Problem+Solving+Solutions+in+Thermal+Spray HSE+and.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 1 3 9 P r o b l e mS o l v i n gS o l u t i o n si nT h e r m a lS p r a y H S Ea n dO v e r s p r a y H a n sK e l l e r l ，J o a c h i mB e c z k o w i a k l ，S t e f a nZ i m m e r m a n n l ， B e n n oG r i e s 2 ，Jt i r g e nF i s c h e r 2 1 ．H ．CS t a r c kG m b H ，L a u f e n b u r g ，D e u t s c h l a n d ；2 。H ．C ．S t a r c kG m b H ，G o s l a r ，D e u t s c h l a n d 摘要目前金属基材料的原材料成本对热喷涂涂层的经济性造成压力．特别是材料挥发和近期铼、镑、 铬和镲基材料的价格增长，对各应用领域的谗多涂层的经济性造成严重威胁。出乎沉积效率的限铡，嚷 涂孛来泷积鐾溺蘧交褥越寒麓重要，不仅炙怒减步滚费，还霹泼获秘瓣鑫身蛰蓬热爱去看。嚣浚是麟决 这个问题的一个措施，特别怒当废料中含有商价值金属对。敬溯执行豹R E A C H 化学制品的注册、评 估、授权 将会逐步强制淘汰标有有毒的材料和物质的使用。在热喷涂中使用这毖有毒物质或使用热喷 涂产品可能暂时是安全的，然而，从法律限制和从其他工业领域得到的指示表明，像w C _ C o 粉末这样的 化学制品慰人体有害。要想褒将来的涂层工厂审保持竞争性，必须符合不断提高懿更严接的环保穰安 全巍程。 关键词热喷涂；粉末；W C - C o ，健康和环保；鼯物学；回收；喷涂中朱沉积物 中图分类峰T G l 7 4文献标识码A文巍编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 2 0 0 8 s 0 一0 1 3 9 一0 7 P r o b l e mS o l v i n gS o l u t i o n si nT h e r m a lS p r a y H S Ea n dO v e r s p r a y H a n sK e l l e r l ，J o a c h i mB e c z k o w i a k l ，S t e f a nZ i m m e r m a n n l ，B e n n oG r i e s 2 ，J n r g e nF i s c h e r z 1 ．H ．C ．S t a r c kG m b H ．L a u f e n b u r g ，D e u t s c h l a n d ；2 ．H ．C ．S t a r c kG m b H ，G o s l a r tD e u t s c h l a n d A b s t r a c t C 醢r r e n tr a wm a t e r i a lc o s t sf o rm e t a l b a s e dm a t e r i a l ss t r e s st h ee c o n o m i c a lv i a b i l i t yo ft h e r m a l s p r a yc o a t i n g s ．E s p e c i a l l yv o l a t i l i t ya n dr e c e n ts t e e pp r i c ei n c r e a s e sf o rR h e n i u m ，T u n g s t e n ，C o b a l ta n d N i c k e Ib a s e dm a t e r i a l sareas e r i o u se c o n o m i c a lr i s kf o rm a n yc o a t i n g si na l la r e a so fa p p l i c a t i o n ．O r i g i n a 。 r i n gf r o ml i m i t a t i o n si nd e p o s i t i o ne f f i c i e n c i e so v e r s p r a yb e c o m e si n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t ，n o to n l yi nr e g a r d t or e d u c ew a s t e ，b u ta l s os e e nf r o mt h ea n g l eo fm a t e r i a lc o s t si t s e l f ．R e c y c l i n go f f e r sam e a s u r et oc o u n t e r a c tt h i sd e v e l o p m e n t ，i np a r t i c u l a rw h e ni tc o m e st Ow a s t em a t e r i a l sc o n t a i n i n gh i g h l yv a l u e dm e t a l s ． I m p l e m e n t i n gR E A C H R e g i s t r a t i o n ，E v a l u a t i o n ，A u t h o r i s a t i o no fC h e m i c a l s i nE u r o p ew i l lf o r c e a p h a s eO u to ft h eu s a g eo fm a t e r i a l sa n ds u b s t a n c e sl a b e l l e da st o x i c ．U s i n gt h e s et o x i cs u b s t a n c e si nt h e r 。 m a ls p r a y i n go rp r o d u c t sm a d eb yt h e r m a ls p r a y i n gm a y ，f o rt h et i m eb e i n g ，e s t i m a t e dt ob es a f e ．H o w e v e r 。t h e r earel e g a lr e s t r i c t i o n sa n di n d i c a t i o n sk n o w nf r o mo t h e ri n d u s t r i e si nw h i c hc h e m i c a l sl i k eW C e o p o w d e r sh a r mt h eh u m a nb o d y ．T or e m a i nc o m p e t i v ei nt h ef u t u r ec o a t i n gs h o p sm u s tm e e tc o n t i n u o u s l y m o r es t r i n g e n te n v i r o n m e n t a la n ds a f e t yr e g u l a t i o n s ． K e y w o r d s T h e r m a lS p r a y ；P o w d e r s ；W C C o ；H e a l t ha n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ；T o x i c o l o g y ；R e c y c l i n g ； O v e r s p r a y T h e r m a ls p r a y i n gh a sb e c o m eaf i r s t c h o i c e p r o c e s si nm a n yb r a n c h e so fi n d u s t r yi fe c o n o m i c a l l yv i a b l e ，l a r g e - a r e aa n df u n c t i o n a lc o a t i n g sa r e r e q u i r e d ．S i n c et h ef i r s t i n d u s t r i a lu t i l i s a t i o na p 万方数据 1 4 0 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 p r o x i m a t e l y1 0 0y e a r sa g o ，t h e r m a ls p r a y i n gt e c h n o l o g yh a sg r o w nt o ag l o b a li n d u s t r yo fE u r o6 ．1 b i l l i o np e ry e a r ．M o r et h a nt h i r t yp e r c e n to ft h e w o r l d w i d ea c t i v i t i e si nt h e r m a ls p r a yi sl o c a t e di n E u r o p e ．T h e r e f o r e ，a l s op r e s e n tt r e n d si nE u r o p e w i l lg u i d et h eg l o b a lt h e r m a ls p r a yi n d u s t r y t h r o u g ht h ec e n t u r y [ ． C u r r e n t l yt W Om a j o rc o n c e r n sc o n t r o ld e v e l o p m e n t F i r s t ，r a wm a t e r i a lc o s t s ，b u to fs i m i l a ri m - p o r t a n c es e c o n d l y ，h e a l t ha n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na ne c o l o g y ．U s e r so fs p r a yp o w d e r sa r er a t t l e d a n de x p e c tc o n c e p t sa n di d e a l l ys o l u t i o n sf r o mt h e l e a d i n gs u p p l i e r so ft h e r m a ls p r a yp o w d e r ． I nb o t hcasesm e n t i o n e dH ．C ．S t a r c ki St h e c h o s e np a r t n e rf o rt h et h e r m a ls p r a yi n d u s t r y ．W e a r eo ny o u rs i d e ．H o w P l e a s es e eb e l o w ． 1 R e c y c l i n g R e c y c l i n go fs c r a pa n dd i s m a n t l e dp r o d u c t sa re a l r e a d ya n dw i l lb eo n eo ft h ek e yp r o c e s s e sf o ra s u s t a i n a b l et e c h n i c a ld e v e l o p m e n t ．E c o n o m i c sa n d e c o l o g ya s kf o rap r o t e c t i o no fr e s o u r c e sa n dr e u s e o fm a t e r i a l ．R e c y c l i n gi st h ep r e f e r r e ds o l u t i o nt o s e r v eb o t h ．R e c y c l i n gm e a n st h ee x t r a c t i o no fr a w m a t e r i a l sf r o mr e u s a b l em a t e r i a l so rt h er e d u c t i o n o fu s a g eo fm a t e r i a l si np r o d u c t i o np r o c e s s e s ．P r e _ r e q u i s i t ef o rr e c y c l i n gi saa sg o o da sp o s s i b l es e p a r a t i o na n dc l e a nc o l l e c t i o n o fw a s t e ． I n h e r e n t l y ，i nt h e r m a ls p r a yp r o c e s s e so n l y p a r to fp o w d e rs p a y e dw i l ls t a yo nt h ep a r tt ob e c o a t e d ．T h er e s to ft h ep o w d e r ，S O c a l l e do v e r s p r a y ，n o r m a l l yc o l l e c t si ns p r a yb o o t h sa n df i l t e r s y s t e m s ．C u r r e n t l y ，i nm o s tc a s e sd e c l a r e da s w a s t et h i so v e r s p r a yc a nb e c o m eam a j o rs o u r c ef o r c o s ts a v i n gi nt h e r m a ls p r a y i n g F i g ．1 ． F i g ．1R e c y c l i n go fo v e r s p r a y E s p e c i a l l yo v e r s p r a yo fm e t a l s ，a l l o y so rc a r g a i nw i t h o u ts u f f e r i n go fq u a l i t y ． b i d e sa r ec h o s e nm a t e r i a l sw o r t ht or e c y c l e ．I nparThef o l l o w i n gg u i d e l i n e sc a nh e l py o ut oi d e n t i c u l a r ，i fc o n t a i n i n gs i g n i f i c a n t a m o u n t so ft h e h i g hv a l u em a t e r i a l sl i k eR h e n i u m ，T u n g s t e n ，C o b a l t ，N i e k e l ，M o l y b d e n u ma n dT a n t a l u m ．0 t h e r m a t e r i a l sw i t hm i n o ro rn ov a l u e dm a t e r i a l s1 i k e o x i d e sa r ec u r r e n t l yn o tc o n s i d e r e da sr e c y c l a b l e ． I ft h e s eo v e r s p r a y ’Sa r ec o l l e c t e di ni t so r i g i n a l p u r ef o r mw i t hr e g a r dt ot h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n w i l la l l o wH ．C ．S t a r c kt ot a k eb a c k t h eo v e r - s p r a y ．I n s t e a do fs t a r t i n gf r o mt h eo r e ，u s i n gS O p h i s t i c a t e dc h e m i c a lp r o c e s s e st h eo v e r s p r a y1 d e 。。 p e n d i n go nt h ec h e m i s t r y - - c a nb eu s e da sa s e c o n d _ 。 a r yr a wm a t e r i a ls o u r c ei np r o d u c t i o np r o c e s s e sa t i f yt h em o s tv a l u a b l em a t e r i a l sf o rr e c y c l i n go f o v e r s p r a y o H i g hV a l u e ‘ 一R h e n i u mc o n t a i n i n gM C r A l Y so ro t h e ra l l o y sw i t hm o r et h a n1 ％R h e n i u mc o n t e n t P u r et u n g s t e nc a r b i d ec o b a l tm a t e r i a l sl i k e W C - C o8 8 ／1 2o r8 3 ／1 7 M e d i u m L o wV a l u e 一M C r A l Y so ro t h e ra l l o y sw i t hl e s st h a n1 ％ R h e n i u mo rm i x t u r e sw i t hn o n R h e n i u mc o n t a i n i n g M C r A l Y so ra l l o y s W C - b a s e dm a t e r i a l sw i t ha d d i t i o no fC h r o m i 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊．1 4 1 ． u ml i k eW C - C o C r8 6 ／1 0 ／4o rW C - C r 3C 2 一N i7 3 ／ 2 0 ／7 N oV a l u e 一O x i d e s O t h e re l e m e n t se x c e p tR e ，W ，C o ，N i ，M o ， T a W a s t e F i g ．2 F i g ．2 W a s t eo fn ov a l u e B e s i d e st h ec h e m i c a lr e q u i r e m e n t sf o rr e c y - c l i n ga l s ol e g a l l ys e tr e q u i r e m e n t sr e g u l a t i n gt r e a t m e n t ，h a n d l i n ga n ds h i p p i n go fw a s t e ，w a s t ea c t s b yt h eg o v e r n m e n t ，h a v et ob et a k e ni n t oa c c o u n t C o l l e c t i n g ，h a n d l i n ga n dr e c y c l i n go fo v e r s p r a yi s c o n t r o l l e db yt h ew a s t ea c to ft h ec o u n t r i e s ．T h e f o l l o w i n gg u i d e l i n e ss h a l lb ea p p l i e dt of u l f i l lt h e s e r e q u i r e m e n t s ． C u s t o m e r 一C o l l e c t i n go fo v e r s p r a y D e c l a r a t i o no fo v e r s p r a ya c c o r d i n gt ot h e w a s t ea c t R e p r e s e n t a t i v es a m p l eo fo v e r s p r a yt ob e s e n tt oH ．C ．S t a r c k H ．CS t a r c k 一A n a l y s i sa n dv a l u a t i o no ft h es a m p l e O f f e rf o rt h eo v e r s p r a yt ot h ec u s t o m e r D e l i v e r ya n di n c o m i n gi n s p e c t i o n R e c y c l i n ga n dP a y m e n tt ot h ec u s t o m e r H ．C ．S t a r c ki sa l w a y sa b l et oa s s i s ty o ui nt h e c o m p l e t er e c y c l i n gp r o c e s sa n dh e l py o ut ok e e p t h ee c o n o m i c so ft h e r m a ls p r a yc o a t i n g so nt h ea p p r o p r i a t el e v e l ． 2 H e a l t ha n dE n v i r o n m e n tP r o t e c t i o n H o wt o x i ci SW C - C o I th a sb e e nk n o w nf o rd e c a d e st h a tt h ei n h a l a t i o no fh a r dm e t a ld u s tc a np r o v o k en e g a t i v eh e a l t h e f f e c t s ．F o re x a m p l e ，ac o m p o u n do fW Ca n dC o h a sm o r en e g a t i v ee f f e c t so nh e a l t h ，e s p e c i a l l yo n t h el u n g ，w h e nc o m p a r e dt oC oo rW Ca l o n e [ 扪． T h eS Oc a l l e d “h a r dm e t a ll u n g ”i sas p e c i f i ct y p eo f l u n gf i b r o s i so c c u r r i n go n l ya f t e re x p o s u r et oh a r d m e t a ld u s t ．I ti sa na c k n o w l e d g e do c c u p a t i o n a ld i s e a s ei nG e r m a n y [ s ] ．E x p e r i m e n t sc o n d u c t e di nt h e e a r l y9 0 t i e sp r o v e dt h a tt h ec o m b i n a t i o no fW Ca n d C od u s ti Si n h a l a t i o nt o x i cf o rr a t sw h e r e a sp u r eC o p o w d e ri sn o t ∞． I nt h e r m a ls p r a y i n gm a n yC oc o n t a i n i n gh a r d m e t a lp o w d e r ss u c ha sW C - C oa n dW C - C o - C rare a l s oh a n d l e de ．g ．i np o w d e rp r o d u c t i o n ，t h e r m a l s p r a y i n ga sw e l la si n f i l t e rd u s td i s p o s a l ．T h e f a c t sr e l a t i n gt oh a r dm e t a lareo fr e l e v a n ts i g n i f i c a n c e ．T h eb i o c h e m i c a lr e a c t i o n st a k i n gp l a c ei n t h eh u m a nb o d ya f t e rW C - C od u s th a sb e e ni n h a l e d areb a s e do nt h ec o r r o s i o nb e h a v i o u ro fp u r em e t a l 一 1 i cC oi nw a t e r ．F i g ．3 ai l l u s t r a t e st h e s em e c h a n i s m ss c h e m a t i c a l l y [ 5 一引，F i g ．3bs h o w st h es i n t e r b r i d g e s ／c o n t a c tareasb e t w e e nt h eW C b r i g h t p h a s e a n dt h eC ob i n d e r g r e yp h a s e ． T h eh a r m f u lh e a l t he f f e c tt a k i n gp l a c ei nt h e h u m a nb o d yr e l a t e dt ot h e s ec o r r o s i o nm e c h a n i s m s i sb a s e do nh i g hf o r m a t i o no fr e a c t i v er a d i c a l so n t h es u r f a c eo ft h eW Cp a r t i c l e s ．D u et ot h e i rh i g h o x i d a t i o np o t e n t i a l st h e s er e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s i n t e r a c tw i t ht h es u r r o u n d i n gb i o l o g i c a le n v i r o n m e n t ．D e p e n d i n go nt h ed u s tc o n c e n t r a t i o na n dt h e e x p o s u r et i m e ，i n h a l a t i o no fh a r dm e t a ld u s tc a n l e a dt oa c u t ei n f l a m m a t i o nr e a c t i o n so rc h r o n i c s t r e s sf i n a l l yc a u s i n gi n t e r s t i t i a ll u n gf i b r o s i s h a r dm e t a ll u n g ．T o d a yi t i sp r o v e nt h a ta l a r g e p a r to ft h en e g a t i v ee f f e c to fa s b e s t o so rs i l i c ao n t h el u n gi s p r o v o k e db ys i m i l a rs u r f a c er e a c t i o n s i n v o l v i n gr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，t o o ．I na d d i t i o n ，C oi o n sh a v e b e e np r o v e nt oc a u s en e g a t i v e e f f e c t so nt h eD N Ar e p a i rm e c h a n i s m sd u et Ot h e i r s t r o n gt e n d e n c yt of o r mc o m p l e x e sw i t ha m i n o 万方数据 ．1 4 2 ． 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊 g r o u p sa n dt h u sm i g h tr e a c tw i t ha l lb o d yp r o t e i n s ． W C c oi saI o c a Ic o r r o s i o nc e l I i fi nc o n t a c tt ow a t e ra n do x y g e I s e l e c t i v ed i s s o l u t i o no fC o 2 C o _ 2 C o ～ 4 e 一 W Ca c t sa sc a t a l y s tf o rt h e o x y g e nr e d u c t i o nb yC o 2 H O 0 2 4 e ’兰4 0 H ’ F i g ．3T h eC o n t a c tC o r r o s i o nS y s t e mw C - C o 嘲 a c o r r o s i o nm o d e l 。 b c r o s ss e c t i o no faW C - C o8 3 ／1 7p a r t i c l e S E Mp h o t o g r a p h I nh a r dm e t a l sc o b a l tc a nb es u b s t i t u t e dp a r s p r a ys y s t e m s ．T h a to v e r s p r a yf r o mt h e r m a Is p r a y t i a l l yo rw h o l l yb ya l l o y sc o n t a i n i n gn i c k e la n di p r o c e s s e sm i g h tc a u s ef i b r o t i ca n da s t h m a t i cl u n g r o n ．A sF e - b a s e dh a r dm e t a l se x h i b i tab e t t e rc o r - d i s e a s eh a sa l r e a d yb e e ns h o w ni ne m p l o y i n gt h e r o s i o nr e s i s t a n c ei na e r a t e dl i q u i d st h a nW C - C o ，i t d e t o n a t i o ng u np r o c e s s u o ． c a nb ee x D e c t e dt h a tt h e ya r ea l s ol o w e ri nt o x i c Ap a r t i a lr e p l a c e m e n to ft h eC oi nW c ．1 0 ％C o D o t e n t i a i ．A na c u t ei n h a l a t i o ns t u d y T a b l e1 b y5 ％F e ，u s i n gC oa n dF ep o w d e r ，b e i n gm i l l e d w i t hv a r i o u sW C - C o ．W c _ F e C oa n dW C - F e N it o g e t h e rw i t hW Ci na na t t r i t o rm i l l ，1 c a d st oa r e D o w d e r sc o n f i r m st h eh i g ht o x i cp o t e n t i a lo fW C - d u c t i o ni nt o x i c i t yb ya b o u t5 0 ％．H o w e v e r ，w h e n C ob vi n h a l a t i o ne v e na tl o wd u s tc o n c e n t r a t i o n so f t h es a m en o m i n a lc o m p o s i t i o n W C - C 0 5 ％F e 5 ％ o n l vO ．2 5m g ／L ．T h eh a r dm e t a lc o m p o s i t eW C - i sp r o d u c e da sac o m p o s i t e ，w i t hF ea n dC ob e i n g C o9 0 ／1 0s h o w sam o r t a l i t yo f1 0 0 ％a n dm u s tb ef u l l ya l l o y e d ，m o r t a l i t yd r o p sf r o m3 0 ％t oz e r oa t c l a s s i f l e da s “T ”．T h er e a s o ni st h ev e r yi n t i - t h es a m ec o n c e n t r a t i o n ．E v e na tv e r yh i g hc o n c e r t m a t ec o n t a c tb e t w e e nC oa n dW Cp r o m