轨道客车钢铁制件喷涂前 处理工艺初探

轨道客车钢铁制件喷涂前 处理工艺初探

张汝鹏

中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062

摘要：本文以轨道客车钢铁制件喷涂前处理工艺为切入点，简述了不同钢铁制件前处理工艺对涂装质量的影响。同时，也简述了静电喷塑的前处理工艺。

关键词：喷涂；前处理；静电喷涂

在轨道交通装备制造行业，不论喷漆还是喷塑过程，为了增强表面附着力，都要进行科学、合理的前处理。本文将围绕油漆喷涂与静电喷涂前处理工艺，分别进行探讨。

1钢铁喷涂前处理工艺

钢铁件在喷涂前，为增强漆膜与金属基体间的附着力、耐腐蚀性，必须进行除油、酸洗、表调、磷化等化学处理，统称为喷涂前处理，其工艺流程如下：

化学除油→热水洗→酸洗→水洗→表调→磷化→水洗→热水洗→干燥→检验

1.1前处理工艺注意事项

1.1.1冷轧无锈钢板不需酸洗

钢铁制件的主要化学成分是铁、碳合金，在酸洗过程中，其在酸溶液中发生如下置换反应：

反应结果是钢铁制件表面的铁原子不断溶解，而碳只是充当反应电极，不与酸发生反应，导致工件表面结构不均匀，使生成的磷化膜粗糙多孔且耐腐蚀性差；而热板或有锈钢板在酸洗过程中分别是表层氧化皮或铁锈溶于酸，铁原子被包覆着几乎未发生反应，因此对工件的后续磷化影响不大。这一点在生产制造过程中应引起注意。

1.1.2磷化后工件的干燥方法

磷化后工件的干燥方法有自然晾干与烘干2种，尽量采用自然晾干。

从 点滴试验中发现，自然晾干后磷化膜的耐腐蚀性明显高于烘干后磷化膜的耐腐蚀性。因为当工件离开磷化液主体溶液后，从磷化液中带出的液膜完全隔断了磷化液中 的补充和 向主体溶液中的扩散，而空气中的氧又很容易进入到工件的液膜中去， 不断地被消耗，生成的 不断地被蒸发。在自然晾干的过程中，随着金属界面液膜PH的升高， 浓度逐渐增大，微阳极区由于铁的溶解而生成的 大部分被转化成非晶态的混合磷酸盐 ，进入到磷化膜中，起到封闭磷化膜的作用。上述现象说明，工件从离开磷化液到自然晾干，金属界面液膜中的各种金属离子进行了一个复杂的界面过程。从交换重整、平衡、结晶水的离解到最终的磷化成膜，这一过程需要24h以上。磷化膜的耐腐蚀性也随着晾干时间的延长而增强。但是磷化膜应在干燥的环境中自然晾干，否则磷化膜表面会出现落灰、泛黄的现象。因此，工件磷化后，尽量在洁净、干燥的环境中自然晾干24h，这样喷涂效果较好，但不宜超过48h，以防磷化膜裸露在空气中而降低其耐腐蚀性。另外，自然晾干比烘干节约能源。若为自动生产线，磷化后必须烘干的工件，应注意烘干温度不宜过高，否则磷化膜耐蚀性降低较多。

1.1.3磷化前表面调整的必要性

要保证获得具有一定厚度且均匀致密的磷化膜，必须具备以下条件：⑴成膜速率必须快；⑵成膜时晶核生成速率必须大于晶核成长速率。表调剂又称晶核调整剂，其主要成分为磷酸钛盐，可使金属表面的晶核数量增加，从而获得致密的磷化膜。此外，表面调整液一般为弱碱性溶液，对酸洗过的工件表面残存的酸有一定的中和作用。因此，表调在钢铁件磷化前尤为重要，尤其是热板或有锈钢板。

1.1.4促进剂机理及添加原则

常温或低温磷化由于温度低，反应速率慢，因此磷化时需添加促进剂。促进剂还有2个作用：⑴使磷化反应生成的氢被氧化成水，避免氢脆的产生；⑵使 氧化成 沉淀到槽底形成沉渣，便于清除。促进剂的主要成分为 ，其用量低时，磷化膜形成的速率太慢；若用量过多，则生成大量的沉渣，加剧磷化液的消耗，需频繁清理设备；且 在酸性溶液中易分解，因此使用时应勤加少加，其含量用氨基磺酸来测定。促进剂浓度应控制在一定范围内，建议常温磷化控制点数为3～6Pt；中温磷化控制点数为1.0～2.5Pt。

1.1.5磷化槽液调整

高、中、低温磷化对总酸度、游离酸度的要求各不相同。技术标准一般只规定总酸度、游离酸度的范围，却未提及酸比。实际上，酸比控制比总酸度、游离酸度控制更重要。初配槽或清理槽底沉渣后，由于溶液中 浓度低，反应速率慢，可使总酸度、游离酸度大于等于规定的上限，只要控制酸比在15～20，磷化效果反而更好。这时如果加水或中和剂来降低总酸度、游离酸度至工艺要求范围，磷化效果反而不好，并且尽量不要使用中和剂。

1.2户外有缝隙产品喷涂前处理应注意的问题

对于车外部件来说，由于其使用工况较差，因此要求比车内部件苛刻。对于经过焊接、铆接及折弯等工序的部件，建议不进行化学处理。因为部件经过上述加工后不可避免的存在焊接、铆接、折弯等产生的缝隙，在化学处理过程中，这些缝隙中不可避免的有酸、碱、盐等电解质溶液渗入。即使部件在喷涂前经过烘干，也只是电解质溶液中的水分被蒸发，电解质在这些缝隙中结晶后仍吸附于部件上，在车外潮湿或雨水环境下，附着缝隙中的电解质又会形成电解质溶液，发生如下原电池反应：

该反应导致部件从上述缝隙开始腐蚀。并且这类部件在后续静电喷塑固化过程中，缝隙中仍存在的少量电解质溶液经高温烘烤流出，流挂于漆膜表面，影响部件外观质量。因此，对车外部件的表面处理工艺一般是“有机除油→喷砂→喷涂”。需要注意的是，部件喷砂后24h内必须喷涂，且喷涂前必须保存在干燥、无腐蚀性气体的环境中以防生锈。工件喷砂后表面较粗糙，增强了其与涂层间的附着力。因此，喷砂是车外有缝隙产品首选的除锈、除氧化皮的方法。

2钢铁件静电喷塑工艺问题

静电喷塑工艺流程如下：

擦灰→吹灰→非喷防护→静电喷塑→固化→冷却→缺陷修补

2.1静电喷塑工艺注意事项

2.1.1工件厚度决定涂层厚度和固化时间

粉末涂料为热的不良导体，固化时热量传递方式是“涂层→金属”；冷却时，热量传递方式是“金属→涂层”。在工件厚度较大时，涂层散热慢，而工件较厚，涂层与工件的热膨胀系数相差较大，二者膨胀幅度相差悬殊，导致产生较大应力，使二者间的结合力减小，并且漆膜较脆。此种情况下工件固化后不宜快速冷却，应缓慢降温，避免较大应力的产生。适当增加涂层厚度也有助于减小冷却过程中产生的应力。但是增加涂层厚度后，由于涂料为热的不良导体，热量传递速率必然降低，热量从涂层外表面到达涂层内表面需较长时间，涂层内外表面固化不同步现象严重，因此固化时间应适当增加。

2.1.2 复合涂层

工件表面经喷塑、固化、冷却后，可在其外表面罩自干型清漆或面漆，以提高涂层的装饰性并起到修补缺陷的作用。但需注意，在溶剂型涂料表面不可喷涂粉末涂料。原因如下：⑴静电喷塑要求待喷工件有较好的导电性，而喷涂溶剂型涂料后使涂层不导电，工件电阻变大，影响静电喷塑质量；⑵在二者顺序颠倒的情况下，上层喷塑涂层易起泡脱落，因溶剂型涂料即使在干燥或固化后，涂层中仍含有少量溶剂，在上层粉末涂料受热固化过程中，下涂层中残存的溶剂抵抗上涂层阻力而挥发逸出，使上涂层起泡脱落。

2.2车外部件在喷涂中应注意的问题

⑴ 车外部件涂层厚度应比车内部件涂层稍厚。因涂层防腐有其局限性，无论多么致密、性能多么特殊的涂层，始终有一个致命的弱点，就是有渗水、渗氧、渗透离子的缺点，而这些缺陷是由涂料材质本身所决定的。车外环境较车内环境苛刻，增加涂层厚度，同时涂层的致密度也增加，其阻挡外界侵蚀的能力增加，延长了其使用寿命。

⑵ 车外部件复合涂层的选择。静电喷塑不可避免的存在工件与挂具接触部位无涂层现象。因此，对车外大型部件可采用喷复合涂层，即底涂层为静电喷塑，常用聚酯粉末涂料；上涂层可用各种防腐清漆。

参考文献：

1.于瀛浩.喷涂前处理工艺及控制[J].表面技术31（2）:59