鋼桶粉末涂裝中缺陷的分析及解決途徑

楊文亮

　　近年來，國內(nèi)越來越多的制桶企業(yè)對鋼桶的外表涂裝采用了靜電粉末涂裝新工藝，這不僅提高了鋼桶的表面質(zhì)量，也同時給鋼桶的生產(chǎn)帶來了新的問題。

　　鋼桶粉末涂裝雖然工序少，但產(chǎn)生問題的環(huán)節(jié)卻不少。粉末涂裝的主要工序有前處理、靜電噴涂和烘烤三個工序。其中影響質(zhì)量的主要工序應(yīng)屬前處理工序。然而許多生產(chǎn)廠家對此沒引起足夠的重視，以致帶來許多后患。有些隱患還不是短期內(nèi)能反映出來。一般較先進的工藝、用在前處理上的花費約占總費用的２５%以上。

　　 從生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的各種問題分析。我認為設(shè)備的先進程度和原料的好壞，對產(chǎn)品質(zhì)量又起著決定性作用，兩者缺一不可。我們作為工程技術(shù)人在這個問題上應(yīng)該建立共識，決不能在上新噴粉生產(chǎn)線時。只圖一時省錢就湊和，采用低標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝、材料，必將給長期生產(chǎn)帶來許多后患，甚至生產(chǎn)不出高質(zhì)量產(chǎn)品。不少廠家上了涂粉生產(chǎn)線，應(yīng)用不久就被迫下馬或跟換新設(shè)備，概出于以上原因。我們常看到國外產(chǎn)品表面涂裝很漂亮，其主要原因之一是他們不斷地采用先進的設(shè)備和新工藝新材料。

　　 從這個意義上分析，對涂粉設(shè)備及涂料生產(chǎn)廠家來講，在當(dāng)今市場競爭條件下，非優(yōu)質(zhì)設(shè)備和涂料是沒有發(fā)展前途的。特別是在國內(nèi)上百個噴粉設(shè)備和粉末涂料生產(chǎn)廠家競爭條件下，更是如此。僅我們陜西省已經(jīng)有近十家設(shè)備及粉末涂料生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉。

　　 二、產(chǎn)生缺陷的分析探討

　　 （一）前處理方面：

　　 1、除油除銹不徹底

　　 首先我不主張用除油除銹二合一的工藝。二合一工藝本身容易產(chǎn)生這個問題。因為通常用的除油、除銹液配方事項互消弱的，而不是相輔相成的，因此很難搞出合理的二合一或三合一工藝（包括磷化）配方。另一工藝方發(fā)式用金屬清凈劑處油，更不能徹底除油。因為金屬清洗劑除油效果差，一般只能是油脂浮到金屬機體表面上，要除掉它，還需一種機械力，如沒有這種外加機械力，就會造成處油不徹底，可見金屬清洗劑不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)。

　　 我主張用堿化學(xué)除油。堿液對動植物油去除效果很好，因其產(chǎn)生皂化反應(yīng)。但對礦物油去除效果較差，為去除礦物油，還需加乳化劑。另外水洗質(zhì)量對去油效果影響較大，一是水質(zhì)，二是水溫。三是要分級翻動，三項均良好，目的只有一個，就是用純凈水清洗油脂。最后一級最H用去離子水清洗。

　　 2、磷化膜粗糙等問題

　　 鋼鐵件噴粉前必須磷化，國外普遍采用的是噴沙磷化工藝。我們用的磷化液，許多是不夠理想的，這就直接影響到磷化膜質(zhì)量。比較常見的是磷化膜粗糙問 題。對此我想從三個方面進行分析：第一是選好磷化液，這是保證質(zhì)量的根本。首先涉及的問題是選高、中、低溫那種類型？從其發(fā)展史來看，開始是有高溫厚膜型，現(xiàn)已進展到中、低溫薄膜型。國內(nèi)低溫磷化液，由于溶液不夠穩(wěn)定，維護困難，磷化膜附著力較差，有的甚至不耐水沖洗等，較少被采用。有的低溫磷化液較理想，但價格又較貴。盡管低溫磷化是發(fā)展方向，但達到普遍應(yīng)用的效果，還有待于新的突破。目前祥和磷化（成都）公司已成功的解決了常溫磷化(鈍化)粉劑問題，并已批量供貨。目前普遍采用的還是中溫磷化工藝。其次是選鋅系，鐵系\鋅鈣系等那一種磷化液?相比之下，我認為鋅鈣系磷化液較好，對噴塑前處理要求薄涂層磷化膜來考慮，鐵系亦是一種較好的選擇。它除了鋅系的一些優(yōu)點外還具有耐熱性好。中溫條件下水解少，沉渣較少，溶液易維護，機械強度好，耐蝕性強，膜較厚時結(jié)晶仍很細。而鐵系的磷化鐵膜，耐蝕性較差。總之選中溫鋅鈣系磷化液較好。第二是必須隨時調(diào)整磷化液，主要是調(diào)整酸度比和含鋅量，這兩個因素都直接影響成膜率和結(jié)晶的粗細度。必需根據(jù)工作量定期和不定期的分析溶液，及時加以調(diào)整，無分析數(shù)據(jù)，盲目補充料液是不科學(xué)的。第三是控制膜層的厚度各類磷化膜都有其最佳厚度，例如鋅系和鈣鋅系最佳膜厚為1.5-2克每平方米，而鐵系為0.5-0.7克每平方米，在這個范圍內(nèi)其防腐性能最H，晶粒最細如過厚著影響膜的柔韌性和附著力，晶粒也變粗。通常生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題是磷化膜偏厚。 下面就如何克服晶粒變粗問題談幾點意見。

　　 第一是用表面調(diào)整劑的辦法使晶粒變細化。即在工件磷化前進行一次表面調(diào)整處理，使金屬表面吸附一層膠體粒子，形成一層“活化中心”，進而磷化時，在次“活化中心”上繼續(xù)成長，這樣可使磷化晶粒明顯變細，特別是低溫磷化之前，表調(diào)是不可少的一步處理方法。

　　 第二是往磷化液中加晶粒細化劑，如鈣、鎳等鹽類作改進劑，最H用復(fù)和型鹽類，效果更好，同時可降低低沉渣量。

　　 第三是磷化后進行鈍化處理，使磷化膜上面形成的峰窩結(jié)構(gòu)，從而提高耐蝕性能，同時提高涂層的附著力。

　　 第四是隨時調(diào)整磷化液的酸度比和鋅含量。前面已談過了。

　　 （二）靜電噴粉方面：

　　 1、噴粉不均主要是供粉桶內(nèi)粉末流化不均勻所致。應(yīng)更換微孔板或調(diào)節(jié)微孔板下的供氣系統(tǒng)，使使粉層恢復(fù)正常沸騰狀態(tài)，即可消除。有是氣壓偏低，則加大氣壓即可消除。另一可能是管道堵塞，包括文丘里咀堵塞，則需清理管路。若文丘里經(jīng)常堵塞，則屬文丘里的積粉咀用材（如黃銅等）不當(dāng)，只要把他改成聚四佛乙烯材料，就可以解決，噴槍頭堵塞也可用同樣的方法解決，如果供粉同捅不是流化床型的，則需改善攪拌器或加裝振湯器，防止粉層出現(xiàn)空洞，供不上涂料。

　　 2、粉末上粉率低：

　　 （1）電壓低或無高壓是主要原因之一。需調(diào)高輸出電壓或 維修高壓靜發(fā)生器。

　　 （2）工件接地不良，掛鉤或低層電阻大；如噴第二遍粉時或膩予不導(dǎo)電，都會使低層電阻大。用普通噴槍噴第二遍粉時必須把工件預(yù)熱到104℃左右，進行熱噴，利用熱溶吸附的原理。熱噴作業(yè)還有利于粉末流平，用變色龍噴槍，可以克服低層電阻大的問題，第二遍噴涂可以實現(xiàn)冷噴。它是利用附加板行成噴室恒定靜電場的原理實現(xiàn)的。

　　 （3）粉末荷電量過大或小也影響上粉率。對環(huán)氧型粉末實驗結(jié)果；當(dāng)粉末帶電電量為1.6微庫侖/克時，上粉率可達百分之九十五以上。而電暈放電噴槍只能使粉料帶電0.8-0.9微庫侖，所以上粉率只達百分之八十五左右。這個數(shù)椐說明帶電量對上粉率的影響。因此摩擦噴槍不如靜電噴槍上粉率高。一般控制電流不須過大，60微庫侖左右已夠用了，否則荷電量太大，也容易引起過流斷電，過大反而容易引起法拉第屏遮效應(yīng)。一般是荷電量影響上粉率，荷電量小原因，除了不同粉末涂料的自身反電離效應(yīng)有差別外，主要原因是由于高壓靜電發(fā)生器故障引起，需進行維修，使恢復(fù)高壓。

　　 （4）氣壓過大：會抵消靜電引力。使付在工件上的粉末被吹掉，降低上粉率。實驗結(jié)果表明；當(dāng)輸送空氣量為3升/秒時，上粉率百分之就九十五左右，而加大氣量時，而輸粉空氣量每增加一升/秒時，則上粉率降低百分之二到三。

　　 3、施工時打火

　　 這個問題一般不存在了，因為高壓靜電發(fā)生器現(xiàn)在大多裝有恒壓、恒流保護線路。老式噴槍有著個問題。打火原因如下：

　　 （1）槍與工件距離太近和粉末在靜電場內(nèi)濃度大，超過了極限濃度，是重要原因。

　　 （2）內(nèi)電阻小，導(dǎo)致電流過大。

　　 （3）電壓太高：實驗證明：場強在1 kv/cm 時，吸附效率已接近飽和。此后場強再增加三倍，涂覆效率只增加百分之三到五。所以電壓太高不可取，反而容易引起打火。一般控制在60kv 已夠用了。

　　 4、涂層有縮坑：

　　 （1）多數(shù)情況是由工件表面不撤底引起，有的是壓縮空氣中含油引起。因為油點明顯影響粉層固化時的表面張力。

　　 （2）粉末涂料的內(nèi)在應(yīng)素如混入了不同廠家或批次的粉粒，引入硅塵，也會影響其固化時表面張力的均勻性，造成縮坑。

　　 5、涂層有針孔起泡：

　　 涂層下面的氣體在烘干過程中到達涂層表面，突破界面者為針孔，來不及排除者為氣泡。涂層中的氣體可以是空氣、水蒸氣或氫氣（鍍鋅層中帶來的）等。根本解決方法是噴涂前徹底排除氣體。小量的無法排除的氣體，也可用控制烘干和噴涂條件的方法避免產(chǎn)生針孔或氣泡。據(jù)計算，排除涂層的空氣需要26秒，在除膜開始固化前的安全熔融流平段（100—135攝氏度）升溫慢些。給予足夠的排氣時間?；虿扇」ぜA(yù)熱后噴粉的方法，均有效果。

　　 6、涂層有橘皮：

　　 產(chǎn)生橘皮的主要原因來自粉末涂料自身的流平性差。施工也有影響 ，是屬次要因素。

　　 （1）粉末涂料的流平性主要靠加入的流平劑起作用，流平劑一般因具有兩種效應(yīng)，即潤濕效益和流平效益：潤濕效益應(yīng)是在粉末處于100攝氏度左右時增加對機材的流平結(jié)合，此時表面張力盡量小些。而大于150攝氏度時流平效應(yīng)其主要作用，粉末的表面張力應(yīng)盡量大一些，以增加溜平性。流平劑一般含兩種以上材料就是這個原因。

　　 （2）施工不良也會引起橘皮現(xiàn)象：一次涂層太厚或烘烤升溫過快都會導(dǎo)致橘皮明顯。一遍涂層厚度以60u左右為宜。另外控制在安全熔融流平段時間長些，均有利于粉末涂層流平。

　　 7、靜電屏蔽效應(yīng)：

　　 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件噴粉時，在死角由于靜電屏蔽（亦稱法拉第）效應(yīng)致使涂膜很薄，甚至遮不住底。這種效應(yīng)對普通靜電噴槍是不可克服的。用摩擦噴能較好的改善。國外有的靜電噴槍已經(jīng)基本上克服了這個效應(yīng)，獲得了較均勻的涂膜。例如變色龍噴槍，據(jù)說能噴3 mm 深的溝槽，獲得較均勻的涂層。對普遍靜電噴槍有人主張用加大氣壓的方法克服靜電屏遮效應(yīng)。我的實踐證明，恰恰相反，氣應(yīng)小些，因為死角處的粉末本來吸附不牢，加大氣壓反而是吸附上去的粉層有被吹掉，達不到增加涂層厚度的目的。我分析變色龍之所以能克服靜電屏蔽效應(yīng)，除了有輔助陽極外，可能與槍體內(nèi)有一路氣流是通過螺旋體導(dǎo)流，在不加大氣壓情況下增大了粉末的前沖力，有效的解決了上述氣壓大小的矛盾，收到了良好的效果。

　　 （三）烘烤固化條件的控制：

　　 我想談三個觀點，供大家參考： 1、烘箱或烘房我不主張用遠紅外作熱源，應(yīng)該用普通電熱直接烘烤或其他熱源間接循環(huán)加熱烘烤。這是被遠紅外輻射線的特征所決定的。特性有主要兩點：一是它被工件直接吸收而使工件升溫，一層約一毫米厚的鋼板或鋁板對遠紅外吸收率為百分之七十五左右。所以工件升溫很快，一般會高出爐堂溫度10-20度，同時也就使其后面的工件吸收遠紅外輻射率就很低了，造成很大的溫差，第三層工件就更差了。因此烘箱或烘房不能用遠紅外熱源，另一特征是一般遠紅外線輻射程放射壯前進，這就決定了爐內(nèi)各點的輻射線強度與其距元件距離的平方成反比，這就決定了其最佳烘烤距離為200-400mm之間。由此可見，只有烘道適宜采用遠紅外烘烤方式。2、遠紅外元件我主張選用乳白石英管作為熱能轉(zhuǎn)換載體，最H不用表面涂遠紅外轉(zhuǎn)換涂料的板式、管式等元件。理由是前者遠紅外轉(zhuǎn)換壽命從理論上講是無限的，而后者的轉(zhuǎn)換效率每年呈百分之二十以上的衰減。衰減后不但不節(jié)能，相反還浪費能源，因為其熱傳導(dǎo)效率比普通電熱還低。3、生產(chǎn)中遠紅外烘烤控制溫度和時間，應(yīng)視具體情況而定。它取決于遠紅外爐膛效率，工件薄厚。粉末種類等多種因素。確定控制條件的簡易方法，是采用類似厚度的試件，固化后測涂膜的附著力和沖擊強度來選擇最佳控制條件，造成烘烤過火或欠火的弊病。我們在生產(chǎn)都有經(jīng)驗，粉末涂料要求固化條件是苛刻的，可選的波動范圍很窄，稍有超越就會造成脆裂或脫落，必須嚴(yán)格控制溫度和時間。

　　 （四）不合格品的返工

　　 1、一般不合格品：如有臟點、虛噴、流塑、劃傷等，可采用砂紙干磨法，磨平擦干后，整體重噴一遍的方法進行返工。不可采用局部補噴的辦法修補。

　　 2、產(chǎn)品表面有凹坑或磕碰掉膜等缺陷，需把整體涂膜退掉，擦洗干凈后，整體重噴進行返工。

　　 3、大面積疵病或涂膜 已烘烤 過火的工件，則需把整件涂膜退掉，擦干凈后重噴。 退膜方法：可用去膜劑，也可用濃硫酸。前者是混合有機溶劑，易揮發(fā)、較貴、但對其材無腐蝕，去膜快?；鶛C理是破壞涂膜與機體的結(jié)合力。成塊脫落。我主張用去膜劑，后者便宜，去膜慢不安全。其機理是直接破壞環(huán)氧涂層，生成樹脂磺化物。但操作不慎，會造成過腐蝕，導(dǎo)致零件報廢。

　　 4、死角處涂膜的缺陷，可用補噴相同顏色的硝基磁漆或氨基烘漆的方法進行局部修補來解決。