金屬防腐涂層附著力影響因素分析

金屬防腐涂層附著力影響因素分析金屬腐蝕因使用環(huán)境腐蝕機(jī)理不同。防腐形式和方法也有所不同。表面涂層防腐是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作便捷的有效措施之一。這種防腐蝕措施，不僅與金屬基體及防腐涂料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與金屬表面前處理工藝過(guò)程以及涂層的固化質(zhì)量關(guān)系密切防腐性能的好壞，起決定性作用的是涂層與基體的附者力和涂層的表面固化質(zhì)量。深人研究影響附著力的因素以及如何提高涂層固化質(zhì)量。對(duì)于強(qiáng)化防腐性能、延長(zhǎng)防腐壽命十分必要。

1、前處理工藝過(guò)程對(duì)涂層附著力的影響

附著力實(shí)質(zhì)是界面間的作用力，是有機(jī)涂層與基體間通過(guò)物理和化學(xué)作用結(jié)合在一起的牢固程度，它主要包括兩方面內(nèi)容：有機(jī)涂層與金屬基體間相互結(jié)合的能力及有機(jī)涂層分子間交聯(lián)的程度，涂層與基體間的結(jié)合力越大越好，涂層中有機(jī)溶劑揮發(fā)的越徹底，分子間的交聯(lián)就越穩(wěn)定，形成的涂層漆膜就越致密牢固，腐蝕介質(zhì)就不容易侵蝕基體底部。本文不探討分子間交聯(lián)問題，影響附著力的因素是多方面的，其中最主要的因素是基體的表面處理，包括脫脂（除油）、除銹、中和表調(diào)以及磷化、鈍化等工藝過(guò)程。

1.1脫脂除油

脫脂除油方法一般有機(jī)械除油和化學(xué)脫脂兩類。機(jī)械除油分為簡(jiǎn)單的手工打磨擦拭、噴砂拋丸超聲波清洗和火焰灼燒等，而化學(xué)脫脂主要有堿溶液、有機(jī)溶液清洗等，其目的均為清除基體表面的灰塵、油垢、水漬或其他污垢，疏松氧化物。對(duì)于薄板類工件，易采用化學(xué)脫脂或超聲波清洗的辦法，并設(shè)置油水分離器，以免脫脂過(guò)程中泡沫的外溢。需要注意的是，堿液脫脂后必須進(jìn)行脫離子水清洗并烘干，避免堿液殘留于基體表面而影響附著力。

1.2除銹

對(duì)于流水作業(yè)的工件除銹方法，有機(jī)械除銹和化學(xué)除銹。機(jī)械除銹主要以噴砂拋丸為主，目的有兩個(gè)方面，一是除去銹蝕斑點(diǎn)和表面氧化皮以及舊漆層，是對(duì)基體進(jìn)行表面強(qiáng)化作用的同時(shí)，噴砂拋丸可適當(dāng)增加基體表面的粗糙度，增大基體表面與有機(jī)涂層間的接觸面積，有助于提高涂層的表面附著力噴砂顆粒選用直徑φ0.5-1mm不規(guī)則的石英砂，石英砂硬度一般在HRC45-55，利用空氣泵站的高壓氣流通過(guò)砂槍噴射到工件表面，空氣壓力為8x10Pa，砂粒流速為80m/s左右，噴射角度為30*-70。嘖射距離為2-3m。表面即可達(dá)到國(guó)際公認(rèn)的瑞典標(biāo)準(zhǔn)SIS05-5900規(guī)定的Sa2.5-3.0見白級(jí)或光亮級(jí)的要求。

化學(xué)除銹的方法很多，但一般采用酸洗液除銹利用鹽酸、硫酸、磷酸以及混合液等對(duì)工件表面氧化物進(jìn)行溶解或腐蝕，從而達(dá)到去除氧化皮的目的，酸洗后應(yīng)立即采用脫離子水清洗，避免溶解過(guò)度或過(guò)腐蝕。酸洗液常用濃度及使用溫度見表1。

如果銹蝕嚴(yán)重，采用混合酸進(jìn)行處理，如磷酸-檸艨酸混合液等。緩蝕劑的作用是防止基體表面產(chǎn)生過(guò)蝕現(xiàn)象，加人緩蝕劑種類、比例以及使用溫度，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)方法獲得。

1.3中和與表調(diào)

經(jīng)過(guò)化學(xué)除銹后殘留于工件表面、孔隙中的酸液將會(huì)使基體產(chǎn)生腐蝕而影響涂層附著力，因此須采用堿液予以中和常用堿液為碳酸鈉溶液，濃度為25-50g/L，pH值為10左右，使用溫度50C，中和時(shí)間低于1min，中和后采用常溫脫離子水清洗，以沖刷工件表面的堿液或酸堿中和后的生成物磷化前的表面調(diào)整處理是為消除賊脫脂過(guò)程中造成的基體表面狀態(tài)的不均勻性，促進(jìn)磷酸鹽晶核的生長(zhǎng)以及磷化過(guò)程中磷化膜晶粒的細(xì)密性，增加磷化晶核的成膜數(shù)目以及增強(qiáng)基體的活性力，提高附著力，縮短成膜時(shí)間（2）。表調(diào)劑采用草酸或磷酸鈦鹽溶液，pH值為8.5-9.5。

1.4磷化處理

磷化處理對(duì)涂層附著力的影響很大，主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反映在基體表面生成-種非金屬、不導(dǎo)電而且多孔隙的磷酸鹽薄膜，俗稱轉(zhuǎn)化膜。由于這種轉(zhuǎn)化膜的多孔性，使有機(jī)涂料能更多地深人到基體內(nèi)部孔隙中并牢固與基體底部結(jié)合，增強(qiáng)了涂層的附著力轉(zhuǎn)化膜的絕緣性又抑制了金屬表面原電池的形成，從而使基體腐蝕受到限制或削弱，增加了涂層的耐蝕性和耐水性，所以，現(xiàn)代工業(yè)涂裝，磷化處理工藝必不可少2）。

對(duì)于惡劣工礦環(huán)境下的機(jī)車轉(zhuǎn)向架、汽車底盤以及清洗機(jī)傳動(dòng)部件和殼體內(nèi)腔防腐處理，其磷化膜膜重一般控制在4.5 -6.5 g/m2之間，相當(dāng)于膜厚在3-5μm，如果膜重超過(guò)10 g/m2，磷化膜的柔韌性、延展性就很差，降低了涂層的附著力，尤其轉(zhuǎn)向架和汽車底盤，在受到沙石泥漿沖擊時(shí)涂層易崩裂和脫落，對(duì)于汽車底盤和清洗機(jī)殼體內(nèi)腔，膜重超過(guò)10g/m2時(shí)，不能進(jìn)行點(diǎn)焊加工。

影響磷化膜質(zhì)量的因素多方面，但主要有磷化液的酸比磷化溫度、基體種類、磷化后處理及處理方式等上述影響因素復(fù)雜多變，處理的方式方法也不盡相同。

1.5鈍化處理

為防止轉(zhuǎn)向架或其他零部件在噴涂前由于空氣介質(zhì)的氧化生銹而影響涂層附著力，可以采用亞硝酸鈉磷酸氫二鈉鈍化劑在常溫條件下浸泡或噴淋1-2min后烘干，生成的鈍化膜可保證工件裸露10天左右不生銹，如果磷化后烘F即刻進(jìn)行涂層噴涂，可免去鈍化工藝過(guò)程。

2、表面固化對(duì)涂層附著力的影響

防腐涂料大多都是熱固型的，防腐涂層周化形式一般采用電加熱燃油燃?xì)饧訜岬臒犸L(fēng)對(duì)流以及紅外輻射加熱，超短波輻射加熱等多種形式針對(duì)各種涂料采用的不同加熱方式，對(duì)涂層固化質(zhì)量和附者力影響程度也不同。

2.1熱風(fēng)對(duì)流固化

熱風(fēng)對(duì)流固化方式，升溫時(shí)間在40-60min，固化溫度在80-180C，溫差在土3C，工件內(nèi)外表面溫度均勻一致。但是這種加熱固化方式，熱量利用率僅為25%-35%，熱量損失嚴(yán)重，涂層表面固化質(zhì)量難以控制，往往造成涂層底部有機(jī)溶劑來(lái)不及揮發(fā)而表面涂層先固化的現(xiàn)象，致使涂層表面產(chǎn)生針孔氣泡等弊病，使腐蝕介質(zhì)滲人基體底部造成工件表面涂層產(chǎn)生銹蝕斑點(diǎn)，甚至龜裂脫落現(xiàn)象。對(duì)涂層附著力形成局部破壞。

2.2普通紅外固化

普通紅外加熱固化，可以加強(qiáng)涂層附著力工程中紅外輻射的波長(zhǎng)范圍在2.5-25um之間，而有機(jī)涂料吸收熱輻射的波長(zhǎng)范圍在2.5-8um之間，可以達(dá)到“匹配吸收”的效果1，在輻射加熱過(guò)程中，涂層內(nèi)部的有機(jī)物分子在接受輻射獲得能量的同時(shí)，將產(chǎn)生振動(dòng)摩擦，使溶劑很快得到揮發(fā)，固化從里及表進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生針眼氣泡，進(jìn)而達(dá)到徹底固化目的。紅外輻輔射加熱固化，也有其自身固有的缺陷，輻射場(chǎng)溫度場(chǎng)均勾性問題不易把握，工件涂層表面經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)火“、”欠火“等問題而影響附著力。采用功率密度法與輻照密度法相結(jié)合（如圖1所示），使工件表面接受輔射溫度均勻，并利用仿形內(nèi)供式風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行熱工布局，即可使問題得到解決4。紅外輻射加熱，被固化漆膜厚度在20-50μm的薄涂層表面，對(duì)于轉(zhuǎn)向架、清洗機(jī)傳動(dòng)部件和殼體內(nèi)腔厚涂層（50-150μm）的固化，難以奏效。

2.3超短波輻射固化

采用超短波（0.38-6.5um）強(qiáng)力深層輻射加熱，對(duì)清洗機(jī)殼體內(nèi)腔厚涂層固化，并對(duì)固化后涂層附著力防腐效果進(jìn)行了模擬腐蝕試驗(yàn)，防腐涂料分別選用環(huán)氧重防腐涂料（雙組分）、QM901防腐涂料（雙組分） HC-847防腐涂料（雙組分）環(huán)氧氟碳防腐涂料（雙組分）試件表面均進(jìn)行噴砂以及脫脂磷化等處理，涂層厚度120-150μm，涂層固化溫度嚴(yán)格按照溫度曲線進(jìn)行，涂層表面光亮，無(wú)色差無(wú)針眼氣泡等弊病，固化效果良好。將試件分別置于DLE腐蝕液中連續(xù)加熱浸泡48h，根據(jù)CB1765-79標(biāo)準(zhǔn)。用劃格法對(duì)試件柔韌性附著力進(jìn)行試驗(yàn)，即用刀片施以一-定力度刮刻涂層表面，比對(duì)ISO標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如表2。

觀察上述試驗(yàn)過(guò)程，比較分析試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明。超短波深層福射加熱固化，有利于強(qiáng)化防腐厚涂層與基體表面的附著力，試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)也表明，HC-847防腐涂料環(huán)氧氟碳防腐涂料不宜f惡劣環(huán)境下的防腐。圖2、圖3為中國(guó)電子科技集團(tuán)總公司東北某研究所最新測(cè)試的超短波、普通紅外輻射特性曲線圖譜。比較圖1、圖2可知，超短波輻射加熱升溫時(shí)間短（1-5s），而且輻射能量輻射強(qiáng)度均高于普通紅外輻射幾個(gè)數(shù)量級(jí)，輻射穿透深度經(jīng)試驗(yàn)可達(dá)300μm，是普通紅外輻射空透深度的兒倍，更有利于轉(zhuǎn)向架等零部件防腐厚涂層的加熱固化，有利于提高厚涂層的附著力。

3、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)不同零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同基體材質(zhì)以及防腐涂料性能，選擇適宜的金屬表面前處理工藝以及涂層固化方式，將會(huì)加強(qiáng)和促進(jìn)涂層附著力的提高。對(duì)于機(jī)車轉(zhuǎn)向架、清洗機(jī)傳動(dòng)部件及內(nèi)腔在惡劣工況環(huán)境下的工件，如何完善細(xì)化表面前處理工藝、改進(jìn)防腐厚涂層固化形式，將是今后進(jìn)--步深人研究的重點(diǎn)。