專利名稱：用于電力設(shè)備的耐腐蝕和抗紫外線的制品和工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及復(fù)合涂層，它們同時耐腐蝕和抗紫外線(“UV”)輻射，用于內(nèi)部和外部元件如變壓器、斷路器及類似物，帶其用在電力設(shè)備中的有關(guān)殼體，特別是用于室外的電力設(shè)備和有關(guān)的元件。
背景信息用于電力設(shè)備的保護(hù)性涂層在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并例如由美國專利說明書NO.3979704和4298656(分別為Buckley等人和Mendelsohn的)中所述，前一專利涉及一種復(fù)合涂層，它在粗糙的磷酸鋅或磷酸鐵層上覆蓋以鉻酸鋅或重鉻酸鋅層，以用于金屬觸點(diǎn)，并且測量、觸發(fā)和支承斷路器構(gòu)件。后一專利涉及可噴涂的、有柔性、抗斷裂的、用粘結(jié)劑增強(qiáng)的復(fù)合材料，以用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和繞組，其中，復(fù)合材料由雙酚A環(huán)氧樹脂、丁二烯/丙烯腈聚合物、著色顏料、觸變劑和固化劑的混合物制成。
在其它領(lǐng)域，美國專利說明NO.5178902和5300336(均為Wong等人的)描述了用于金屬管的保護(hù)性涂層，該涂層有緊靠管子表面的環(huán)氧樹脂底層，一聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)外層，和一環(huán)氧樹脂與聚烯烴混合物中間層。在涂覆工藝中，管子表面用噴砂清理，洗去金屬粉塵并加熱至175～275℃，然后在單獨(dú)的靜電粉末涂覆室中涂加三個層，在該室中，樹脂粒子熔化，彼此粘接。也可以采用后加熱，繼之以水淬冷。
一系列由3M提供的宣傳冊公開了環(huán)氧樹脂粉末涂層的成份，它們?yōu)?MTMScotchkoteTMFusion Bonded Epoxy Coatings(2000)，pp.1～11；3MTMScotchkoteTM134 Fusion Bonded Epoxy Coating(1999)，pp.1～4；3MScotchkoteTM134 Fusion Bonded Epoxy Coating-Information，Propertiesand Test Results(2000)，pp.1～12；和3M ScotchkoteTM134/135 FusionBonded Epoxy Coating(2000)，pp.1～4，該粉末涂層對金屬提供耐腐蝕保護(hù)，并可通過流化床、空氣噴涂或靜電噴涂技術(shù)來施加，該靜電噴涂技術(shù)可用于ScotchkoteTM液態(tài)酚醛樹脂底層，而且該涂層可以在外面通過多孔結(jié)構(gòu)涂以其它材料，以用于耐磨、紫外線保護(hù)和抗沖擊。這些組分可包括環(huán)氧樹脂、固化劑、顏料、催化劑、填充劑和均勻地混合在每個分散的顆粒中的流動控制劑。這些涂層可以加至管路、泵體、閥、流量計、梯子、金屬絲篩和鋼筋條上，當(dāng)然還包括其它制品。
還描述了多層聚烯烴系統(tǒng)，它包括一熔化粘結(jié)的環(huán)氧樹脂基礎(chǔ)層、一聚乙烯或聚丙烯粘結(jié)劑中間層和一聚乙烯或聚丙烯面層。一般的涂覆步驟包括去掉油或者油脂、噴砂清理、預(yù)加熱、沉積熔接環(huán)氧樹脂粉末、加熱硬化和最后的檢查。為了增加顏色，最終的產(chǎn)品可以涂以醇酸漆、丙烯酸清漆或丙烯酸琺瑯。
雖然許多環(huán)氧樹脂涂層提供了卓越的耐腐蝕能力，并且在許多情況下，為了提供優(yōu)秀的長期耐腐蝕能力，采用了不銹鋼，這大大提高了成本，但是在工業(yè)中需要的是廉價的復(fù)合涂層，該涂層對于極端的室外條件有更強(qiáng)的長期耐腐蝕能力，該涂層還提供了卓越的抗紫外線能力，并且還用于內(nèi)部的應(yīng)用。
這些目的和其它目的都可以通過提供一適用在電力設(shè)備中的或包含電力設(shè)備的制品而得到滿足，該制品包括一具有下列依次的涂層的金屬制品一磷酸鹽內(nèi)層；用于填充磷酸鹽層中的小孔的非鉻(non-chrome)密封層；熱固性填充的環(huán)氧樹脂層；磷酸鹽層；用于填充磷酸鹽層中的小孔的非鉻密封層；熱固性填充的環(huán)氧樹脂層；和一含有顏料的外油漆層，該層抗紫外線。
最好是，所有涂層的施加量為10～30毫克每平方英尺(0.9～2.8毫克每平方米)左右，外油漆層為具有0.030mm左右至0.090mm左右的厚度的聚酯/聚氨酯漆。金屬制品最好為電鍍鋼。
本發(fā)明還涉及一涂覆一種金屬制品的方法，它包括(a)用具有PH值至少為12的堿金屬氫氧化物清洗金屬制品；然后(b)涂以具有PH值約為4～6的熱的磷酸鹽水溶液；然后(c)涂以具有PH值約為2.5～3.5的非鉻密封層；然后(d)干燥非鉻密封層，以填充磷酸鹽涂層中的小孔；然后(e)加熱有涂層的金屬構(gòu)件至約150～275℃；然后(f)用100％的固體的、熱固性充填的環(huán)氧樹脂熔化粘結(jié)涂覆有涂層的熱的金屬構(gòu)件；最后(g)用含有顏料的抗紫外線的油漆對有涂層的金屬構(gòu)件上漆。
最好是，在步驟(g)中的最終上漆之前，重復(fù)步驟(a)至(f)，并在步驟(a)與(b)之間，和步驟(b)與(c)之間用水清洗鋼構(gòu)件。最好是，金屬構(gòu)件為鋼，它在進(jìn)行任何涂覆之前經(jīng)過電鍍，且油漆為聚酯/聚氨酯漆。
這樣，就對所制造的部件提供一極其持久的、整個耐腐蝕的、抗紫外線的厚涂層制品，以用于室內(nèi)或室外，這些制品在處理和進(jìn)行涂覆之前可以是經(jīng)過沖壓的、焊接的或機(jī)加工的。工藝多數(shù)采用無溶劑的、產(chǎn)生最少的有害廢氣的樹脂。工藝還遵守Underwriter實(shí)驗(yàn)室的安全標(biāo)準(zhǔn)“1995-UL-1332，用于室外用的電力設(shè)備的鋼外殼的有機(jī)涂層”，該涂層用于曝露在鹽霧、潮濕的二氧化碳/二氧化硫和光/水及其類似物中。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參看附圖
，其中作為10示出一通常為鋼的金屬制品，該制品已經(jīng)被電鍍，準(zhǔn)備進(jìn)行保護(hù)性涂覆。此制品可以例如如圖所示為一變壓器外殼或一箱子的頂蓋，或是其它需要保護(hù)，以防腐蝕和/或紫外線(“UV”)輻射的制品。制品10可以是用在斷路器中的經(jīng)過沖壓、焊接或機(jī)加工的構(gòu)件以作為不通電流的部件，例如斷路器蓋的內(nèi)外表面，和當(dāng)至閂鎖松開時，用于以一快速動作抬起斷路器觸點(diǎn)臂的彈簧，以及在斷路器內(nèi)用的各種軸和支架及類似物。其它制品可包括但不限于充電站和儀表外殼，動力輸出板，空調(diào)切斷器，安全開關(guān)，配電盤，開關(guān)設(shè)備以及電動機(jī)控制中心和封閉的控制器。
制品或構(gòu)件10首先在清洗站14中用堿金屬的氫氧化物的如氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液清洗，它們具有至少為12的PH值，最好為約13～14的PH值，通常用浸漬或噴淋。最好將清洗溶液用加熱器15加熱至約60～82℃(140～180°F)，以提高清洗性能。以后將經(jīng)過清洗的制品送至水漂清或動力噴淋站16，該站在室溫左右操作，以漂清和冷卻經(jīng)過清洗的制品至43℃(110°F)左右。以后就將經(jīng)過清洗的制品送至具有有關(guān)的加熱器20磷酸鹽化處理站18，在該處，通常用浸漬或動力噴淋施加具有約43～60℃(110～140°F)的磷酸鹽水溶液。該磷酸鹽水溶液有一約4～6的PH值，最好為4.5～5.5左右的PH值。該磷酸鹽溶液可以包含堿金屬的磷酸鹽如磷酸一鈉或磷酸一鉀，具有少量的酸如磷酸和表面活化劑，以保證良好的結(jié)合。磷酸鹽處理步驟對后面施加的層提供卓越的粘附與結(jié)合。據(jù)信，磷酸鹽提供蝕刻的表面，以使環(huán)氧樹脂和油漆能與鋼按物理作用和化學(xué)作用結(jié)合。
接著，再次將經(jīng)過涂覆的制品送至水漂清或動力噴淋站22，該站在室溫左右操作，以徹底漂清磷酸鹽結(jié)合涂層并將其冷卻至室溫附近，即20～25℃(68～77°F)左右。此漂清步驟應(yīng)當(dāng)繼續(xù)20秒至1分鐘左右，以使制品的表面在送至下一個密封劑站24時是濕的。
在密封劑站24，濕的經(jīng)過磷酸鹽(化)處理的制品在室溫下通過噴淋或浸漬作用涂以具有2.7～3.3的PH值的非鉻密封層。在施加密封層后不直接水漂清。密封層在干燥時填充磷酸鹽中的小孔。據(jù)信，密封層提高了防銹能力，并密封/涂層，以保證油漆用化學(xué)方式結(jié)合至表面上。密封層可包含酸如磷酸的水溶液中的錳/氟化的化合物。密封層在干燥站26用空氣干燥，然后在加熱站30用加熱器28將經(jīng)過涂覆的金屬制品加熱至約177～194℃(350～380°F)，以便進(jìn)一步干燥密封層。
在站32處，用噴涂槍34通過靜電噴涂施加含有100％的固體的熱固性環(huán)氧樹脂、含有充填劑顆粒的粉末。該粉末也可通過植絨(flocking)用空氣霧化的粉末施加或通過流化床工藝施加。在離開干燥爐30以后，在位置31處，在粉末噴涂之前，使部件空冷至低于32℃(90°F)。如果部件太熱，它就不能正確地涂覆，因?yàn)橛推嵩谄渫考訒r將變硬。部件以后就經(jīng)過具有優(yōu)選的溫度210～227℃(410～440°F)的固化爐，即站40的44區(qū)，18分鐘，固化爐使部件達(dá)到最低的溫度191℃(375°F)至少10分鐘?？捎玫沫h(huán)氧樹脂包含環(huán)氧樹脂、酰胺固化劑和諸如云母、二氧化鈦或石英硅石這樣的充填劑。這些涂層樹脂可廣泛地例如從Minnesota Mining andManufactuning Co.(“3M”TM)的商品名為“Scotchkote”TM的環(huán)氧樹脂粉得到。
在站32上經(jīng)過樹脂涂覆并在爐44中固化以后，經(jīng)過環(huán)氧樹脂涂覆的金屬制品可再次經(jīng)過所有的站14、16、18、22、24、26、30和34，或經(jīng)過下列各站熱磷酸涂層18，漂清22，密封24，干燥和加熱站26和30，和環(huán)氧樹脂涂覆站32。另一種方案為，在站32第一次涂加環(huán)氧樹脂以后，將經(jīng)過環(huán)氧樹脂涂層的制品送至最終的油漆站40。所示的運(yùn)輸帶12和36在各個站之間輸送制品，但是可以采用任何類型的運(yùn)輸裝置。
在站40上，經(jīng)過一次或兩次環(huán)氧樹脂涂覆的制品通常用手動的修補(bǔ)用的噴涂槍42通過空氣粉末噴涂或最好通過靜電粉末噴涂以油漆。該油漆為抗紫外線的。一種非常有用的油漆涂層從具有灰色、白色或棕色顏料的聚酯基、聚氨酯基或聚酯/聚氨酯基選取。以后，在爐子44中將有環(huán)氧樹脂涂層的制品38作最終的固化。涂有油漆的制品以后就與其它部件如變壓器柜48或類似物裝配在一起。
在站18上涂加的一次或兩次磷酸鹽層應(yīng)當(dāng)按一個10～30mg/ft2(0.9～2.8mg/m2)的量施加；在站24上涂加的一次或兩次密封層在干燥后不應(yīng)當(dāng)有可以測出的厚度；環(huán)氧樹脂和油漆層則同時可以根據(jù)制品例如在一斷路器中是否需要緊的公差或制品例如頂蓋46是否可以有厚的涂層而有廣泛變動的厚度。
現(xiàn)在用下面的非限制性例子進(jìn)一步說明本發(fā)明。
首先，用動力噴淋6％的氫氧化鉀溶液進(jìn)行清洗，該溶液加熱至66℃(150°F)，有大于13.0的PH值，比重為1.20～1.30。部件以后用水的動力噴淋在室溫下進(jìn)行清洗，將部件冷卻至15℃左右。然后將部件用熱磷酸鹽溶液動力噴淋進(jìn)行磷酸鹽處理，約2分鐘。磷酸鹽溶液在使用以前加熱至約43～60℃(110～140°F)，并有5.0左右的PH值。磷酸鹽溶液含有約10wt％～30wt％的磷酸一鈉和各自約1wt％～10wt％的氟化物、磷酸和表面活化劑。此磷酸鹽結(jié)合劑在市場上可從Henkel Surface Technologies得到，其商品名為“Bonderite1090”。制品然后經(jīng)過徹底的水動力噴淋約45秒，以將制品冷卻至約25℃(77°F)，并為下面的密封步驟提供一濕的表面。
在密封步驟中，濕的經(jīng)過磷酸鹽化處理的制品被浸在一室溫的非鉻密封劑溶液中，該溶液有3.0左右的PH值。密封劑各自含有1wt％～10wt％的磷酸、氟化物和錳的化合物并且在市場上可從Henkel SurfaceTechnologie得到，其商品名為“Parcolene7100”。以后就使經(jīng)過密封的制品在空氣中干燥約2分鐘，此后，在一爐子中加熱至約177～193℃(350～380°F) ，以提供一密封的表面，表面熱得足以施加可熔化結(jié)合的環(huán)氧樹脂顆粒。前面所施加的涂層非常薄，各自約為10～30mg/ft2，但是，環(huán)氧樹脂層則較厚，約為0.030～0.088mm。它用靜電噴槍施加。環(huán)氧樹脂顆粒各自含有約10wt％～70wt％的熱固性環(huán)氧樹脂，約30wt％～40wt％的總充填顆粒，約1wt％～5wt％的綠色顏料和約1wt％～3wt％的雙氰胺固化劑，該總充填顆粒從云母、二氧化鈦和石英硅石的混合物中選取。這是100％的固體環(huán)氧樹脂，并在市場上可從Minnesota Mining andManufacturing Co.得到，其商品名為“3M ScotchkoteTM134/135 FusionBonded Epoxy Coating”。此環(huán)氧樹脂涂層以后在爐子中在約221℃(428°F)下固化約18分鐘。
在此步驟之后，制品再次在同樣的條件下受到前述的工藝步驟，包括堿洗。作為最終的步驟，兩層環(huán)氧樹脂的涂層用靜電噴槍上漆。該油漆為具有灰色顏料的100％固體的聚酯/聚氨酯粉末，它在低于32℃(90°F)的溫度下涂加至約0.05mm的厚度。該油漆附加地含有約0.1wt％～1.0wt％的碳黑，約10wt％～30wt％的碳酸鈣和約10wt％～30wt％的二氧化鈦充填劑。它在市場上可從H.B.Fuller Co.得到，商品名為“IF-8359”。最終的外油漆涂層之后在一爐子中在221℃(430°F)固化約18分鐘。
經(jīng)過涂覆的制品以后另外經(jīng)受U.L.1332試驗(yàn)、ASTM/G 154(紫外線試驗(yàn))并顯示所有各層的卓越的粘附性，卓越的耐腐蝕能力和很好的抗紫外線能力。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以按其它形式實(shí)施而不脫離其精神或主要屬性，并且，因此，應(yīng)當(dāng)同時參考所附的權(quán)利要求書和前面的說明，因?yàn)樗鼈冎赋霰景l(fā)明的范圍。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的特殊的實(shí)施例，但是對于熱悉本技術(shù)的人都應(yīng)當(dāng)明白，可以根據(jù)公開內(nèi)容的整個教義對其細(xì)節(jié)發(fā)展各種改進(jìn)和方案。因此，所公開的特別設(shè)計意味著，它只是說明性的，并不限制本發(fā)明給出所附權(quán)利要求書和其任意的和所有的相當(dāng)物的整個廣泛的范圍。
權(quán)利要求
1. 一使用在電力設(shè)備中的或包括電力設(shè)備的制品(46)，該制品包括一具有下列依次的涂層的金屬構(gòu)件(10)一磷酸鹽內(nèi)層；用于填充磷酸鹽層中的小孔的非鉻密封層；熱固性填充的環(huán)氧樹脂層；磷酸鹽層；用于填充磷酸鹽層中的小孔的非鉻密封層；熱固性填充的環(huán)氧樹脂層，和一含有顏料的外油漆層，該層抗紫外線。
2.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，金屬為鋼。
3.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，金屬為具有電鍍的涂層的鋼。
4.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，油漆外層包括從由聚酯、聚氨酯及其混合物組成的組中選取的樹脂，該層有約0.03～0.090mm的厚度。
5.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，磷酸鹽層包括從由磷酸一鈉、磷酸一鉀及其混合物組成的組中選取的堿金屬磷酸鹽。
6.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，所有涂層的總施加量為約0.9～2.8mg/m2。
7.如權(quán)利要求1的制品(46)，其特征為，它是預(yù)期不通電流的外部或內(nèi)部的斷路器部件。
8.涂覆一金屬制品(46)的方法，它包括a)用具有PH值至少為12的堿金屬氫氧化物清洗(14)金屬制品；b)涂以(18)具有PH值約為4～6的熱的磷酸鹽水溶液；c)涂以(24)具有PH值約為2.5～3.5的非鉻密封層；d)干燥(26)密封層，以填充磷酸鹽涂層中的小孔；e)加熱(30)有涂層的金屬制品至約177～194℃；f)用100％的固體的、熱固性充填的環(huán)氧樹脂熔化粘結(jié)涂覆(32)涂有涂層的熱的金屬構(gòu)件；g)用含有顏料的抗紫外線油漆給有涂層的金屬制品上漆(40)。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，在步驟(a)和(b)之間和步驟(b)和(c)之間有一水清洗步驟(16、22)。
10.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，金屬制品(46)是鋼，它在步驟(a)之前電鍍。
11.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，在步驟(g)之前按順序重復(fù)步驟(a)至(f)。
12.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，油漆包括從由聚酯、聚氨酯及其混合物組成的組中選取的樹脂，它具有約0.030～0.088mm的厚度。
13.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，磷酸鹽溶液包括從由磷酸一鈉，磷酸一鉀及其混合物組成的組中選取的堿金屬磷酸鹽。
14.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，在最終上漆以后，制品(46)在190℃的最低溫度下固化。
15.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，所有涂層的全部施加量為約0.9～2.8mg/m2。
16.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，在步驟(b)中使用的磷酸鹽水溶液對環(huán)氧樹脂提供一蝕刻的表面。
17.如權(quán)利要求8的方法，其特征為，在步驟(c)中施加的非鉻密封層的作用為幫助環(huán)氧樹脂用化學(xué)方法與磷酸鹽涂層結(jié)合。
全文摘要
一使用在電力設(shè)備中或包含電力設(shè)備的用耐腐蝕的抗紫外線的復(fù)合材料涂層的制品(46)，其制造通過首先在清洗站(14)清洗未涂覆的制品(10)，然后依次用任何類型的運(yùn)輸系統(tǒng)(12、36)將經(jīng)過清洗的制品經(jīng)過漂清工作站(16)、磷酸鹽粘結(jié)涂覆站(18)、漂洗工作站(22)、非鉻密封劑涂覆工作站(24)、干燥工作站(26)、加熱工作站(30)、環(huán)氧樹脂涂覆工作站(34)、外部上漆工作站(40)，在該運(yùn)輸系統(tǒng)中，經(jīng)過環(huán)氧樹脂涂覆的制品在工作站(40)上最終上漆之前可再次經(jīng)過前述工作站(14、16、18、22、24、26、30、34)。
文檔編號C23C22/08GK1397385SQ0212523
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月18日
發(fā)明者S·E·雷墨特, D·L·克特雷爾 申請人:伊頓公司