達(dá)克羅技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

巴彬彬，譚勇，安成強(qiáng)

達(dá)克羅技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

巴彬彬，譚勇，安成強(qiáng)

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110519）

達(dá)克羅技術(shù)由于具有良好的耐蝕性、無(wú)氫脆、無(wú)污染等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。主要應(yīng)用于汽車、航海、風(fēng)電等領(lǐng)域。是當(dāng)今國(guó)際金屬表面處理的高新技術(shù)。本文闡述了達(dá)克羅技術(shù)的發(fā)展概況，涂層性能，國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)的發(fā)展方向。通過(guò)達(dá)克羅與無(wú)鉻達(dá)克羅技術(shù)的對(duì)比可以知道，無(wú)鉻達(dá)克羅將代替達(dá)克羅技術(shù)成為未來(lái)的發(fā)展主流。

達(dá)克羅涂層；無(wú)鉻達(dá)克羅；鋅鉻涂層

達(dá)克羅又被稱為鋅鉻涂層，是20世紀(jì)70年代由美國(guó)MCI公司開(kāi)發(fā)的一種金屬表面防腐技術(shù)，在20世紀(jì)90年代初被引入中國(guó)[1]。 主要是將鋅粉、鋁粉、鉻酸鹽以及分散劑，消泡劑等各種溶劑所組成的涂料涂覆于工件表面，經(jīng)燒結(jié)而在工件表面形成膜，以達(dá)到防腐蝕的目的[2]。達(dá)克羅憑借低廉的成本和良好的耐腐蝕性能得到了迅速的推廣，已廣泛應(yīng)用于汽車、航海、風(fēng)電等不同領(lǐng)域，是當(dāng)今社會(huì)最常見(jiàn)的表面防腐技術(shù)之一[3-5]。

1 發(fā)展概況

以往的金屬防腐工藝主要有電鍍鋅，熱浸鍍鋅等，近幾年又有了機(jī)械鍍鋅，但由于傳統(tǒng)的鍍鋅工藝存在污染等問(wèn)題[6]，是除了造紙、印染業(yè)外的又一個(gè)重要的工業(yè)污染源[7]。因此近幾年越來(lái)越多的工廠采用達(dá)克羅技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)工藝。達(dá)克羅技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)了傳統(tǒng)的處理工藝，是一個(gè)完全閉合的過(guò)程，從前處理到最后的成膜，無(wú)需再經(jīng)過(guò)漂洗，同時(shí)不會(huì)造成污染。烘烤時(shí)的排出物主要為蒸汽，也不會(huì)對(duì)人體造成傷害。達(dá)克羅作為一種新型技術(shù)，可以代替污染大，耗能大、易產(chǎn)生氫脆傳統(tǒng)的電鍍鋅、熱鍍鋅技術(shù)，且該涂層的防腐蝕性能比較好[8-9]。達(dá)克羅技術(shù)最初主要應(yīng)用于汽車行業(yè)，近年來(lái)擴(kuò)展到建筑、電力、交通及家電等行業(yè)，而且目前軍事工業(yè)上也有所涉及。隨著中國(guó)制造行業(yè)的高速發(fā)展以及國(guó)家對(duì)于環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，達(dá)克羅技術(shù)大范圍取代原有的金屬防腐工藝[10]。該技術(shù)目前在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用。國(guó)家環(huán)?？偩諿1999]185號(hào)文件將達(dá)克羅技術(shù)作為推廣項(xiàng)目，2002年由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局正式發(fā)布關(guān)于達(dá)克羅的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)正式將其命名為鋅鉻涂層。但是眾所周知，六價(jià)鉻是會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人類產(chǎn)生巨大危害的有毒物質(zhì)，鉻的使用受到越來(lái)越嚴(yán)格的管控[11]。根據(jù)《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》中的有關(guān)規(guī)定，我國(guó)境內(nèi)所銷售的所有電子產(chǎn)品均不得含有鉛，鎘、及六價(jià)鉻等物質(zhì)[12]另外按照國(guó)家廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)，Cr離子的含量不應(yīng)該高于每升0.5 mg，由此可見(jiàn)，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始明令限制六價(jià)鉻的使用。但在達(dá)克羅的處理過(guò)程中，處理液中還是會(huì)有少量的三價(jià)鉻被轉(zhuǎn)化成為六價(jià)鉻，進(jìn)而產(chǎn)生污染。因此，尋找不含有對(duì)環(huán)境有害的六價(jià)鉻的達(dá)克羅是未來(lái)需要努力的目標(biāo)。

2 耐腐蝕機(jī)理與達(dá)克羅的工藝流程

2.1 耐腐蝕機(jī)理

達(dá)克羅涂層是將片狀鋅粉，鋁粉，鉻酸以及去離子水混合而形成的水溶性涂液，在工件表面進(jìn)行涂覆后再經(jīng)過(guò)預(yù)熱固化等方式將Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr3+形成骨架結(jié)構(gòu)后與片狀金屬粉緊密相連。Cr6+的還原產(chǎn)物與工件表面的鋅片和鋁片相互結(jié)合后形成了致密的保護(hù)膜[13]。有效的防止了腐蝕介質(zhì)的通過(guò)，最終達(dá)到了保護(hù)機(jī)體的目的。

達(dá)克羅膜層主要從以下幾個(gè)方面對(duì)鋼鐵基體進(jìn)行保護(hù)：

（1）屏蔽作用：層層重疊的鋅和鋁在基體與腐蝕介質(zhì)之間形成了障礙，阻礙了水、氧等到達(dá)基體，能起到一種隔離和屏蔽的作用。

（2）鈍化作用：在處理過(guò)程中，鋅，鋁粉與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成了對(duì)應(yīng)的氧化物，氧化物積附在基體表面，增大了電阻，減緩了反應(yīng)[14]。

（3）電化學(xué)保護(hù)作用：由于鋅，鋁比鐵更容易更易失去電子，因此在有腐蝕介質(zhì)侵入時(shí)，鋅，鋁作為犧牲陽(yáng)極對(duì)基體提供陰極保護(hù)[15]。

2.2 工藝流程

脫脂→除銹(拋丸)→涂覆→預(yù)熱→燒結(jié)→冷卻→涂覆→預(yù)熱→燒結(jié)（30 min，300 ℃）→冷卻→成品[16]。

3 達(dá)克羅涂層性能特點(diǎn)

3.1 優(yōu)勢(shì)

①耐腐蝕性高

由于其優(yōu)良的電化學(xué)保護(hù)作用以及屏蔽作用，同等條件，同等時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗(yàn)，達(dá)克羅涂層抗鹽霧能力是同等涂層電鍍鋅抗腐蝕能力的10倍。

②無(wú)氫脆

氫脆是傳統(tǒng)電鍍防腐工藝中常出現(xiàn)的問(wèn)題。但由于在達(dá)克羅工作過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行酸洗，以及燒烤固化，因此排除氫離子侵蝕鋼鐵基體，故不會(huì)有氫脆的產(chǎn)生[17]。這一點(diǎn)尤其在高強(qiáng)度零部件上體現(xiàn)的更加明顯。

③滲透性良好

由于達(dá)克羅處理液呈水溶性，因此即便是零件的形狀較為復(fù)雜，也都能夠浸上涂料，燒結(jié)后能夠形成比較完整均勻的達(dá)克羅涂層[18]。不會(huì)產(chǎn)生由于電鍍過(guò)程中均鍍能力和深鍍能力不好[19]，導(dǎo)致性能下降的問(wèn)題。

④與涂料結(jié)合良好

由于表面具有一定的粗糙度，和各類涂料適應(yīng)性良好，因此 表面可以進(jìn)行各種涂料的刷涂而達(dá)到著色、裝飾以及抗酸堿腐蝕的效果[20]。

⑤環(huán)保性好

相對(duì)于傳統(tǒng)電鍍技術(shù)，達(dá)克羅技術(shù)在整個(gè)工藝中，沒(méi)有酸、堿等嚴(yán)重污染物的排放，擁有更良好的環(huán)保性。尤其是不含有Cr6+，使環(huán)保性大大提高。

3.2 不足

盡管達(dá)克羅技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾多，但它本身的不足也不容忽略。

①Cr6+是不容忽視的問(wèn)題。達(dá)克羅涂液中含有鋁粉劑，潤(rùn)滑劑，分散劑，鉻酸及其他助劑。其中鉻酸（Cr6+）有強(qiáng)烈的致癌性,嚴(yán)重污染環(huán)境以及傷害人體健康[21]。各個(gè)國(guó)家已經(jīng)明令限制其使用。隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，尋找Cr6+的替代物已經(jīng)成為達(dá)克羅技術(shù)亟需解決的問(wèn)題。

②片狀A(yù)l粉，Zn粉的制備。雖然我國(guó)已有生產(chǎn)片狀A(yù)l粉，但在性能上差異較大。

③表面硬度不高且耐磨性不是很好，因此限制了使用范圍。

③能耗較大，由于涂層燒結(jié)溫度較高，需要消耗大量的能源，因此在生產(chǎn)成本上需要考慮。

3.3 達(dá)克羅未來(lái)的發(fā)展方向

由于達(dá)克羅技術(shù)中所存在的種種不足，尤其是六價(jià)鉻對(duì)于人體的傷害，因此未來(lái)該技術(shù)應(yīng)更傾向于制備無(wú)鉻達(dá)克羅。

無(wú)鉻達(dá)克羅涂層的原理是采用鉻的替代物作粘結(jié)劑，在涂覆成膜后達(dá)到和達(dá)克羅同樣優(yōu)異的防腐性能，涂層中卻完全不含有Cr3+和Cr6+，做到真正意義上的綠色處理[22]。無(wú)鉻鋅鋁涂層中由于不含有有機(jī)溶劑，有毒金屬（如鎳，鉛、鎘和汞）以及Cr3+和Cr6+，符合世界各國(guó)對(duì)于環(huán)保的要求，也滿足了世界各國(guó)汽車制造廠商的標(biāo)準(zhǔn)要求。是表面處理的新概念[23]。

研發(fā)具有更高耐蝕性的涂層也將是一個(gè)發(fā)展方向。達(dá)克羅在外界沖擊情況下容易出現(xiàn)脫落等影響耐蝕性的情況，因此如何提高提高耐蝕性也是發(fā)展的一個(gè)方向。

4 國(guó)內(nèi)外無(wú)鉻鋅鋁涂層的研究現(xiàn)狀

歐盟于2007年全面廢止六價(jià)鉻的使用，之前，已經(jīng)有公司研發(fā)出低價(jià)鉻的達(dá)克羅產(chǎn)品，目前達(dá)克羅的研究主要有：

1997年美國(guó)金屬涂層國(guó)際公司研究開(kāi)發(fā)出“水性無(wú)鉻有機(jī)硅鋅鋁涂料與涂裝技術(shù)”（交美特技術(shù)）[13]交美特是美國(guó)金屬涂層國(guó)際公司為滿足政府VOC法規(guī)定和汽車行業(yè)規(guī)定的環(huán)保要求而開(kāi)發(fā)的表面處理新技術(shù)，由于交美特涂層中不含有鉻，因此汽車制造業(yè)已經(jīng)首先認(rèn)可并開(kāi)始利用該技術(shù)[24]。

國(guó)外無(wú)鉻的另外一種常見(jiàn)體系為溶劑型體系，如德國(guó)的德?tīng)柨ㄏ盗挟a(chǎn)品[20]。 將美國(guó)交美特系列產(chǎn)品與德國(guó)德卡爾系列產(chǎn)品進(jìn)行比較之后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，交美特涂層的底涂與面涂均為水性涂料，得到了國(guó)際大部分主流汽車廠家的認(rèn)可，而德國(guó)無(wú)鉻技術(shù)系列雖然底涂為水性涂料，但面涂仍為有機(jī)溶劑型涂料。因此只是被部分廠商認(rèn)可。

在國(guó)內(nèi)無(wú)鉻達(dá)克羅的研究起步比較晚，并且受到人員和資金的限制，因此該技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展與國(guó)際還存在相當(dāng)?shù)牟罹郲25]。但無(wú)鉻達(dá)克羅在國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用也在如火如荼的進(jìn)行。比如在2005年4月29日，由北京永泰公司申請(qǐng)的發(fā)明專利[26]中所涉及的防腐涂料，其耐腐蝕性能大大提高該涂料是由金屬粉漿（鋅粉和鋁粉重量比例為4∶1~12∶1）、成模型助劑、表面活性劑、熱固型樹(shù)脂、去離子水等組成。所得到的涂料為具有高耐蝕性和優(yōu)異環(huán)境保護(hù)性的鋅粉涂料[27]。

常州捷邁特表面工程技術(shù)有限公司于2005年成功研制出自主產(chǎn)權(quán)的交美特在傳統(tǒng)達(dá)克羅的各種優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又不含有Cr3+和Cr6+，是目前為止并不常見(jiàn)的同時(shí)符合歐盟2項(xiàng)環(huán)保要求的水性涂料。

5 結(jié)束語(yǔ)

因?yàn)檫_(dá)克羅技術(shù)中含有高致癌性的六價(jià)鉻，達(dá)克羅技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)始受到了越來(lái)越嚴(yán)格的控制，無(wú)鉻達(dá)克羅涂層技術(shù)由于其具有涂層薄、無(wú)氫脆、耐蝕性強(qiáng)、耐熱性好、無(wú)公害無(wú)污染等特點(diǎn)，正受到國(guó)內(nèi)表面技術(shù)工作者的重視，被國(guó)內(nèi)各種行業(yè)所接受。未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，作為達(dá)克羅更新產(chǎn)品的無(wú)鉻達(dá)克羅將成為金屬防腐方向的主流，成為真正意義上的清潔生產(chǎn)工藝。

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Development and Present Situation of Dacromet Technology

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（Shenyang Ligong University, Liaoning Shenyang 110519, China）

Dacromet technology has been widely used because of its good corrosion resistance, no hydrogen embrittlement and no pollution. It is mainly used in automobile, navigation, wind power and other fields. It is an international new technology for metal surface treatment. In this paper, the development of Dacromet technology, coating properties, domestic and international development status and future development direction were described. Through the comparison between Dacromet technology and chrome-free Dacromet technology, we can know that chrome-free Dacromet technology will replace Dacromet technology to become the mainstream of future development.

Dacromet coating; Cr-free dacromet; zinc chrome coating

2019-11-12

巴彬彬（1996-），女，蒙古族，遼寧省沈陽(yáng)市人，研究方向：材料表面處理。

譚勇（1969-），男，副教授，博士學(xué)位，研究方向：材料表面處理、涂料涂裝技術(shù)。

TG174.4

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1004-0935（2020）01-0083-03