[发明专利]一种常压等离子体改性船体钢表面的方法

说明书

技术领域：

本发明属于等离子体表面处理技术领域，涉及一种使用常压等离子体束改性处理船体钢表面的方法，特别是一种有助于对有机涂料粘接的材料表面处理方法。

背景技术：

海洋环境是十分严酷的腐蚀环境，船舶长期处于这样的海洋环境中，腐蚀极其严重，涂料与钢材表面的牢固结合是涂料发挥防腐功能的前提，钢材表面的锈、氧化皮、油污等阻碍了涂料与钢材表面结合，因此在涂装之前必须对基材表面进行预处理。目前船体钢表面预处理方式有溶剂清洗、喷砂、喷丸和磷化等，这些方式对于提高涂料结合力具有各自的优势，但同时存在着不足之处，特别是难以满足船舶对涂料长期防护的要求，以及在处理过程中产生废液和粉尘等污染环境并对操作人员身体造成严重威胁。常压等离子体技术是在常压下击穿空气放电，产生的低温等离子体具有极强的化学活性，在室温下可以引起多种化学反应或物理刻蚀，而基质材料的本体性能不受影响。通过低温等离子体表面处理的材料表面会发生多种的物理和化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使材料表面清洁和活化，改善材料表面的亲水性和粘结性等性能。由于射流等离子体本身并不带电，和材料表面不产生电势差，因此，可以极其高效的清洗和活化各种金属材料表面。中国专利CN1913928A记载了在钛、不锈钢等金属表面采用偶联剂处理方式形成配位键，提高与聚合物的结合力，但是金属材料需要在氢氟酸中腐蚀，再在硝酸中钝化，再经过蒸馏水清洗和干燥，过程复杂，难以大规模应用；中国专利CN101032802记载了常压等离子体抛光方法，在硬脆性难加工材料表面实现超光滑加工，提高了加工效率约10倍、不需要真空室，降低了设备成本并可扩大应用范围；中国专利CN101321614A记载了常压等离子体处理复合材料结构体的方法，采用此项技术能够提高复合材料结构体对另一种结构体的粘接强度；文献(M.C.Kim，Surfacetreatment of metals using an atmospheric pressure plasma jetand their surface characteristics，Surface and CoatingsTechnology 174-175(2003)839-844)研究表明常压等离子体处理铝、铜、不锈钢等金属表面能够高效的清除表面油污，并引入C-O基团。对钢材表面预处理是提高涂料结合力的重要手段，因此，能够高效清除油污，提高表面活性和润湿性，以及降低处理成本是研究的重点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种使用常压等离子体改性处理船体钢表面的方法，通过气体放电在钢基底表面上产生氧化活性粒子，活化钢基底材料，提高钢基底的表面能和润湿性，能够从被处理的表面除去使有机涂料粘接劣化的元素，表面活化与清洁可提高有机涂料与钢基底材料之间的结合强度。

为了实现上述目的，本发明采用干法改性，在大气压、室温和开放的环境条件下一步直接完成船体钢表面的改性；先将常压等离子体改性处理用的喷枪对准待处理的船体钢工件部位，使喷枪距离工件表面10-20mm的位置相对工件匀速平行移动，在常压、常温和开放环境下将等离子体束喷射至船体钢工件表面，喷枪功率为300W-700W，行进速度0.1-10m/min，对船体钢工件表面进行常压等离子体改性处理；等离子体选自空气、氩气、氮气或功能性气体中的一种或多种，其中氩气和氮气的纯度为99.9％和摩尔比为80％-99.9％，功能性气体摩尔比为0.1-20％，同时流经放电区域形成等离子体气氛；功能性气体为氨气、氧气、硅烷、硅氧烷气体、丙烯酸和甲基丙烯酸的蒸汽的一种或两种以上组合气体。

本发明与现有技术相比，其改性方法工艺简单、流程短，可控性强，无需后处理，自动化程度高，能耗低、连续运作易实现工业化大规模生产，环境污染小；处理船体钢表面活性基团增多，表面能与润湿性增加，船体钢表面结构和强度不受影响。

附图说明：

图1为本发明使用的喷涂处理装置结构原理示意图，其中包括等离子体发生器1、220V电源2、空气增压机3通过软管与等离子体发生器1相连接，等离子体喷嘴4、接地线5、高压线6、传输气体的软管7与等离子体发生器1相连接，功能性气体8和船体钢工件9。

图2的a和b分别为本发明对船体钢表面处理前和后的水滴形状示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。