噴漆鑄鋼件表面銹蝕分析與研究

張瑞，王春英，樊新宇，伊巖

（1.山推機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；2.山推石油化工有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；3.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

噴漆鑄鋼件表面銹蝕分析與研究

張瑞1,*，王春英2，樊新宇3，伊巖3

（1.山推機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；2.山推石油化工有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；3.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

為了解決噴漆后的鑄鋼件和結(jié)構(gòu)件中的鑄鋼件部位在存放過程中表面提早發(fā)生銹蝕的問題，從底材處理、涂料性能、涂裝工藝等方面對銹蝕原因進(jìn)行了全面的分析和研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鑄鋼件表面涂膜厚度達(dá)不到設(shè)計要求是銹蝕的原因。由于鑄鋼件表面較粗糙，而測厚時未能根據(jù)其特點對測厚儀進(jìn)行正確校準(zhǔn)，使測出的漆膜厚度比實際厚度大10 ～ 30 μm。為此，提出了相應(yīng)的解決措施，如加強(qiáng)質(zhì)檢，正確使用測厚儀及增加噴涂遍數(shù)。

鑄鋼件；銹蝕；漆膜厚度；測厚儀校準(zhǔn)

1 前言

底漆是為了工序間的防銹或工件的長期防銹而直接噴涂在工件表面的涂料，它不僅要求具有一定防銹能力，還要求與工件底材具有足夠的附著力。底漆漆膜的質(zhì)量不僅會影響工件在工序間的防銹能力，而且會影響到后續(xù)的膩子施工、面漆噴涂及最終的涂裝外觀質(zhì)量和涂層壽命。

某公司是工程機(jī)械配套廠家，主要為主機(jī)廠家提供各種鑄鋼零件和含有鑄鋼件的結(jié)構(gòu)件。2009年夏天，該公司提供的配套件在存放短期時間內(nèi)便出現(xiàn)大量的局部銹蝕，銹蝕部位主要集中在鑄鋼件或結(jié)構(gòu)件中的鑄鋼件部位。筆者對此問題進(jìn)行了分析，找出了存在的原因，提出了相應(yīng)的解決辦法。

2 鑄鋼件銹蝕情況

涉及工件主要是鑄鋼件或焊有鑄鋼件的結(jié)構(gòu)件，工件的涂裝工藝基本相同，流程都是：除油─屏蔽加工面─拋丸─人工清理─噴漆(底漆)─流平─干燥。除油是為了去除機(jī)械加工過程中使用的切削液等；拋丸采用機(jī)械化自動拋丸；清理采用壓縮空氣人工清理；噴漆為人工高壓無氣噴漆，60 ～ 80 °C烘干，干膜厚度要求40 ～ 60 μm。工件在噴完底漆后進(jìn)行周轉(zhuǎn)、裝配，然后進(jìn)行整機(jī)的面漆涂裝。

工件銹蝕狀況如圖 1所示。可以看出，銹蝕是先在極小的范圍出現(xiàn)像麻疹似的銹點，然后逐漸不均勻地向四周擴(kuò)散。銹蝕部位局限在一定范圍，該部位銹蝕不斷加劇，銹跡加深，導(dǎo)致工件無法正常進(jìn)入下道工序。銹蝕發(fā)生的部位集中在鑄鋼件表面或結(jié)構(gòu)件上所焊的鑄鋼件表面。這種銹蝕現(xiàn)象在冬季和春季出現(xiàn)較少，只有周轉(zhuǎn)周期較長(1 ～ 4個月)的工件，在進(jìn)入夏季后其銹蝕逐漸增多，尤其是在比較濕熱的七、八月份，而且僅僅1周左右就開始出現(xiàn)銹點。

圖1 工件銹蝕現(xiàn)場照片F(xiàn)igure 1 Scene photos of rusted workpiece

上述銹蝕的存在，如果不進(jìn)行處理，將會大大影響工件及整機(jī)產(chǎn)品的外觀和使用壽命。為此，企業(yè)不得不在裝配前將這些工件進(jìn)行人工打磨和重新噴漆。由于絕大多數(shù)鑄鋼件表面都不是平面，打磨十分困難，消耗了大量的人工及材料，從而大大影響了生產(chǎn)進(jìn)度，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。而且，與整齊的拋丸處理工藝相比，這種人工處理方式往往是不徹底的，容易存在局部發(fā)生銹蝕的隱患。因此，只有避免工件周轉(zhuǎn)期間乃至較長的時間內(nèi)發(fā)生的銹蝕，才能徹底解決問題。

3 原因分析

鑄鋼工件表面噴漆后發(fā)生銹蝕，說明漆膜下的工件基體材料接觸到了空氣中的水和氧氣，發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。但究竟是什么原因造成了漆膜下的金屬與空氣接觸，需要具體分析。與工件噴漆表面發(fā)生銹蝕相關(guān)的原因可用圖2表示。

圖2 工件銹蝕原因分析Figure 2 Cause analysis of workpiece rusting

3. 1 底材處理質(zhì)量

底材的處理質(zhì)量對漆膜的防銹性能起著決定性的作用，據(jù)英國帝國化學(xué)公司介紹，涂層壽命受表面處理、涂裝施工和涂料本身質(zhì)量 3個方面因素制約，其中表面處理占 60%。只要表面存在銹蝕、鹽粒、油污或水液，導(dǎo)致漆膜不能與涂裝金屬表面緊密結(jié)合，出現(xiàn)氣孔、針孔等漆膜弊病，就會使空氣中的氧、水分很容易穿過涂層而與涂層下的金屬接觸，使得涂層在較短的時間內(nèi)便發(fā)生銹蝕，加快涂層的失效。為此，各企業(yè)都對涂裝前處理質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。采用拋丸進(jìn)行處理的工件，表面的除銹等級要求達(dá)到 Sa2.5以上。

經(jīng)過現(xiàn)場查看，自動拋丸處理設(shè)備的運(yùn)行正常，各項工藝參數(shù)均在規(guī)定范圍之內(nèi)。拋丸處理的質(zhì)量也滿足規(guī)定要求，表面基本上都是灰白色金屬顏色，無殘余銹蝕或氧化皮，無油污、水跡等。因此，可以排除前處理設(shè)備及前處理質(zhì)量問題。

3. 2 涂料防銹性能

涂層的防護(hù)性能與涂料本身具有的防銹性能密切相關(guān)。俗話說，巧婦難為無米之炊。如果沒有好的涂料，要得到好的涂裝質(zhì)量就不可能。涂料的防銹性能和涂料的配方及生產(chǎn)工藝有關(guān)。由于所采用的底漆都是統(tǒng)一規(guī)定的、由同一廠家提供的同一型號涂料，而其他工件比如板材，其表面并沒有出現(xiàn)類似的銹蝕。因此，可以排除涂料本身的問題。

3. 3 噴涂質(zhì)量

3. 3. 1 漆膜厚度達(dá)不到要求通常自然環(huán)境下，氧是金屬腐蝕陰極去極化劑：4e-+ O2+ 2H2O = 4OH-。

涂層下，金屬要發(fā)生銹蝕，其陰極部位必須有足夠的氧透過漆膜。因此，漆膜的透氧率決定銹蝕的速度，即漆膜需有一定的透過性，如透水、透氧等。涂層越厚，則透水率越低。所以重防腐蝕涂料都是厚膜型。對于無缺陷、小孔的完整漆膜，水可以通過漆膜的自由體積的空穴在膜內(nèi)穿行。但是實際的漆膜難免有小孔，這種微觀的缺陷比自由體積的空穴大，使水、氧及其他離子容易透入，如圖3所示。

圖3 涂層細(xì)孔示意圖Figure 3 Schematic diagram of tiny holes in coating

如果漆膜厚度達(dá)不到所必需的臨界厚度，其透水、透氧性就會大大增加，涂層下金屬的銹蝕幾率和速度就大大提高。對現(xiàn)場漆膜厚度的檢查結(jié)果表明，所測各點漆膜厚度均在40 μm以上。但是現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，檢查人員對儀器的校正是在較為光滑的平面上進(jìn)行，而鑄鋼件的拋丸表面則很粗糙。筆者分別用一款國產(chǎn)的和進(jìn)口的測厚儀在平面上校準(zhǔn)后，測量加工平面拋丸后的表面，其讀數(shù)在10 ～ 30 μm不等，在鑄鋼件表面的讀數(shù)范圍更大。這說明按此方法測量，得出的數(shù)據(jù)應(yīng)比漆膜的實際厚度大10 ～ 30 μm，即測量厚度讀數(shù)為40 μm的漆膜，其實際厚度應(yīng)該為10 ～ 30 μm之間，這樣的厚度根本達(dá)不到規(guī)定要求。用同樣的方法測量明顯露底的噴漆表面，讀數(shù)居然也達(dá)到了規(guī)定要求。因此斷定，局部銹蝕的發(fā)生很可能與底漆漆膜實際厚度達(dá)不到規(guī)定要求有關(guān)。

3. 3. 2 存在虛噴

虛噴即干噴現(xiàn)象，由于噴槍離被噴涂表面較遠(yuǎn)，漆霧顆粒到達(dá)工件表面的時間較長，在向工件表面運(yùn)動的過程中，漆霧顆粒中的溶劑過多揮發(fā)，到工件表面時，漆霧成了干顆粒。因此，這些顆粒沒有形成連續(xù)的漆膜，落到工件表面的漆霧顆粒之間沒有溶接在一起，存在空隙。在這種情況下，空氣中的水和氧都很容易通過漆膜到達(dá)工件金屬表面，導(dǎo)致銹蝕的發(fā)生。虛噴漆膜與正常漆膜可用圖4表示。

圖4 虛噴漆膜和正常漆膜對比Figure 4 Comparison between the film obtained by dry spraying and the normal film

3. 4 環(huán)境

環(huán)境是導(dǎo)致噴漆工件表面銹蝕的直接原因。低溫、干燥是理想的存放環(huán)境。但實際生產(chǎn)中不可能都達(dá)到如此條件。進(jìn)入夏季，氣溫升高，雨水增多，濕熱環(huán)境加速了銹蝕的發(fā)生，使得漆膜在冬季和春季的防護(hù)時間較長，而在夏季的防護(hù)時間大大縮短。當(dāng)然，想要漆膜在夏季也具有長時間的防銹性能，可以從涂料及涂層厚度上下功夫，即采用防銹性能更好的涂料或增加涂層的厚度，但是這樣會使成本增加，而且還牽涉到配套性試驗、涂裝工藝等一系列工作。由于并不是所有涂裝工件都在短期內(nèi)出現(xiàn)銹蝕，而現(xiàn)有的存放環(huán)境也無法改變，因此不將環(huán)境作為主要原因考慮。

3. 5 銹蝕原因確認(rèn)

本公司生產(chǎn)的一種結(jié)構(gòu)件，其銹蝕早發(fā)部位和嚴(yán)重部位正好是工件噴漆出現(xiàn)露底及漆膜過薄的部位。說明漆膜厚度達(dá)不到要求是造成工件噴漆表面過早出現(xiàn)銹點的原因。通過現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)噴漆工件表面過早銹蝕部位正好與露底部位吻合，如圖5所示。

圖5 過早銹蝕的部位及其對應(yīng)的露底部位照片F(xiàn)igure 5 Photos of early rusted part and the corresponding exposed part of substrate

將漆膜測厚儀正確校正后測量露底部位的漆膜，其厚度不到15 μm，其他鑄鋼件表面的漆膜厚度也只有20 ～ 30 μm，達(dá)不到工藝要求的厚度。一般而言，要達(dá)到同樣的涂裝效果，拋丸處理的表面比磷化處理的表面要消耗更多的涂料。這是因為拋丸處理的表面粗糙度較大，表面存在大量的小坑，這些小坑都需要涂料來填平。鑄鋼件表面本來就粗糙，拋丸處理并不能改善其表面粗糙度，如果按照正常的板材件噴涂，凹坑處的漆膜厚度可能達(dá)到了要求，但凸出點(如圖6箭頭所指部位)的漆膜厚度卻很薄。實際中，一些鑄鋼件表面的點銹就是從這些漆膜過薄的凸出點產(chǎn)生的。

圖6 粗糙表面漆膜示意圖Figure 6 Schematic diagram of the film on rough surface

4 解決措施

4. 1 加強(qiáng)質(zhì)檢，避免露底和虛噴

加強(qiáng)工藝紀(jì)律檢查和噴涂質(zhì)量控制，工件表面各處漆膜應(yīng)該均勻、連續(xù)。對于由于操作空間或其他原因造成局部位置不易噴涂或容易造成漏噴涂的地方，要加強(qiáng)自檢，并采用小噴槍或刷子等及時修補(bǔ)。

4. 2 正確使用漆膜測厚儀對漆膜厚度進(jìn)行測量

由于不同廠家、不同品牌的儀器在結(jié)構(gòu)、按鍵、校準(zhǔn)等方面各不相同，因此，使用前必須先仔細(xì)閱讀儀器的使用說明書，以免錯誤操作而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的錯誤。

在實際操作中，有很多因素影響漆膜厚度測量數(shù)值。同一工件，即使使用同一臺儀器，不同的操作者測量出來的數(shù)據(jù)也可能存在較大差別。這是因為測量工件的表面狀況存在差異，測量位置不同，結(jié)果就不同。對于不同工件，基體材質(zhì)和厚度對漆膜的厚度測量也有影響。因此，在漆膜厚度測量時，應(yīng)注意以下問題：

(1) 基體金屬的磁性質(zhì)。磁性法測厚受基體金屬磁性變化的影響(在實際應(yīng)用中，低碳鋼磁性的變化可以認(rèn)為是輕微的)，為了避免熱處理和冷加工因素的影響，應(yīng)使用與試件基體金屬具有相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)片對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；亦可用待涂覆試件進(jìn)行校準(zhǔn)。

(2) 基體金屬的電性質(zhì)?；w金屬的電導(dǎo)率對測量有影響，而電導(dǎo)率與材料成分及熱處理方法有關(guān)。故測量漆膜厚度時，應(yīng)使用與試件基體金屬具有相同電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)片對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。

(3) 基體金屬的厚度。每一種儀器都有一個基體金屬的臨界厚度。大于這個厚度，測量就不受基體金屬厚度增加的影響。這就是選擇儀器時關(guān)注最小基體厚度的原因。

(4) 邊緣效應(yīng)。該公司所用儀器對試件表面形狀的陡變敏感，因此，在靠近試件邊緣或內(nèi)轉(zhuǎn)角處進(jìn)行測量，是不可靠的。測量時，應(yīng)選擇遠(yuǎn)離邊緣和內(nèi)轉(zhuǎn)角的部位。這也是選擇儀器時需關(guān)注最小測量面積的原因。

(5) 曲率。試件的曲率對測量有影響。這種影響總是隨著曲率半徑的減少而明顯增大。因此，在彎曲的試件表面上測量，是不可靠的。雖然，在選擇儀器時考慮了最小曲率半徑，但測量時仍要盡可能選擇在平面部位進(jìn)行測量。

(6) 表面粗糙度?；w金屬和覆蓋層的表面粗糙程度對測量有影響。粗糙程度越大，影響就越大。粗糙表面會引起系統(tǒng)誤差和偶然誤差。每次測量時，在不同位置上應(yīng)增加測量的次數(shù)，以克服這種偶然誤差。這一點，很多廠家的儀器使用說明書里都沒有指出。如前所述，筆者用測厚儀在平面上校準(zhǔn)后測量拋丸后的表面，測量出來的數(shù)據(jù)比漆膜的實際厚度大10 ～ 30 μm，即漆膜實際厚度達(dá)不到設(shè)計要求。因此，如果基體金屬粗糙，在測量漆膜厚度前，須在未涂覆的、粗糙度相類似的基體金屬試件上取幾個位置，以此校對儀器零點；或?qū)⒒w金屬放入沒有腐蝕性的溶液中溶解，除去覆蓋層后，再校對儀器的零點。如果漆膜厚度為基材表面粗糙度的5 ～ 6倍，那么可以忽略粗糙度的影響。總之，儀器的校準(zhǔn)必須依據(jù)現(xiàn)場實際被涂工件表面粗糙度進(jìn)行。

(7) 磁場。周圍各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，會嚴(yán)重干擾磁性法測厚工作。使用時，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場環(huán)境。

(8) 附著物質(zhì)。所用儀器對妨礙測頭與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)敏感，因此，必須清除附著物質(zhì)，以保證儀器測頭和被測試件表面直接接觸。

(9) 測頭壓力。測頭置于試件上，對其所施加的壓力大小會影響測量的讀數(shù)。因此，要保持壓力恒定。

(10) 測頭的取向。測頭的放置方式對測量有影響。在測量中，應(yīng)當(dāng)使測頭與試樣表面保持垂直。

4. 3 鑄鋼件表面增加“濕碰濕”噴涂遍數(shù)

由于鑄鋼件表面比較粗糙，在底漆噴涂時，應(yīng)增加噴涂道數(shù)，以確保各點的漆膜厚度都達(dá)到設(shè)計和工藝要求。

5 結(jié)語

漆膜厚度是涂裝質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，直接關(guān)系到涂層防銹的壽命。涂層要起到防銹防護(hù)作用，需達(dá)到一定的臨界厚度。通常實際生產(chǎn)中，漆膜的厚度要超過臨界厚度。當(dāng)然，漆膜的厚薄不僅影響到涂裝生產(chǎn)的材料成本，而且影響到生產(chǎn)效率及人工成本，所以企業(yè)對漆膜不僅有下限要求，而且有上限要求。但是，有的成本是不能省的，如果只顧降低成本和提高效率，反而會適得其反，造成不必要的返工，增加不必要的成本。

漆膜的檢驗和控制是專業(yè)的，不僅須有適合的檢測儀器，而且必須有熟練掌握儀器操作的人員。只有這樣，才能正確和有效地控制漆膜厚度，保證涂裝質(zhì)量。

Analysis and study on rusting on the surface of steel castings after paint spraying //

ZHANG Rui*, WANG Chun-ying, FAN Xin-yu, YI Yan

To solve the problem of early rusting existing on the surface of painted steel castings and steel casting parts assembled in structure units during storage, the reasons for rusting were comprehensively analyzed and studied from aspects of substrate treatment, coating performance and coating process, etc. The results indicated that it is the very reason for early rusting that the thickness of coating on the surface of steel casting is not up to the design requirement. The thickness detector is not adjusted according to the fact that the surface of steel casting is rough during thickness determination. As a result, the thickness determined is greater than the practical thickness by 10-30 μm. Some corresponding solutions were presented, such as strengthening the quality inspection, using the thickness detector correctly, and increasing the number of spray coating cycles.

steel casting; rusting; coating thickness; thickness detector adjustment

Shantui Mechanical Ltd., Jining 272000, China

TQ639; TG174

A

1004 – 227X (2011) 08 – 0066 – 04

2011–03–15

2011–03–25

；張瑞（1977–），男，貴州畢節(jié)人，工程師，從事各種表面處理、涂裝、裝配工藝等技術(shù)工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) shantui_zhangrui@sina.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]