1.本发明属于管件制备技术领域，具体涉及一种球墨铸铁管件涂层结构及其制备方法。
背景技术：
2.当前球墨铸铁管件工厂普遍采用的标准防腐形式为:水泥砂浆内衬表面涂覆双组分水性环氧树脂漆作为内防腐涂层,锌加高氯化聚乙烯作为外防腐涂层,适合于大多数土壤环境，水泥砂浆内衬既有耐腐蚀能力又对水质起到保护作用。管件外表面采用富锌涂层或高压电喷涂锌层,通过锌与铁的电化学作用对管道起到阴极保护作用。整个防腐涂层工艺流程复杂，需要内外壁管道分别采用不同工艺涂覆不同涂料，且不能交叉污染，对生产效率、成本控制、质量提升有很大制约。
3.伴随着全球大气气候变化，我国对环境治理力度加大，由于我们生产的输水管道在各种复杂潮湿等土壤环境中使用，传统的管道防腐工艺存在二次污染的风险，输送水时介质也存在多种腐蚀，一旦管道被腐蚀破坏不仅使运输中断引起污染环境，甚至可能引起其他次生灾害，同时各地区对输送饮用水的水质也在逐步提高验收标准，为此对现有的球墨铸铁管件内外防腐涂层已经不再适合高质量输送的要求。
技术实现要素：
4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种致密度高、附着力强、耐腐蚀强、物理化学性好的球墨铸铁管件涂层结构及其制备方法，涂层结构满足使用要求，且制备工艺流程简单、生产效率高、成本低。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种球墨铸铁管件涂层结构，包括球墨铸铁管件基体、电泳涂层ⅰ和电泳涂层ⅱ，所述电泳涂层ⅰ涂覆在球墨铸铁管件基体的外壁上，电泳涂层ⅱ涂覆在球墨铸铁管件基体的内壁上，电泳涂层ⅰ和电泳涂层ⅱ为含氮树脂。
6.进一步的，所述涂层结构还包括陶化膜层，球墨铸铁管件基体的外壁上从内到外依次设有陶化膜层和电泳涂层ⅰ，球墨铸铁管件基体的外壁上从内到外依次设有陶化膜层和电泳涂层ⅱ。
7.进一步的，所述陶化膜层为有机硅烷膜，陶化膜层的厚度一般为30-80纳米。
8.进一步的，所述电泳涂层ⅰ的厚度为25-35μm，电泳涂层ⅱ的厚度为15-25μm，电泳涂层ⅰ和电泳涂层ⅱ的光泽度≥40
°
，附着力采用划格法评判即1mm划格、100/100，附着力为0级，耐冲击性能≥50kg
·
cm，耐盐雾性(磷化板20
±
2μm，1000h)单侧腐蚀≤2mm。
9.基于上述一种球墨铸铁管件涂层结构，本发明还涉及一种球墨铸铁管件涂层结构制备方法，所述制备方法包括：
10.步骤一.管件前处理，用于去除管件内外表面的油污和杂质；
11.步骤二.阴极电泳，将管件放入电泳槽中，并全部埋入电泳槽中的电解液中，电解液为黑色电泳漆，黑色电泳漆的固体分质量分数为9％～12％、蒸馏水质量分数为88％～
91％，黑色电泳漆为含氮树脂；
12.步骤三.后处理，管件经电泳后放到流动冷水中清洗干净，然后放入烘箱中烘干即可下线装箱；烘干时控制烘箱温度为165
±
5℃，电泳后的管件在烘箱烘干时间为40～60min。
13.进一步的，所述步骤二中电泳过程控制参数为：电泳电压：70
±
10v，电泳时间：2～2.5min，黑色电泳漆的漆液温度：15～35℃，黑色电泳漆的漆液ph值：8～8.5；管件出入电泳槽时都要断电，电泳过程中电流随漆膜增厚会逐步下降，终膜厚度控制在15-35μm，具体为：管件外壁上的电泳涂层ⅰ的厚度为25-35μm，管件内壁上的电泳涂层ⅱ的厚度为15-25μm。
14.进一步的，所述管件前处理包括：抛丸/喷砂除油
→
热水洗
→
除锈
→
冷水洗
→
陶化
→
热水洗，所述抛丸/喷砂除油即对水压实验合格的管件进行抛丸/喷砂清洁，去除管件的油污，使管件表面清洁度达到sa2.5。
15.进一步的，所述热水洗即将抛丸/喷砂清洁后的管件放入到温度60℃的热水中进行多遍清洗，清洗时间大于2min；所述除锈即将管件放入hcl溶液中进行除锈，其中hcl总酸度≥43点、游离酸度》41点；所述冷水洗首先在室温下清洗10～20min，并加入1.5％清洗剂，然后再用流动冷水清洗1min。
16.进一步的，所述陶化采用中温陶化在管件表面形成陶化膜层，将管件放入有机硅烷水溶液中，通过硅烷化学反应在金属管件面形成一层30-80纳米厚度的防腐陶化膜，陶化温度为0-40℃，陶化时间为2-8min。
17.进一步的，所述电泳过程中：阳极反应为：2h2o
→
4h
o2 4e-，阴极反应为：2h2o 2e
‑→
2(oh)- h2，阴极ph＝12～14；在电场作用下，涂料粒子向阴极移动，受到阴极附近碱扩散层oh-的影响，涂料粒子在阴极聚结形成电沉积。
18.采用本发明技术方案的优点为：
19.1、本发明涂层结构结构简单、致密度高、附着力强、耐腐蚀强、物理化学性能好，且制备工艺流程简单、生产效率高、成本低
20.2、本发明电泳涂料为含氮树脂对金属有保护作用，且通过本发明的方法制备的涂层，涂层厚度只有25-35微米，是现有技术中涂层厚度的1/3-1/2，但本发明电泳涂层致密度高，附着力强，耐腐蚀强，物理化学性能超过现有涂层。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
22.图1为本发明涂层结构示意图；
23.图2为本发明电泳化学反应示意图；
24.图3为本发明工艺流程图。
25.上述图中的标记分别为：1、球墨铸铁管件基体；2、电泳涂层ⅰ；3、电泳涂层ⅱ。
具体实施方式
26.在本发明中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发
明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.如图1至图3所示，一种球墨铸铁管件涂层结构，包括球墨铸铁管件基体1、电泳涂层ⅰ2和电泳涂层ⅱ3，所述电泳涂层ⅰ2涂覆在球墨铸铁管件基体1的外壁上，电泳涂层ⅱ3涂覆在球墨铸铁管件基体1的内壁上，电泳涂层ⅰ2和电泳涂层ⅱ3为含氮树脂。该涂层结构结构简单、致密度高、附着力强、耐腐蚀强、物理化学性能好，且制备工艺流程简单、生产效率高、成本低。
28.涂层结构还包括陶化膜层，球墨铸铁管件基体1的外壁上从内到外依次设有陶化膜层和电泳涂层ⅰ2，球墨铸铁管件基体1的外壁上从内到外依次设有陶化膜层和电泳涂层ⅱ3。电泳涂层ⅰ2的厚度为25-35μm，电泳涂层ⅱ3的厚度为15-25μm，电泳涂层ⅰ2和电泳涂层ⅱ3的光泽度≥40
°
，附着力(采用划格法评判即1mm划格，100/100)0级，耐冲击性能≥50kg
·
cm，耐盐雾性(磷化板20
±
2μm，1000h)单侧腐蚀≤2mm。
29.本发明中电泳漆膜成膜厚度(即电泳涂层厚度)不到高氯化聚乙烯涂料(现有球墨铸铁管件的涂层)的一半，但是完全符合球墨铸铁管件防腐要求，详见表1。
30.表1漆膜性能标准对比
[0031][0032]
球墨铸铁管件前处理中除油脱脂(用热碱性化学溶液水洗或者抛丸喷砂)、水洗(用于控制杂质离子)、陶化作用是通过硅烷化学反应在金属管件面形成一层30-80纳米厚度的防腐陶化膜，陶化膜层为有机硅烷，经过电泳涂装后，再进行后处理，包括水洗、烘干固化，作用是洗去表面浮漆，固化成膜从而得到外观优良的漆膜
[0033]
电泳涂层采用阴极电泳工艺，电泳涂装是一种特殊的涂装技术，它是涂装金属工件最常用的方法之一，本发明的过程产品为球墨铸铁金属管件。水性环氧电泳涂料在外加
直流电源的作用下，涂料中胶体微粒在分散介质里向阳极作定向移动，这种现象叫做电泳，利用电泳现象使物质分离，这种技术也叫做电泳。胶体有电泳现象，证明胶体的微粒带有电荷。各种胶体微粒的本质不同，它们吸附的离子不同，所以带有不同的电荷。阴极电泳涂层是：工件是阴极，不发生阳极溶解，工件表面及陶化膜不破坏。
[0034]
本发明阴极电泳的物理原理为：带电荷的涂料粒子与它所带电荷相反的电极相吸。采用直流电源，球墨铸铁金属管件浸于电泳漆液中。通电后，阳离子涂料粒子向管件阴极部位移动，继而沉积在工件上，在工件表面形成均匀、连续的涂膜。当涂膜达到一定厚度(漆膜电阻大到一定程度)，工件表面形成绝缘层，“异极相吸”停止，电泳涂装过程结束。电泳涂料一般为含氮树脂对金属有保护作用，涂层厚度只有25-35微米，是现有技术中涂层厚度的1/3-1/2，但本发明电泳涂层致密度高，附着力强，耐腐蚀强，物理化学性能超过现有涂层。
[0035]
本发明还提供了一种球墨铸铁管件涂层结构制备方法，该制备方法包括：
[0036]
步骤一.管件前处理，用于去除管件内外表面的油污和杂质；管件前处理包括：抛丸/喷砂除油
→
热水洗
→
除锈
→
冷水洗
→
陶化
→
热水洗，其中抛丸/喷砂除油即对水压实验合格的管件进行抛丸/喷砂清洁，去除管件的油污，使管件表面清洁度达到sa2.5；热水洗即将抛丸/喷砂清洁后的管件放入到温度60℃的热水中进行多遍清洗，清洗时间大于2min，用于洗去部分油脂；所述除锈即将管件放入hcl溶液中进行除锈，其中hcl总酸度≥43点、游离酸度》41点，用于控制电导率的稳定性，除锈时也可采用h2so4溶液；所述冷水洗首先在室温下清洗10～20min，并加入1.5％清洗剂，然后再用流动冷水清洗1min，可减少杂质和其它化学离子。具体的，除锈可通过对管件进行抛丸或者喷砂的方式去除表面油污锈迹，也可放入hcl溶液或h2so4中进行除锈。
[0037]
陶化采用中温(0-40℃)陶化在管件表面形成陶化膜层，将管件放入有机硅烷水溶液中，硅烷水解后通过其sioh基团与金属表面的meoh基(me表示金属)的缩水反应而快速吸附于金属表面；一方面硅烷在金属界面上形成si-o-me共价键。另一方面，剩余的硅烷分子通过sioh基团之间的缩聚反应在金属表面形成具有si-o-si三维网状结构的硅烷膜。该硅烷膜在烘干过程中和后道的电泳漆通过交联反应结合在一起，形成牢固的化学键。这样，基材、硅烷和油漆之间可以通过化学键形成稳固的膜层结构。通过硅烷化学反应在金属管件面形成一层30-80纳米厚度的防腐陶化膜，陶化温度为0-40℃，陶化时间为2-8min。具体的，陶化采用一种硅烷化处理，是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。过程中无有害重金属离子，不含磷，无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便。处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用，有效提高油漆对基材的附着力，可共线处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。陶化温度为0-40℃，陶化时间为2-8min。
[0038]
步骤二.阴极电泳，将管件放入电泳槽中，并全部埋入电泳槽中的电解液中，电解液为黑色电泳漆，黑色电泳漆的固体分质量分数为9％～12％、蒸馏水质量分数为88％～91％，减少杂质和其它化学离子；黑色电泳漆为含氮树脂，起到保护金属作用；电泳过程控制参数为：电泳电压：70
±
10v，电泳时间：2～2.5min，保证漆液中带电离子泳动速度的稳定性，使泳动力慢慢提高，膜层增厚；黑色电泳漆的漆液温度：15～35℃，黑色电泳漆的漆液ph值：8～8.5，漆液的控制防止溶解增加，膜层变薄、设备腐蚀；管件出入电泳槽时都要断电，
电泳过程中电流随漆膜增厚会逐步下降，终膜厚度控制在15-35μm，具体为：管件外壁上的电泳涂层ⅰ2的厚度为25-35μm，管件内壁上的电泳涂层ⅱ3的厚度为15-25μm；管件内外壁电压差导致吸附厚度差异。
[0039]
墨铸铁管件阴极化学反应是在电场作用下，涂料粒子向阴极移动(电泳)，由于受到阴极附近碱扩散层(oh-)的影响，涂料粒子在阴极聚结(电沉积)。槽液的流动影响扩散层，流动速率高，扩散层薄，流动速率低，扩散层厚。刚沉积的湿膜含有大量水分，由于电流的影响，会发生部分脱水，使湿膜不挥发份达到80％(电渗)。脱水后湿膜牢牢黏附在底材上，通常的清洗不能洗脱。由于边缘电流密度高，电泳过程首先发生在这些区域。电泳过程中：阳极反应为：2h2o
→
4h
o2 4e-，阴极反应为：2h2o 2e
‑→
2(oh)- h2，阴极ph＝12～14。
[0040]
步骤三.后处理，管件经电泳后放到新鲜的去离子水中清洗干净，然后放入烘箱中烘干即可下线装箱；烘干时控制烘箱温度为165
±
5℃，电泳后的管件在烘箱烘干时间为40～60min。
[0041]
电泳设备的投入需要根据球墨铸铁管件的生产质量环保要求做设计，电泳设备主要包括电泳槽、喷淋槽、清洗系统、过滤系统、回收系统等，其主要对电压、电泳时间、涂料温度、电泳涂料固体分和ph值、电阻、工件和阴极间距等参数做调校以适应球墨铸铁管件生产。电泳车间的平面布局需要符合球墨铸铁管件生产规划，首先是环境清洁，通风和采光良好，另外根据产量和质量要求设计符合生产工艺的流水线，并有废水废气收集处理系统。
[0042]
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。