彩涂高耐久產(chǎn)品表面麻點(diǎn)缺陷原因分析及其對涂層性能影響研究

湯曉東，錢婷婷，馬新榮，朱彰榮，吳銀義

(1.馬鋼股份公司冷軋總廠；2. 馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243041)

彩涂板是一種在鍍鋅、鍍鋁鋅、鍍鋅鋁鎂、冷軋基材表面涂覆聚酯、硅改、高耐久、聚偏氟乙烯樹脂等不同種類涂料后，經(jīng)烘烤固化得到的一種鐵基高附加值產(chǎn)品。彩涂板作為冶金和化工行業(yè)相結(jié)合的重要產(chǎn)品，無論是美觀功能的發(fā)揮還是服役性能的要求，表面質(zhì)量都尤為關(guān)鍵，若控制不好，生產(chǎn)中極易出現(xiàn)氣泡、縮孔、爆孔、針眼等麻面缺陷[1]-[3]。

本文針對某鋼廠彩涂線生產(chǎn)的某批次建筑用高耐久灰色彩涂產(chǎn)品，常規(guī)工藝條件下涂層上表面出現(xiàn)麻點(diǎn)類缺陷，針對該缺陷，利用掃描電鏡、能譜儀對其進(jìn)行分析，研究了該缺陷產(chǎn)生原因并提出解決對策，同時對其耐蝕性能進(jìn)行研究，為同類彩涂板麻面類缺陷的研究提供了技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷的灰色高耐久鍍鋁鋅建筑彩涂板，正面涂層厚度為25 μm，厚度0.65 mm，雙面鋅層重量100 g/m2。

1.2 微觀形貌及能譜分析

采用放大鏡對不同線速(80 m/min、75 m/min、60 m/min)下板面缺陷部位的微觀形貌進(jìn)行觀察。進(jìn)一步地，選擇線速為80 m/min時的麻點(diǎn)缺陷，利用能譜儀對麻點(diǎn)缺陷凸起部位以及正常部位的成分進(jìn)行分析。

1.3 鹽霧實(shí)驗(yàn)分析

1.3.1 實(shí)驗(yàn)材料

表1 實(shí)驗(yàn)材料屬性

1.3.2 耐中性鹽霧試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案：樣板的處理包括：封邊+平板、封邊+劃叉。中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的溫度保持在(35±2)℃，氯化鈉溶液的濃度為(50±5)g/L，每80cm2水平面內(nèi)，每小時收集的降霧量平均為(1.0-2.0)ml之間。

實(shí)驗(yàn)周期：500小時；實(shí)驗(yàn)過程中，定期對樣板進(jìn)行觀察，記錄涂層起泡、破壞處腐蝕等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：鹽霧實(shí)驗(yàn)箱。

1.4 耐酸堿性能測試

將四周及背面封邊試樣在5%的硫酸溶液和5%的氫氧化鈉溶液中浸泡，觀察樣板表面起泡、開裂等情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌及EDS能譜分析

2.1.1 微觀形貌

采用放大鏡對不同線速(80 m/min、75 m/min、60 m/min)下板面缺陷部位的微觀形貌進(jìn)行分析，如圖1所示，麻點(diǎn)缺陷形貌基本類似，均呈氣泡形狀，但是單位面積內(nèi)數(shù)量以及孔徑不一。線速度為60 m/min時無麻點(diǎn)缺陷。從圖中可知，產(chǎn)線工藝速度的降低對氣泡的密度有所改善。

2.1.2 EDS能譜分析

進(jìn)一步地，選擇線速為80 m/min時的麻點(diǎn)缺陷，利用能譜儀對麻點(diǎn)缺陷凸起部位以及正常部位的成分進(jìn)行分析，如圖2-圖4所示。

圖1 不同線速麻點(diǎn)缺陷微觀形貌(放大鏡)

通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，麻點(diǎn)缺陷部位的成分主要是碳、氧、鈦和硅元素，麻點(diǎn)缺陷其他部位和板面正常部位的成分一致，均含有碳、氧、鈦和硅，但是含量差別很大。缺陷部位鈦含量較高，高達(dá)25.39%，硅含量僅為0.30%，而正常部位鈦含量達(dá)9.09%，硅含量相比顆粒部位有大幅上升，為1.12%。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，缺陷處富鈦元素，但硅元素較少。

圖2 麻點(diǎn)缺陷及周圍部位能譜分析

圖3 麻點(diǎn)缺陷部位能譜

圖4 正常部位能譜

2.2 鹽霧3000小時對涂層性能的影響

根據(jù)GB/T 12754的規(guī)定，結(jié)合從上述鹽霧結(jié)果看，60 m/min的結(jié)果與75 m/min和80 m/min有麻點(diǎn)缺陷的板面情況基本一致。因此，從鹽霧加速試驗(yàn)的方法評估其耐蝕性的角度，本文描述的缺陷對產(chǎn)品的耐蝕性并無影響。

表5 鹽霧試驗(yàn)圖片

2.3 酸堿浸泡對涂層性能的影響

實(shí)驗(yàn)過程中，定期對樣板進(jìn)行觀察，記錄涂層起泡、裸邊腐蝕等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)GB/T1766 中的0 級要求，在5%的硫酸溶液和5%的氫氧化鈉溶液中浸泡24小時的三個線速度下樣品涂層正面表面無起泡、開裂，色差、光澤度變化，都滿足耐酸堿準(zhǔn)標(biāo)要求。延長試驗(yàn)時間至600小時，發(fā)現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷的耐酸性能有差異，在800小時，耐堿性出現(xiàn)異常，麻點(diǎn)部位有微泡現(xiàn)象。

圖6 600小時耐硫酸

圖7 800小時耐氫氧化鈉

根據(jù)上述結(jié)果分析，麻點(diǎn)缺陷部位屬于正常涂層，涂層致密度也是完好的，只是麻點(diǎn)處的鈦白粉聚集，鈦白粉的耐酸堿性能不如樹脂，因此，會出現(xiàn)起微泡的現(xiàn)象。

2.2 缺陷產(chǎn)生原因及改善措施

2.2.1 缺陷產(chǎn)生原因

從SEM和EDS檢測結(jié)果顯示異常元素為Ti。為分析Ti的來源，線上單涂底漆，未見上述缺陷。因此，推斷該缺陷產(chǎn)生原因?yàn)槊嫫醿?nèi)的鈦白粉分散不均，與稀釋劑匹配不良，涂覆過程產(chǎn)生氣泡。

同時，某鋼彩涂機(jī)使用三輥逆涂涂布，涂覆輥和帶料輥均高速同方向轉(zhuǎn)動，涂覆輥和帶料輥相對速度很大。如產(chǎn)線線速是100 m/min時，切點(diǎn)處的相對速度達(dá)到245 m/min-280 m/min。相比其它廠家的兩輥逆涂和三輥低速涂布方式，同樣線速下切點(diǎn)處相對速度在60 m/min-100 m/min。因此初步判斷在高剪切力作用下，涂料流平性能下降，從而產(chǎn)生高線速下板面麻點(diǎn)缺陷，降低線速后，流平時間延長，缺陷改善[4]-[6]。

2.2.2 改善措施

為了保證涂層表面質(zhì)量，控制涂料的流平性，進(jìn)行稀釋劑數(shù)量及種類的調(diào)整。流平實(shí)際就是表面張力均化的過程，若涂料分散性不好，涂層固化過程會逐漸形成氣泡炸裂后產(chǎn)生麻點(diǎn)等缺陷。某鋼彩涂產(chǎn)線的烘干固化是五段式爐溫，高低沸點(diǎn)溶劑的揮發(fā)梯度設(shè)置需要適應(yīng)產(chǎn)線的工藝窗口。因此，通過線下調(diào)整涂料配方內(nèi)的溶劑組成比例，再次上線后基本解決了表面橘皮及縮孔問題，具體調(diào)整結(jié)果見表2。

表2 灰色系產(chǎn)品的溶劑成分調(diào)整前后對比

3 結(jié)語

彩涂的表面質(zhì)量和理化性能是考核產(chǎn)品合格的兩大方面，而此類麻點(diǎn)缺陷在產(chǎn)線較為常見，但是其產(chǎn)生的原因不盡相同。本文所述缺陷的原因主要是面漆鈦白粉的分散性不好，與稀釋劑不匹配，導(dǎo)致鈦白粉顆粒聚集；另外，產(chǎn)品對不同產(chǎn)線的工藝適應(yīng)性有局限，針對具體產(chǎn)線工藝需要進(jìn)行摸索后固化。結(jié)合GB/T 12754的規(guī)定，麻點(diǎn)缺陷與正常板面除表觀上有不同外，耐中性鹽霧及酸堿性能滿足產(chǎn)品的使用要求，但從延長酸堿試驗(yàn)時長來看，由于麻點(diǎn)處的鈦白粉聚集鈦白粉的耐酸堿性能不如樹脂，因此，會出現(xiàn)起微泡的現(xiàn)象。綜上，良好的板面需要涂料以及工藝的相互配合適應(yīng)。