還足以抵抗溫度的快速變化，來自垂直起飛飛機的氣體洗滌不會損害表面或鋼材。該表面還提供足夠摩擦阻力，以允許其他飛機的起飛著陸。在優選實施方式中，通過噴砂處理所述鋼板的表面。通過對鋼材表面的噴砂處理，生成大致無氧化物且適當粗糙的表面，其確保鋼板材料與第一塗層的鋁的牢固結合。在另一優選實施方式中，噴砂處理使用包括棕剛玉的砂，其具有適當稜角並且堅固，以提供用以優化第一塗層的鋁的粘附性的所需輪廓。在優選實施方式中，第一塗層還包括至少一個第二摻雜材料，其增強第一塗層的耐腐蝕性和/或便於修理。在另一優選實施方式中，第二摻雜材料包括鋅、鉬、鎵、錫和銦中的至少一種。額外的摻雜物延長了海事環境中第一塗層犧牲特性的壽命，並提高了第一塗層修復機制的通用性。在另一優選實施方式中，第一金屬沉積塗層施加為75微米至200微米之間的厚度。第二金屬沉積塗層能夠以包括第一階段和第二階段的多個階段施加，並且其中，在塗層施加中使用的顆粒加速器操作為使在第一階段中加速顆粒比第二階段中更快。第二金屬沉積塗層還能夠以包括第一階段和第二階段的多個階段施加，並且其中，在塗層施加中使用的顆粒加速器操作為使在第一階段生成的表面具有比在第二階段生成的表面粗糙度更小的表面粗糙度。通過在多個階段施加第二金屬沉積塗層並且在第二階段顆粒較低的加速，從而導致生成的表面的更大的粗糙度，提供了這樣的優點，第一金屬沉積塗層與第二金屬沉積塗層之間的結合很牢固(由於第一階段中對碰撞增大的顆粒速度)，但第二金屬沉積塗層的最上層表面足夠粗糙(由於第二階段中對碰撞降低的顆粒速度)，以有助於提供不滑或防滑表面。在另一優選實施方式中，第二金屬沉積塗層施加為150微米至300微米的厚度。在一種優選實施方式中，屏蔽塗層包括無機耐熱塗層材料。通過對屏蔽塗層使用無機耐熱塗層材料，提供這樣的優點，屏蔽塗層有助於保護第一和第二金屬沉積塗層，並且由噴射的氣體洗滌產生的高溫不會損壞屏蔽塗層。結果，本發明的塗層能夠被認為膨脹型(intumescent)。在另一優選實施方式中，屏蔽塗層包括矽酸鉀塗層材料。矽酸鉀塗層提供上述優點並且能夠以方便的厚度施加。在另一優選實施方式中，屏蔽塗層施加至5微米至25微米之間的厚度。通過提供上述厚度的屏蔽塗層，提供如下優點，屏蔽塗層跟隨並且大致重製第二金屬沉積塗層的輪廓因此有助於生成不滑表面。在優選實施方式中，使用下述金屬沉積技術中的至少一種施加所述第一和第二金屬沉積塗層中的至少一個：電弧噴塗、線材噴塗、雙絲電弧噴塗、大氣等離子噴塗和冷噴塗。根據本發明的另一方面，提供一種用於鋼板的塗層，該塗層包括：第一金屬沉積塗層，其包括鋁，並施加至鋼板的處理的表面；第二金屬沉積塗層，其包括鋁和至少一種第一摻雜材料，並施加至所述第一金屬沉積塗層；屏蔽塗層，其施加至所述第二金屬沉積塗層。第一塗層還可包括至少一種第二摻雜材料。第二摻雜材料可包括鋅、鉬、鎵、錫和銦中的至少一種。在一種優選實施方式中，第一金屬沉積塗層具有75微米至200微米之間的厚度。第一摻雜材料可包括下述中的至少一種：鈦、鉻、錳、硼、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻、氧化錳、氧化硼、氮化硼、碳化硼和碳化鎢。在一種優選實施方式中，第二金屬沉積塗層以多個階段施加，該多個階段包括第一階段和第二階段，並且其中，在所述第一階段生成的表面比在所述第二階段生成的表面粗糙度具有更小的表面粗糙度。在另一優選實施方式中，第二金屬沉積塗層施加至150微米至300微米之間的厚度。在一種優選實施方式中，屏蔽塗層包括無機耐熱塗層材料。在另一種優選實施方式中，屏蔽塗層包括矽酸鉀塗層材料。在另一優選實施方式中，屏蔽塗層施加至5微米至25微米之間的厚度。根據本發明的另一方面，提供一種板狀材料，其包括：鋼板材料；以及如上述列出的施加至所述鋼板材料的塗層。在一種優選實施方式中，鋼材包括硬化鋼。在另一種優選實施方式中，鋼材包括碳錳鋼。根據本發明的另一方面，提供包括如上列出的至少一種板材的一種物品。在一種優選實施方式中，板材形成承重表面。在另一優選實施方式中，物品為直升機著陸平臺、潛艇、石油鑽機、化學加工廠、能源生產廠、貨櫃和彈藥箱中的任意一個。根據本發明的另一方面，提供一種對鋼板施加塗層的裝置，該裝置包括：框架，用於支撐多個金屬沉積塗層施加器；施加器移動裝置，用於相對於所述框架移動所述施加器；至少一個施加器，用於對鋼板施加至少一個第一金屬沉積塗層和至少一個第二金屬沉積塗層；以及至少一個處理器，用於控制所述施加器和所述施加器移動裝置。通過設置上述裝置，提供如下優點，可適當並均勻地塗覆板材的較大表面例如航空母艦的甲板，以生成具有一致標準的表面。在一種優選實施方式中，施加器使用電弧噴塗、線材噴塗、雙絲電弧噴塗、空氣等離子噴塗和冷噴塗中的至少一種金屬沉積技術。該裝置可包括多個施加器，用於對鋼板施加至少一個第一金屬沉積塗層和至少一個第二金屬沉積塗層。附圖說明現在參照下述附圖，對僅作為實施例且不構成任何限制的本發明的優選實施方式進行描述，其中：圖1是示出本發明方法的流程圖；圖2是本發明板材和塗層的示意性截面演示；圖3是本發明中使用的板材處理表面(preparedsurfaceofsheetmaterial)的顯微照片圖像；圖4是本發明中使用的板材處理表面的橫截面的顯微照片；圖5是不適合在本發明中使用的板材處理表面的橫截面的顯微照片；圖6是示出本發明方法的流程圖；圖7是應用本發明塗層的裝置的軸測圖；以及圖8是圖7的裝置的另一軸測圖。具體實施方式參照圖1和圖2，以圖1和圖6中列出的系列步驟，進行在鋼板12上施加塗層10的方法，圖1代表圖6中示出的更完整過程的簡化版本。在過程的開始，處理鋼板材料12用於接收塗層10，塗層10將施加在其至少一個表面上。鋼板的厚度取決於其應用的用途，因此不受本發明的約束或限制。此外，詞語「板」是指單個鋼板或結合在一起的多個鋼板，鋼板形成平坦或大致平坦的表面並不是本發明的限制。塗層的目的是對鋼材生成保護性的不滑或防滑表面。該鋼材用於承載例如人、車輛或飛機等重量的任意適當的承重場合。表面處理(在圖1和圖6中以14示出)的主要功能是暴露鋼材的大致無氧化物表面並產生足夠的表面粗糙度，以確保鋼材12與塗層10之間的牢固結合。該表面處理技術的一個實例是噴砂處理(以16示出)，其中，優選為棕剛玉的砂在大於80磅/平方英寸(psi)壓力下的壓縮氣流中加速，並且在板狀鋼處以45度至90度之間的角度被引導至處理表面。在步驟18處進行檢驗，並且在步驟20處確定通過或未通過。檢驗步驟可包括檢查處理表面的顯微照片，並且圖3中示出100倍放大率的可接受的表面顯微照片，其中示出的尖銳邊緣提供指示這樣的表面，該表面會與施加至其的塗層產生良好結合。圖4和圖5也是顯微照片(100倍放大率)，示出噴砂表面的截面。圖4示出可接受的噴砂表面實例，並且圖5示出由於不具有足夠的粗糙度而不能接受的表面實例。下述表格列出用於噴砂表面的優選主要粗糙度參數，使用粗糙度測量技術測量的粗糙度對該領域技術人員為熟知的。參數說明可接受的範圍(微米)ra絕對值的平均數並且描述平均粗糙度≥4(通常為4-5.5)rp最大峰高≥15rku峰的平均銳度≥3rsm輪廓峰元的平均寬度≤500rt在樣品長度中最大峰-谷高度30-60在步驟16的噴砂之前，可應用其他的表面處理技術。這些技術包括除油汙和除漆，並且後者可使用噴砂進行，但使用另一種砂諸如微粒或粒料。也可以使用氯化物指示劑類型或該領域技術人員熟悉的相似技術對該表面進行油脂和存在的氯化物的檢測。接著步驟14中的表面處理，在步驟22中進行金屬沉積。通過將兩種不同成分的金屬連續沉積在鋼材12上，以兩個不同塗層進行該金屬沉積。在步驟25中應用第一金屬沉積塗層24，並且其至少包括鋁。第一金屬沉積塗層24可包括摻雜成分，包括但不限於諸如鋅、鉬、鎵、錫和銦等金屬。第一金屬沉積塗層24可通過電弧噴塗施加，但也可以接受其他的金屬沉積/噴塗處理，包括但不限於線材噴塗、雙絲電弧噴塗、大氣等離子噴塗和冷噴塗。第一金屬沉積塗層通常具有75微米至200微米之間的厚度。第一金屬沉積塗層優選在同一表面上經旁通噴槍數次施加為系列層。在施加第一金屬沉積塗層24之後，在第一塗層24的上面施加第二金屬沉積塗層26(步驟27)。第二金屬沉積塗層包括鋁和至少一種其他摻雜成分，包括但不限於諸如鈦、鉻、錳、硼、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻、氧化錳、氧化硼、氮化硼、碳化硼和碳化鎢等金屬。使用與用於施加第一金屬沉積塗層24的任意相同的技術施加第二金屬沉積塗層26。第二金屬沉積塗層通常具有150微米至300微米之間的厚度，並且分兩個階段施加。這兩個階段優選使用相同的金屬組合，但能夠通過當進行噴塗時來自噴槍金屬顆粒加速的不同進行區分。在該施加的第一階段，生成第二塗層26的第一階段28，來自噴槍的噴塗顆粒以與生成第二塗層26的第二階段30更快的速率被加速。在第一階段，快速運動的顆粒增加的動量使得第二塗層26與第一塗層24之間牢固的粘附以及高密度。然而，在第二塗層的第一階段結束時所產生的臨時表面(以32表示)不具有用以提供良好的不滑或防滑表面的足夠粗糙度。通過放慢並降低第二階段中顆粒的動量(通過大約一半地降低噴槍中加速氣體的壓力)，生成更加粗糙的表面(以34表示)。一旦施加了第一和第二金屬沉積塗層並且在步驟29進行檢驗，則在步驟31確定通過或未通過。檢驗可包括視覺檢驗、表面粗糙度測量和彎曲試驗(取沒有形成被保護主要表面的部分的鋼材樣品，並使用預定力以預定直徑彎曲，以確保金屬沉積塗層與鋼材之間的良好粘附)。通過施加屏蔽塗層36(步驟33)完成塗層10。屏蔽塗層是諸如矽酸鉀密封劑等無機耐熱材料。密封劑作為防止鋁氧化的屏障，並且施加在5微米至25微米厚度之間的層中，該層比第一金屬沉積塗層和第二金屬沉積塗層更薄。該厚度足夠小，使第二金屬沉積塗層26的上表面34的粗糙度得以保持，從而提供良好的不滑表面。屏蔽塗層能夠通過刷子、輥筒、噴槍(hvlp，高速低壓)或用於較小面積的浸漬進行施加。屏蔽塗層36能夠包括顏料，以提供所需的基底塗層顏色。一旦施加屏蔽塗層，在步驟35進行最後的檢驗步驟，並且在步驟37確定通過或未通過。如果需要，可以在屏蔽塗層的表面施加包含其他顏料以產生其他顏色的另一種屏蔽塗層，以給出標識線或其他所需的分界線。能夠手動操作上述類型的噴槍，以施加金屬沉積塗層。然而，當對很大的表面區域進行作業時，優選使用圖7和圖8示出類型的機器人裝置。該裝置包括框架50，其設置在板材料12上，並且經輪子52可移動。噴槍54形式的施加器設置為以連續施加的方式施加第一金屬沉積塗層和第二金屬沉積塗層。然而，施加器能夠可選地包括兩個或更多個噴槍，以施加不同的金屬沉積塗層，並且最優選地包括三個噴槍。第一噴槍施加第一金屬沉積塗層，第二噴槍施加第二金屬沉積塗層的第一階段，以及第三噴槍施加第二金屬沉積塗層的第二階段。使用機器臂56形式的是施加器移動裝置，使施加器相對於框架50移動。對該領域技術人員明顯地是，可使用其他施加器移動裝置諸如平板掃描儀等，以控制施加器相對於框架的移動。由處理器(未示出)控制機器臂56的移動和噴槍54的使用。處理器能夠使塗層平均施加，並且通過控制臂的移動速度和/或金屬塗層的沉積速率，能夠確保小塊塗層10(參見圖8)的邊緣被羽化(feathered)】，從而使一塊塊塗層10能夠單獨形成並且連續塗層可施加於板狀鋼材12的整個表面。該板材適於使用在任意下述應用中，僅以實例給出並不作為限定性清單，直升機著陸平臺、潛艇、石油鑽機、化學加工廠、能源生產廠、貨櫃和彈藥箱等。一般是這樣的情況，在施加塗層時已經建好應用，在該應用中將塗層施加至鋼板。例如，如果將塗層施加至航空母艦的甲板，在輪船建好之後便施加塗層。該領域技術人員可以理解，僅以實例而不構成任意限制的描述了上述實施方式，並且在不偏離由所附權利要求限定的保護範圍的情況下進行各種變化和變形。當前第1頁12