車燈底涂鍍鋁常見缺陷的微觀分析

劉浩

可以說，幾乎在塑料真空鍍膜技術(shù)80年代剛開始大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)時，就被引進(jìn)到車燈的制造過程當(dāng)中。汽車車燈造型雖然越來越多樣化，但車燈作為一輛車的雙眼，具有優(yōu)質(zhì)的金屬光澤，無論在外觀還是性能上考慮都是至關(guān)重要的。應(yīng)用最早的鋁質(zhì)反射鏡，出于成本與重量的考慮在車燈設(shè)計(jì)上僅用于有高耐熱要求的前霧燈上。而為了使前燈的反射鏡及其它裝飾性部件擁有金屬質(zhì)感，國內(nèi)燈廠多采用塑料件底涂鍍鋁的方法，大體的工藝流程是，前處理（因材料不同有所區(qū)別）→底涂→固化→真空鍍鋁。其中，就固化這一工序來講，按照固化條件可分為熱固化與光固化，由于熱固化涂料需高溫加熱1-2H，能耗很大，所以近年來很多燈具公司（包括筆者所在單位）已經(jīng)開始使用光固化的底涂，以節(jié)約資源，所以本文所描述的種種現(xiàn)象是以光固化工藝為背景的。

在塑料涂裝中，光固化底涂鍍鋁無疑是要求最高，過程最為復(fù)雜的一種工藝。因?yàn)殄冧X在使工件表面具有金屬光澤的同時，更重要的是，底涂上有輕微不良都會被鍍鋁之后形成的高光面所放大。

正是由于這種種特殊性，所以車燈底涂鍍鋁中的缺陷不能一概而論，有時候同種表象的缺陷，其機(jī)理也是不一樣的，而本文就針對出現(xiàn)頻率最高的幾種表象，從微觀角度分析它的產(chǎn)生。

一、鍍鋁面表層發(fā)生白化

白，白是什么？鋁的顏色就是白色，所以首先可以想到的是，鍍鋁面的高光效果沒了，本來是一個鏡面反射，如今成了一個漫反射，將鋁的本色——白色暴露了。

從另一角度說，無論是整車涂裝還是車燈涂裝，涂料在噴涂完之后，都有一個流平的過程，這個過程對于成膜效果影響很大，光固化涂料需要在UV段進(jìn)行固化，而UV無疑是會產(chǎn)生高溫的，在UV室通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致整條流平固化流水線溫度急劇升高。涂料剛剛噴涂到工件表面后，是由一個個小液滴組成的，在小液滴還沒結(jié)成連續(xù)的膜層之前，它是凹凸不平的，涂料的流平需要流平劑及某些惰性稀釋劑的作用下完成，而如果溫度偏高，這些成分就會過早揮發(fā)，于是在還沒形成平整光潔的涂膜的情況下，涂料發(fā)生固化。與上文所提到的失效機(jī)理一樣，高光的鍍鋁面無法形成，于是鍍層發(fā)生白化。

二、涂層開裂

涂層開裂，從其輕重程度分為龜裂與微裂，遇到這種問題，多半會想到的是UV能量過高（僅針對光固化涂料），而實(shí)際上如果UV燈管功率一定，線體速度一定的情況下，UV能量的變化范圍大都處于±200mJ/cm2這一范圍內(nèi)，光固化涂料在這一范圍內(nèi)，接受的能量是多多益善的，所謂過固化指的是工件接受的能量遠(yuǎn)大于這一范圍，曾經(jīng)有這么一個試驗(yàn)，將噴涂好的工件置于UV燈下一周，逐漸觀察，2H之后，才發(fā)生開裂，開裂的形式是龜裂，一周后表面的膜層完全粉末化，而平時生產(chǎn)時工件接受UV燈照射的時間僅為10±3s。所以由過固化引起的開裂在生產(chǎn)中基本不會出現(xiàn)。

三、起霧

底涂鍍鋁的工件若發(fā)生起霧，首先想到的就是稀釋劑沒揮發(fā)干凈，這是熱固化涂料時代流傳下來的一貫思維，在光固化涂料體系中，由于也使用了惰性稀釋劑參與流平，所以也有一定適用性。稀釋劑沒揮發(fā)干凈為什么會起霧呢？

在溫度偏低的情況下（低于工藝要求溫度10℃），稀釋劑殘留于涂料的成膜物中，在涂料受到UV射線激發(fā)發(fā)生固化交聯(lián)時，稀釋劑在膜中以團(tuán)狀的形式存在，在微觀條件下觀察，膜的表面有許多突起，和以上提到的機(jī)理一樣，干擾了高光面的形成，但是其缺陷尺度很小，不會明顯變白，只會導(dǎo)致涂層發(fā)霧。這種缺陷在鍍鋁之后更加明顯。

四、附著不良

底涂鍍鋁最重要的一點(diǎn)就是要保證底涂與基材的附著力，這用時也是涂裝工程的根本任務(wù)，這點(diǎn)若達(dá)不到涂裝則失去了意義。

附著力就是膜層以一定的強(qiáng)度附著或結(jié)合在基材上，也稱為結(jié)合力。在線作業(yè)時，常用附著力試驗(yàn)來測試。一旦出現(xiàn)了失效，即膜層脫落區(qū)域超過了15%，即可判定為附著不良。

五、發(fā)彩

底涂固化是涂料實(shí)現(xiàn)其性能的最關(guān)鍵的一步，實(shí)際生產(chǎn)中由于某些原因會出現(xiàn)工件局部淤漆的現(xiàn)象，一旦產(chǎn)生淤漆，則底涂無法徹底固化，產(chǎn)生固相與液相并存的狀態(tài)。在UV不是很強(qiáng)但滿足生產(chǎn)要求的情況下，工件局部也會出現(xiàn)涂層過后而無法固化徹底的現(xiàn)象，多見于反射面配光花紋的凹槽處。

這種固化不良無疑附著力是不合格的，但附著力僅僅是測試某一區(qū)域的性能，局部區(qū)域涂層是否過厚需要用高溫試驗(yàn)來驗(yàn)證。

高溫試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)視基材種類而定，高溫試驗(yàn)過后，評價涂裝過程是否合格就是看漆膜是否發(fā)生破裂發(fā)彩。

涂層過厚經(jīng)受高溫為什么會發(fā)彩呢？底涂件經(jīng)真空鍍鋁之后，表面形成一層致密的鋁膜及二氧化硅保護(hù)膜，鋁膜可以90%以上反射陽光，而二氧化硅保護(hù)膜是透明的其性質(zhì)與硅酸鹽玻璃很類似。高溫時，殘留的涂料（包括稀釋劑與成膜物），以氣態(tài)的形式穿過鋁層，因?yàn)殇X層并不是致密的一層膜，而是一個個鋁斑點(diǎn)組成的，氣體與保護(hù)膜層接觸后，有可能對其產(chǎn)生破壞，將其頂破，頂破之后的保護(hù)膜層與有殘缺的玻璃一樣，發(fā)生光的折射，導(dǎo)致發(fā)彩。

六、鍍鋁層發(fā)黃

鍍鋁過程中的發(fā)黃，為常見現(xiàn)象；第一種起因是因?yàn)樾纬杀Ｗo(hù)膜的過程中，工件內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)（有可能是淤漆、也有可能是工件內(nèi)部的水汽）或真空室內(nèi)的雜質(zhì)（水汽或硅油反應(yīng)之后的殘留物）與成膜物質(zhì)（硅油、N2O）摻雜在一起，導(dǎo)致保護(hù)膜不透明，產(chǎn)生發(fā)黃。

另外一種起因是發(fā)生在鍍鋁工序，工件在高真空的環(huán)境下（約6×10-5torr），其內(nèi)部的大部分可揮發(fā)份都會變成氣體溢出，但是仍有部分殘留。因?yàn)橛衅崮さ恼谏w，這部分因素基本可以忽略。但若工件某處漆膜很薄，就會導(dǎo)致，高真空之后的鍍鋁過程該部分殘留溢出與鋁單質(zhì)氣體反應(yīng)，形成復(fù)雜的氧化物包括AL2O3等，若鋁原子足夠密集，這部分雜質(zhì)是不會被察覺的，但是如果鋁原子很稀薄，這部分雜質(zhì)就會在工件表面造成雜色（發(fā)黃）。這種情況常發(fā)生在真空室最上層，因?yàn)殄冧X過程中，鋁蒸汽形成之后由于重力作用，它會向下聚集，相對的，上部的鋁密度很小，也就造成了上部的工件鋁原子的沉積量很少，工件背面就會更少，發(fā)黃的概率就會更大。