淺析金屬表面處理對涂料性能的影響

摘要：文章首先對當(dāng)前金屬表面處理的方法進(jìn)行了介紹，并在此基礎(chǔ)上通過相關(guān)實驗探討了各類處理方法對涂層光澤、抗沖擊性、抗彎曲性和耐腐蝕性等方面的影響，進(jìn)而得到最佳的金屬表面處理工藝。

關(guān)鍵詞：金屬表面處理；涂料性能；涂層光澤；抗沖擊性；抗彎曲性；耐腐蝕性 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ639 文章編號：1009-2374（2016）01-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.039

近年來，隨著我國現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，對于各個領(lǐng)域均提出了更高的要求，尤其是與人們生活密切相關(guān)的工業(yè)。在國家政策的號召下，近年來我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的腳步不斷加快，如何做好金屬表面處理工作也成為生產(chǎn)加工部門所面臨的一項重大課題?？茖W(xué)、有效的金屬表面處理工藝，對涂層的外觀、附著力、抗沖擊性和耐腐蝕性都有直接的影響。所以，如果想要從根本上提高涂層性能，首要任務(wù)就是選取最佳的金屬表面處理工藝，只有這樣才能夠從根本上提高工件加工質(zhì)量，使其滿足生產(chǎn)需求。

1 金屬表面處理的方法

就目前金屬表面處理方面所采用的方法來看，最常見的主要有兩種，即化學(xué)法和機(jī)械法。其中，化學(xué)法主要包括氧化法和磷化法，機(jī)械法則包括打磨、噴砂、拋光等。在上述諸多方法中，應(yīng)用最為廣泛的就是噴砂法和磷化法。噴砂法主要是以壓縮空氣為動力，進(jìn)而形成高速噴射束將噴料噴射到所需處理的工件表面上，達(dá)到改變工件形狀或外表面的目的。這種處理方法的優(yōu)點在于可以有效提高工件的抗疲勞性和耐久性，同時也有利于涂料的流平和裝飾。磷化作為化學(xué)法中的一種，主要是磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜形成的一個具體過程。這種方法在實施過程中，其根本目的在于做好基體金屬的保護(hù)工作，提高基體金屬的附著力和防腐蝕能力。上述兩種處理方法各有各的優(yōu)缺點，為了能夠?qū)饘俦砻嫣幚砉に囘M(jìn)行完善，筆者嘗試將二者有效結(jié)合起來，以期進(jìn)一步提高涂層的綜合性能。

2 實驗部分

2.1 原材料及儀器

本次實驗中所涉及的原材料主要包括試板（鐵板）、磷化液、脫脂劑、鋼丸和涂料。實驗設(shè)備則主要包括Q326A型履帶式噴砂機(jī)、自動磷化線、GT-7004-L鹽水噴霧試驗機(jī)、KGZ-1A鏡向光澤度儀、TT260覆層測厚儀、QCJ漆膜沖擊器、刀片、尺以及膠帶等。

2.2 涂裝前處理工藝

鐵板脫脂處理→將鐵板與鋼板粘貼→置入噴砂機(jī)噴砂處理→鋼板脫脂處理→置入噴砂機(jī)→鋼丸噴砂處理→吹凈殘留碎屑→噴涂涂料。

值得注意的是，此環(huán)節(jié)一定要在30min內(nèi)完成，如不采用此方法進(jìn)行噴涂涂料處理，可進(jìn)入自動磷化線，進(jìn)入之后，試樣噴涂涂料工作務(wù)必在8h內(nèi)完成。

2.3 涂層性能檢測

針對于涂層性能的檢測主要分為四部分內(nèi)容，即光澤、抗彎曲性、抗沖擊性以及中性鹽霧試驗。鋼板光澤的檢測依照GB/T 9754-2007，鐵板抗彎曲性檢測依照GB/T 6742-2007，鐵板抗沖擊性的檢測依照GB/T 1732-1993，中性鹽霧試驗依照GB/T 1771-2007，主要是對鋼板以及鐵路專用各種彈性元件的產(chǎn)品。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同處理工藝對光澤的影響

對涂層外觀性能衡量最重要的一個指標(biāo)就是涂層的光澤，涂層是涂料在一次施涂的狀態(tài)下，在金屬表面形成固態(tài)的連續(xù)膜，對金屬表面起到防護(hù)、絕緣以及裝飾等目的。對于金屬表面進(jìn)行處理分為磷化、噴砂和先噴砂再磷化三種工藝，需要注意的是，并不是任何處理工藝下的涂層光澤均相同，而是根據(jù)不同的處理工藝，涂層的光澤也是千差萬別。根據(jù)相關(guān)實驗表明，在先噴砂再磷化的處理工藝下，金屬表面的光澤程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于經(jīng)過噴砂處理工藝和磷化處理工藝的金屬表面。如果將英砂石以高速噴射的狀態(tài)將其噴射在金屬的底材上，這時受到英砂石的影響，其外表面會發(fā)生一定的形態(tài)變化，具體表現(xiàn)為底材呈現(xiàn)出粗糙度不同的外表面。經(jīng)過噴砂處理之后，底材表面的粗糙度也越來越大，因此，涂層的光澤度也會大大降低。將經(jīng)過噴砂處理之后的底材，再次經(jīng)過磷化處理之后，我們可以發(fā)現(xiàn)在其表面覆蓋了一層極薄的而又細(xì)致密實的磷化膜，磷化膜使得底材的光澤度增加。

3.2 不同處理工藝對柔韌性的影響

處理工藝的不同對金屬底材的柔韌性也會產(chǎn)生不同程度的影響。彎曲實驗不僅能夠檢測涂層的柔韌性，而且還涉及到金屬底材的其他性能。經(jīng)過實驗，我們得出以下結(jié)論，當(dāng)涂層經(jīng)過磷化處理后，其韌性就會降低，雖然磷化膜呈現(xiàn)堅硬狀態(tài)，同時其耐腐蝕性非常強(qiáng)，正因為如此，導(dǎo)致磷化膜變得異常脆弱。此外，受到磷化處理工藝的作用，降低了金屬底材的耐沖擊性能，在撓曲以及沖擊等其他外力的綜合作用下，即使涂膜表面不存在任何缺陷，但是也會經(jīng)常出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象，經(jīng)過對磷化、噴砂以及噴砂加磷化三種處理工藝的比較，我們最終得出一個結(jié)論：三種工藝中，經(jīng)過噴砂后的涂層，柔韌性是最好的。

3.3 不同處理工藝對抗沖擊性的影響

涂層瞬間變形的能力以及彈性變化就是所謂的抗沖擊性。實驗表明，在三種處理工藝下，按照沖擊性由強(qiáng)到弱依次排列，分別為噴砂、噴砂后再磷化、磷化。噴砂的工作原理是，將高強(qiáng)度的砂粒噴射在金屬的表面上，同時金屬表面為不規(guī)則體現(xiàn)，當(dāng)我們逐漸將更多的砂粒噴射在其表面上時，最終呈現(xiàn)機(jī)械鑲嵌，從而金屬表面以及涂膜的吸附力也大大增加，即使在重錘自由落于涂層上的時候，也很難給涂層帶來損壞。而在經(jīng)過磷化處理后，金屬表面的致密薄膜變得異常脆弱，因此，很容易造成涂層損壞。

3.4 不同處理工藝對耐中性鹽霧性的影響

鹽霧試驗是對金屬表面的耐腐性進(jìn)行測驗的一種以模擬環(huán)境為主的試驗，由人工借助相關(guān)的鹽霧試驗儀器來實現(xiàn)。我們將三種處理工藝下的鹽霧性能用表1表示：

表1 三種處理工藝對耐中性鹽霧性的影響

以上是在經(jīng)過542h的試驗得出的結(jié)果，由此我們可以看出，在三種處理工藝下，金屬板面均沒有出現(xiàn)起泡和生銹的狀況，只是在劃痕銹蝕方面存在著較大的差異，在磷化處理工藝下，劃痕的銹蝕擴(kuò)散小于0.5mm；在先經(jīng)過噴砂再進(jìn)行磷化的處理工藝下，此工藝下劃痕的銹蝕擴(kuò)散在2mm以內(nèi)；在噴砂處理工藝下，此時的劃痕的銹蝕擴(kuò)散非常明顯，達(dá)到了2～4mm。通過實驗，我們可以得出以下結(jié)論：在三種處理工藝下，樣板的鹽霧性最好的是磷化處理工藝，這主要是因為，樣板在經(jīng)過磷化處理后，底材的表面形成了一層均勻的、致密的薄膜，因此，板材的吸附力不僅得以增強(qiáng)，同時還增強(qiáng)了其滲透力，而水以及氧的透過率卻大大降低，因此，底材的抗腐蝕能力得以增強(qiáng)。導(dǎo)致噴砂處理工藝下，鹽霧性能最差的原因是，當(dāng)?shù)撞慕?jīng)過噴砂處理后，會增加其表面的粗糙度，而表面粗糙決定了涂料不能很好地滲入到底材中或者底材表面且不能被涂料完全覆蓋，在此作用下，極易出現(xiàn)包裹空氣的情況，從而形成缺陷，最終導(dǎo)致底材抗腐蝕性能大幅度降低。此外，我們對先經(jīng)過噴砂再進(jìn)行磷化的處理工藝在噴砂時間和石英砂粒對鹽霧性的影響做了進(jìn)一步的實驗，表2是本次試驗的結(jié)果：

表2 不同工藝條件對耐中性鹽霧性的影響

通過表2可以看出：當(dāng)石英砂粒的規(guī)格為0.6～0.8mm時，先經(jīng)過噴砂再進(jìn)行磷化處理工藝對于耐中性鹽霧性沒有明顯的影響，而且噴砂時間對其的影響也并不明顯。造成這種現(xiàn)狀的原因就是試板在經(jīng)過噴砂處理后，再進(jìn)行磷化處理，磷化液就會在其表面形成一種本身固有的晶體物質(zhì)，即使在噴砂時間不同以及噴砂粒徑不同的情況下，都會在將粗糙的底材表面予以填平，因此，在噴砂時間不同以及噴砂粒徑不同的情況下，對于涂層中性鹽霧性試驗的影響也就非常小。

4 不同處理工藝對彈性元件產(chǎn)品中性鹽霧試驗的影響

涂料的常規(guī)性能會受到處理工藝的影響而發(fā)生變化，我們采用通用墊板、球鉸以及減震器進(jìn)行試驗，上述三種產(chǎn)品均經(jīng)過噴砂或者磷化工藝進(jìn)行處理。通過試驗表明，減震器在未經(jīng)過磷化處理下，其表面已經(jīng)全部生銹，而減震器在經(jīng)過磷化處理工藝之后，其表面只出現(xiàn)了少量的腐蝕物以及紅銹，這說明了經(jīng)過磷化處理后的減震器，其鹽霧性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)過磷化處理的減震器。經(jīng)過中性鹽霧試驗后，球鉸在未經(jīng)過磷化處理工藝下，其表面有氣泡產(chǎn)生，并且其表面以及軸孔位置均出現(xiàn)了少量的紅銹；球鉸在未經(jīng)過磷化處理工藝下，只是在球鉸的軸孔位置出現(xiàn)了少量的紅銹，其表面并沒有出現(xiàn)較為明顯的腐蝕。這說明經(jīng)過磷化處理后的球鉸，其鹽霧性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)過磷化處理的球鉸。經(jīng)過中性鹽霧試驗后，通用墊板在未經(jīng)過磷化處理工藝下，其表面幾乎全部被紅銹覆蓋，當(dāng)通用墊板經(jīng)過磷化處理工藝后，在其表面上只附著了少量的紅銹，這說明經(jīng)過磷化處理后的通用墊板，其鹽霧性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)過磷化處理的通用墊板。根據(jù)上述三種產(chǎn)品的鹽霧性的比較，我們可以得到以下結(jié)論：當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過磷化除磷后，其鹽霧性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)過磷化處理的同類產(chǎn)品，本結(jié)論的得出與前面提到的中性鹽霧試驗結(jié)果保持一致。

5 結(jié)語

綜上所述，在實際的工作中，我們需要采用一些處理工藝對產(chǎn)品進(jìn)行處理，保證其涂層光澤、抗彎曲性、抗沖擊性以及耐鹽霧性等達(dá)到最佳狀態(tài)，符合出廠要求，以此保證產(chǎn)品質(zhì)量。通過前文對三種處理工藝的分析，我們不難看出，保證產(chǎn)品綜合性能達(dá)到最佳的處理工藝就是先經(jīng)過噴砂再進(jìn)行磷化的處理工藝。但是，并不是所有的產(chǎn)品都可以采用這種方法，在實際的生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品規(guī)格或者形狀的不同以及客戶的需求，有時可能會選擇拋光、打磨以及其他的處理工藝，這就要求相關(guān)人員在生產(chǎn)的過程中對處理工藝進(jìn)行靈活運(yùn)用。

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作者簡介：游婉娜（1981-），女，廣東人，廣東省新會電器廠有限公司機(jī)械工程師，研究方向：成套配電設(shè)備機(jī)械設(shè)計。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）