到2027年，全球粉末涂料市场预计将达到199亿美元。¹成本效率、健康和安全，以及对可持续实践的日益重视，正在推动有利于粉末涂料的涂料配方和制造方法的变化。在北美汽车行业，对挥发性有机化合物(VOCs)排放的担忧正在推动粉末涂料的采用，而且仍有增长空间。^1、2

粉剂涂布商必须考虑几个因素，以实现改善的经济和环境可持续性目标，推动这一上升趋势。一个重要的因素是选择用于表面制备的喷砂介质，以达到涂层的质量、性能和寿命，而不会对人或环境造成危害。

一种新的爆破介质，高温合金，被证明可以帮助粉末涂布者实现这些目标。高温合金磨料与传统爆破介质在制造方法和输送到表面时的作用方面有本质区别。

什么是高温合金?

超氧化物合金磨料是一种通过严格控制配方和回火(高温+快速冷却)制造的氧化矿物工程合金。这个过程产生了超强的非晶(非晶)颗粒，在高速机械冲击的压力下能够抵抗破碎。高温合金磨料是在受控的生产环境中使用可持续的工艺生产的，不容易出现矿物磨料在不受控的环境中形成的成分和性能的变化，如矿渣、氧化铝、石榴石、菱形石等。

在地球或几乎任何其他不受控制的环境中形成的磨粒，将包含不可避免的孔隙和矿物固体区域，它们在压力下沿着弱结合的解理面被迫结合在一起，从而降低了颗粒的冲击强度。它们通常包含不同规模的晶体区域，其中可能包含调控形式的晶体二氧化硅(即石英)，导致肺纤维化和癌症。

为了健康、安全和强度，我们首先配制了高温合金磨料，然后进行熔炼，以消除原材料中的气孔、晶体和不规则解理面。矿物在快速冷却和回火过程中重新组合，结果是一个完全非晶态的固体材料基体，在所有方向上都均匀强(图1)。

高温合金磨料中颗粒形状的光谱提供了多功能性。颗粒形状包括圆形、次圆形、次角状和角状颗粒，每种颗粒在制备表面时执行不同的任务。涉及多个喷砂步骤的工作通常可以一次完成，在更短的时间内留下一个干净、明亮、可喷涂的表面，使用的磨料明显更少。

冲击强度因子

冲击强度，或抗破碎，是一个非常重要，但经常被忽视的磨粒属性。大多数喷砂机都想知道磨料的密度、硬度和锐度。这些指标历来被用于评估一种磨料的工作能力和它可能留下的表面轮廓(粗糙度)。更硬和更尖锐的颗粒往往更具攻击性，并留下更深的轮廓。更软更圆的颗粒通常侵略性较小，如果需要更光滑或更均匀的表面，这可能是一个优势。

高温合金颗粒的强度提供了一系列全新的好处。例如，超氧化物合金颗粒含有相当一部分的圆形颗粒，莫氏硬度约为7.5，但通常优于石榴石、氧化铝甚至碳化硅等更硬、更锋利的磨料。在去除硬化粉末涂层、厚陶瓷或弹性涂层等最困难的应用中尤其如此，通常使用机械刮擦、化学处理或热燃烧等辅助手段来实现喷砂。粒子的强度，而不是硬度、锐度或密度，使高温合金粒子能够快速去除这些几乎不可能的涂层，而无需额外的加工步骤。

磨料爆破本质上是一个能量传递过程。喷砂机投入了空气压缩机、压力罐、计量阀、软管和喷嘴，将研磨颗粒加速到非常高的速度(能量)，目的是将颗粒能量输送到表面做功。如果一个粒子在撞击表面时断裂，无论它多么坚硬或锋利，它的大部分能量都会在断裂过程中消耗掉。因此，输送到需要能量的地表的能量更少。因为很少有高温合金颗粒在撞击中破碎，它们几乎把所有的能量都传递到表面。这不仅使爆破速度提高了20-50%，而且还减少了85%的磨料消耗，因为每平方英尺表面所需的颗粒要少得多。

高温合金的冲击强度使爆破机最大限度地利用可用的空气压力。当喷嘴压力超过一定阈值(通常在105-110 psi左右)时，矿物磨料的性能趋于平稳甚至下降。高压下的过大冲击力使粒子粉碎成灰尘，大大降低了它们的效力。

使用高温合金，喷嘴的压力可以提高到120 psi或更高，磨料的性能继续提高。这些粒子可以承受冲击力，继续从表面反弹而不破碎，并通过较高的喷嘴压力提供它们所拥有的额外能量。

使用高温合金磨料工作

高温合金磨料有多种等级，或粒度范围，以满足不同表面制备任务的需要。较粗的颗粒最适合较厚或较难的涂层，其中较深的表面轮廓是首选，或在速度和刚性生产时间表是高度优先级。更细的等级留下较低的轮廓，更有效的薄和更脆的涂层。

虽然小颗粒比大颗粒更耐用，但所有级别的颗粒都可以重复使用多次，特别是在使用较低喷嘴压力的粉末涂层铝等应用中。在性能开始下降之前，粉末涂布机通常要重复使用高温合金磨料八次或八次以上。

因为高温合金磨料是在受控的过程中制造的，所有的等级都提供一贯的清洁和明亮的表面处理。它们在湿(蒸汽)和干式爆破过程中都是有效的。

细化表面以提高涂层附着力

金属涂层的配制是为了均匀地覆盖和结合基体金属。涂层规格表规定了准备被涂层表面的要求，其中包括所需的剖面深度和表面清洁度。正是在这里，高温合金的冲击强度再次显现出来。

受到表面撞击而破碎的颗粒往往会涂抹到表面轮廓上，就像泥浆粘在墙上一样。这些嵌入的残留物阻止了涂层与金属的结合，这可能导致涂层的附着力差，脱落或分层(图2)。超氧合金颗粒从表面反弹，留下超清洁的金属，使涂层附着力最大化，而不需要后续的化学清洗。在一家全球石油化工公司进行的一项对比研究中，高温合金是唯一一种在爆破后没有留下可检测到的嵌入残留物的磨料。粉末涂布机通常报告说，高温合金需要减少表面制备时间，并能改善涂层外观、附着力和整体性能。

在一次应用中，碳化硅磨料被用于去除碳化钨沥青磨铣钻头顶部和底部的碳化涂层。该过程包括喷砂尖端和底座30-60分钟，助焊剂清洗，以清除待钎焊表面的残留物，然后钎焊连接尖端和底座，形成零件。当最低要求为8000 psi时，在测试压力为5000 psi时，钎焊键的强度测试通常会失败。

当用高温合金代替碳化硅测试该工艺时，喷砂时间减少到10分钟，钎焊前不需要清理助焊剂。在测试压力机中，碳化钨尖端在18000 psi的压力下破裂，但钎焊键仍然完好无损。与目前最坚硬、最锋利、最昂贵的磨料之一相比，高温合金将喷砂时间缩短了67%，省去了一个清洗步骤，并将铣削钻头的强度提高了125%。

解决粒子嵌入和锈花

虽然一个原始和轮廓表面是重要的，它是同样重要的表面保持清洁之间的表面准备和应用的第一涂层层。在涂覆前，在准备好的表面上迅速出现锈花，特别是在潮湿的环境中，带来了成本和调度的挑战。锈花是涂层附着力差和涂层过早失效的常见原因。许多应用需要缓蚀剂或除湿剂，以提供足够的过渡时间之间的爆破和应用第一涂层层，而不必重新爆破表面。

当喷砂后钢表面残留水溶性盐或铁渣时，锈蚀迅速形成。这些残留物加速了电化学反应，在电化学反应中，钢中的铁被氧化，在表面形成氧化铁。如果没有这些残留物，裸金属将以自然缓慢的速度腐蚀，在腐蚀层形成之前，在表面准备和涂层之间有足够的时间。

由破碎颗粒制成的嵌入磨料通常含有启动和加速腐蚀所需的可溶性盐或铁。高温合金颗粒的冲击强度防止嵌入，并留下一个超清洁的表面，没有促进腐蚀的残留物。即使在最潮湿的环境或多雨的天气，表面保持清洁和无锈花长达数周。

船厂的爆破机最近用高温合金磨料炸毁了一艘船的一部分，之后它在海洋环境中被保护了两周。在整个两周的时间内，喷砂表面保持所需的SSPC-SP6光洁度(图3)。没有使用缓蚀剂，在完成喷砂工作并涂上新涂层之前不需要重新喷砂。延迟和防止锈蚀可以节省成本，但同样重要的是，减少了调度的复杂性，加快了作业的完成速度，随着时间的推移，增加了喷砂和喷漆作业的收入。

计算爆破介质的经济性、效率

与传统磨料相比，高温合金磨料的冲击强度有明显的优势:1)喷砂速度提高50%;2)降低85%的磨料消耗;3)表面光洁度更清洁、更均匀;和4)更好的涂层质量和性能。从经济学的角度来看，这些优势对喷砂和喷漆作业以及资产所有者的价值变得更加清晰。

当喷砂速度越快时，基于时间的表面处理成本就越低，包括人工、压缩机燃料和设备租赁成本。承包商要么以当前的投标价格获得更大的利润，要么以较低的总成本投标更紧凑的项目进度。更快的爆破也增加了收入，因为随着时间的推移，可以完成更多的工作，更多的平方英尺的准备和涂层。从资产所有者的角度来看，资产会更早投入使用，增加资产的回报。

使用更少的磨料可以减少与磨料用量相关的成本，包括磨料本身、清洁和处理的成本。

清洁的成品表面和更好的涂层质量可以防止不必要的延误和返工。对于资产所有者来说，更高的涂层质量和性能的好处甚至更大，特别是对于大型资产，因为维护中断之间的时间间隔延长了，使资产保持在服务状态。

支持安全、可持续的运营

在过去的五年里，爆破作业的安全规定发生了重大变化。职业安全与健康管理局(OSHA)将晶体二氧化硅和铍的允许接触极限(PEL)降低了10倍。众所周知，长期接触含有铍和晶体二氧化硅的可吸入粉尘会导致肺病和癌症。研磨材料还必须满足188金宝搏bet官网处理和处置时可浸出重金属的监管限制。

高温合金磨料的配方除了考虑材料强度和性能外，还考虑到健康和安全，并以防止材料中形成晶体的方式生产。几乎所有其他矿物磨料都是开采出来的(石榴石、氧化铝、菱形石)，或者是在未经配方和不受控制的环境中形成的(矿渣)。这些磨料是否含有晶体二氧化硅或铍等有害成分是一个来源或位置的问题，即使在特定的磨料类别中，情况也会有所不同。

接触呼吸性毒素基本上是空气中粉尘总浓度乘以磨料中有毒物质水平的数学乘积，平均8小时轮班。高温合金磨料通过降低这两种数学因素来降低接触铍和晶体二氧化硅的风险。

冲击强度允许高温合金颗粒从表面反弹，而不是粉碎成灰尘。高温合金的使用者经常评论说，在爆破过程中，特别是在封闭空间中，能见度提高了(图4)。

在生产高温合金磨料的过程中，配方、熔炼和快速冷却处理了第二部分的数学产品，即开始时磨料中有毒物质的含量。超氧化物合金磨料不含铍，被加工成完全非晶态的材料基体，不含任何形式的晶体。经认证的第三方实验室分析的高温合金磨料样品中从未检测到结晶二氧化硅和铍。

考虑到重金属和处理，只有钡、钒和锌在渗滤液分析中几乎检测不到，其水平是EPA总阈限浓度(TTLC)和可溶性阈限浓度(STLC)限值的50倍以上。高温合金也通过CARB认证，SSPC-AB 1认证，并符合清洁水法(40 CFR 122.21和40 CFR122.42)。

高温合金磨料可用于环境敏感项目。一个开发商在建筑翻新中寻求LEED认证，将煤渣换成了高温合金来清洁和修复表面。该开关帮助开发商提前完成了磨料清洗，减少了超过50%的磨料使用量和丢弃量。在粉尘、磨料使用和废物产生方面的减少为LEED认证赢得了7分。

结论

表面制备直接影响湿法和干法涂装的成败。修复涂层问题最简单的方法就是预防。^3.随着汽车和其他制造业对粉末涂料的依赖扩大，以解决对性能、排放和安全的担忧，肯定会增加对包括表面制备在内的整个过程的效率和有效性的关注。

高温合金磨料已被证明在粉末涂层中特别有效。高温合金磨料在可控的过程中以安全和抗冲击强度生产，生产效率更高，并留下超清洁、均匀的表面，没有嵌入的残留物和锈花。它们对人类或环境的危害几乎为零。所有这些都为喷砂机、涂料运营商和资产所有者创造了价值。

参考文献

¹粉末涂料市场规模到2027年将达到199亿美元。
Grand View Research行业报告。2020年2月。(https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-powder-coatings-market)。

²汽车粉末涂层的应用，金属表面处理第94卷第9期，(199620到24页)。https://doi.org/10.1016/0026 - 0576(96) 82097 - 6。

^3.汽车涂料:应用缺陷，
美国涂料协会。https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/automotive-coatings-application-defects/。