拋丸頻率、粗糙度對(duì)不同涂裝體系耐候性的影響研究

張進(jìn)坡 （凱傲（濟(jì)南）叉車有限公司，山東濟(jì)南 250104）

0 引言

在國(guó)內(nèi)工程機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益嚴(yán)峻的形勢(shì)下，為降低成本、提高盈利空間，作為成本投入大戶的涂裝環(huán)節(jié)，選擇合理的工藝參數(shù)及涂裝體系，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本已是大勢(shì)所趨。以國(guó)內(nèi)某大型工程機(jī)械主機(jī)廠新建涂裝線選擇合理拋丸參數(shù)及涂裝體系為例，著重探討不同分段拋丸頻率及各自對(duì)應(yīng)的粗糙度數(shù)據(jù)，對(duì)噴粉、噴漆兩種涂裝體系耐候性的影響，并以此作為拋丸參數(shù)、涂裝體系的選擇依據(jù)。

1 背景描述及研究方法

背景：

圖1 研究方法Figure 1 Research method

（1） 拋丸設(shè)備新制作、安裝，并投入使用，無法確定使用頻率，通過研究確定性價(jià)比最高的頻率參數(shù)；

（2） 前期階段設(shè)備滿頻率工作，電能、拋丸砂消耗量較大，涂料使用量也較大，通過研究減少生產(chǎn)輔料費(fèi)用；

（3） 線體設(shè)計(jì)初期，工件拋丸后粗糙度Rz 值只有上限，沒有下限要求，通過研究確定Rz 下限值。

研究方法見圖1。

2 研究過程

2.1 樣板制作

為使研究更加貼合現(xiàn)場(chǎng)工藝的實(shí)際狀況，決定沿用現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品用料制作樣板，通過三維軟件設(shè)計(jì)樣板尺寸：L×W×T=150 mm×75 mm×5 mm。

依據(jù)拋丸機(jī)頻率范圍（28~50 Hz），將試驗(yàn)階梯劃分為28 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz，以及無拋丸（是否有電泳工藝2 個(gè)試驗(yàn)），共2 種涂裝體系，14 組試驗(yàn)（表1）。

表1 試驗(yàn)組別Table 1 Test groups

圖2 機(jī)械性能檢測(cè)數(shù)據(jù)Figure 2 Mechanical properties test data

2.2 樣板噴涂

按照表1 組別，經(jīng)過相同的主要工藝流程：通過式拋丸→預(yù)脫脂→脫脂→表調(diào)→磷化→電泳→噴粉/噴漆，在相同的生產(chǎn)線及生產(chǎn)條件下，分別完成各組樣板的噴涂工作。

電泳烘烤條件（需電泳樣板）：180~220 ℃，6.9 min 紅外預(yù)熱+37.5 min 熱風(fēng)循環(huán)；噴漆樣板烘烤條件：80~100 ℃，30 min 熱風(fēng)循環(huán)；噴粉樣板烘烤條件：180~220 ℃，6.9 min 紅外預(yù)熱+37.5 min 熱風(fēng)循環(huán)。

2.3 分組試驗(yàn)

2.3.1 2 種涂裝體系的機(jī)械性能檢測(cè)

分別對(duì)2 種涂裝體系的機(jī)械性能（復(fù)合膜厚、光澤度、粗糙度、附著力）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖2 和表2。復(fù)合膜厚、光澤度、粗糙度按照“上、中、下”各取樣點(diǎn)2 處，分別測(cè)量3 次，最后數(shù)據(jù)取平均值。附著力測(cè)試：連續(xù)測(cè)試2 塊同組別樣板，附著力等級(jí)如都≤1 級(jí)，則不再對(duì)第3 塊樣板進(jìn)行測(cè)試，即判定為合格；如若2 塊樣板中有1 塊不合格，需要對(duì)第3 塊樣板進(jìn)行附著力測(cè)試，以判定該組別的附著力等級(jí)。

表2 附著力測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Adhesion test data

由圖2 可知，在一定頻率范圍內(nèi)，除粗糙度隨拋丸頻率升高而升高，14 組試驗(yàn)的復(fù)合膜厚、光澤度差別不大。根據(jù)線體設(shè)計(jì)要求，拋丸后粗糙度Rz ≤40 μm，拋丸頻率50 Hz 時(shí)，粗糙度不合格。

綜合分析：

（1） 無論是否采用拋丸或者電泳工藝，在相同烘烤條件下，噴漆及噴粉2 種涂裝體系的樣板附著力均≥1 級(jí)。

（2） 樣板基礎(chǔ)機(jī)械性能檢測(cè)數(shù)據(jù)：平均膜厚115.9 μm，光澤度均值91.9，粗糙度Rz 均值19.7 μm。

2.3.2 2 種涂裝體系的化學(xué)性能檢測(cè)

將所有需要做耐鹽霧試驗(yàn)的樣板用RAL3020 紅色油漆進(jìn)行封邊，待油漆自干后，分別放入耐鹽霧試驗(yàn)箱中，每隔200 h 開箱觀察樣板腐蝕情況，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)判斷；如若同組別2/3（含）以上樣板試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，即判定為合格。

判定標(biāo)準(zhǔn)：耐鹽霧總時(shí)間≥1 000 h，劃線處單線銹蝕≤2 mm，未劃線區(qū)無起泡、生銹、開裂、剝落等現(xiàn)象。此次試驗(yàn)無第三方老化試驗(yàn)，根據(jù)耐鹽霧前后樣板“失光”程度判斷其耐老化性能。耐鹽霧測(cè)試結(jié)果見表3。

2 種涂裝體系的耐鹽霧時(shí)間及綜合合格率數(shù)據(jù)見圖3。

表3 耐鹽霧測(cè)試結(jié)果Table 3 Salt spray resistance test results

續(xù)表3

圖3 耐鹽霧時(shí)間及綜合合格率（噴粉和噴漆體系）Figure 3 Salt spray resistance time and comprehensive pass rate（powder and paint system）

結(jié)合各樣板耐鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)及2 種涂裝體系的綜合合格率數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

（1） 無拋丸工藝或無電泳工藝參與下，樣板耐鹽霧時(shí)間最多只能做到200~400 h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于性能需求；

（2） 無論是噴粉還是噴漆體系，經(jīng)過35~50 Hz拋丸后，耐鹽霧性能都可達(dá)到1 000 h。

鹽霧試驗(yàn)前后的“失光”情況如圖4 所示。整體14 組樣板在45 Hz 拋丸頻率條件下，能夠展現(xiàn)出較好的“保光”現(xiàn)象，可以判定在45 Hz 拋丸頻率下，配合復(fù)合涂層涂覆，能夠模擬并展現(xiàn)出最好的“耐老化”性能，為拋丸工藝參數(shù)制定提供了強(qiáng)有力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

綜上所述：

（1） 在有拋丸及電泳工序參與的涂裝工藝中，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求的粗糙度上限要求，通過最佳耐鹽霧數(shù)據(jù)反饋出在拋丸頻率35~45 Hz 下對(duì)應(yīng)的粗糙度數(shù)據(jù)為：19.75~32.55 μm，故確定拋丸粗糙度Rz 的下限為20 μm，以此作固化后續(xù)的工藝文件，指導(dǎo)質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)跟蹤。

圖4 鹽霧試驗(yàn)前后的光澤度及失光率Figure 4 Gloss and gloss loss before and after salt spray test

（2） 由圖4 可知，對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)頻率段35~45 Hz，對(duì)應(yīng)的“失光”情況呈下降趨勢(shì)，但頻率過大也存在質(zhì)量過剩，并伴隨更大的能源消耗，故暫定拋丸頻率為40 Hz，固化后續(xù)工藝文件指導(dǎo)生產(chǎn)，有效保證拋丸質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（3） 拋丸頻率降低20 %后，減少了20 %的丸料消耗、拋丸灰產(chǎn)量以及危廢處理費(fèi)用，年節(jié)約成本約69 萬元；節(jié)約20 %的電能消耗，年節(jié)約費(fèi)用約2.95 萬元，共計(jì)年節(jié)約71.95 萬元。

3 結(jié)語

拋丸作為整條涂裝線最為基礎(chǔ)和重要的環(huán)節(jié)，工件拋丸后的清理質(zhì)量等級(jí)、表面粗糙度是影響復(fù)合涂層附著力、耐候性等指標(biāo)的關(guān)鍵因素，探索出最佳的拋丸工藝參數(shù)，既能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，亦能防止質(zhì)量不足或過剩帶來的負(fù)面效應(yīng)，更能在保證產(chǎn)品優(yōu)良競(jìng)爭(zhēng)力的條件下，為企業(yè)在低利潤(rùn)空間競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。希望本研究的初級(jí)成果，能作為同行選擇相應(yīng)涂裝體系、制定拋丸環(huán)節(jié)工藝參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持（備注：本次試驗(yàn)僅針對(duì)某工程機(jī)械公司生產(chǎn)線條件下，同批次試驗(yàn)樣板檢測(cè)數(shù)據(jù)，可能存在試驗(yàn)偶然性，不作為其他依據(jù)。）。