噴漆車身涂層質(zhì)量穩(wěn)定性測試研究

宋偉偉

摘 要：汽車涂裝對車身外觀、耐腐蝕老化、光澤和顏色等方面的性能具有重要影響，涂層質(zhì)量是評價(jià)整車質(zhì)量的直觀指標(biāo)。由于涂層缺陷而導(dǎo)致的腐蝕損壞會嚴(yán)重影響汽車的質(zhì)量和聲譽(yù)，北京奔馳作為年產(chǎn)幾十萬輛的豪華車企業(yè)，在生產(chǎn)中通過系統(tǒng)的措施保證噴漆車身的涂層達(dá)到防腐和外觀要求，并持續(xù)保持生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。文章以北京奔馳某噴漆車間的一次車身涂層質(zhì)量穩(wěn)定性測試為例，通過鹽霧試驗(yàn)、室外曝曬和機(jī)械性能測試等系統(tǒng)地監(jiān)控噴漆生產(chǎn)線的質(zhì)量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：噴漆車間;鹽霧試驗(yàn);涂層;機(jī)械性能;質(zhì)量穩(wěn)定

中圖分類號：TQ639 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-161-05

Research on quality stability of automobile coating in paint shop

Song Weiwei

（?Beijing Benz Automotive Co.， Ltd. Beijing 100176?）

Abstract：?Automobile coating has an important effect on the appearance， corrosion resistance， gloss and color of automobile body. Coating quality is a visual indicator?for evaluating vehicle quality. Corrosion damage caused by coating defects will affect the quality and reputation of vehicle seriously.?BBAC produces hundreds of thousands of luxury cars annually， systematic measures are taken to ensure that the coating in paint shop meets the corrosion protection and appearance requirements， and keep the production quality stable continuously. In this paper， taking a quality stability test of BBAC paint shop as an example， we monitored the quality stability of paint shop?systematically by salt spray test， outdoor exposure and mechanical property test.

Keywords：?Paint shop;?Salt spray test;?Coating;?Mechanical property;?Quality stability

CLC NO.：?TQ639??Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-161-05

前言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對汽車的品質(zhì)要求越來越高。汽車涂裝對其外觀和防腐性能至關(guān)重要，汽車涂料中的電泳涂層對車身的耐腐蝕性能起關(guān)鍵作用，色漆和清漆對涂層外觀、耐光老化、光澤和顏色等方面具有重要作用，也是評價(jià)汽車質(zhì)量的直觀指標(biāo)。汽車涂裝質(zhì)量與耐腐蝕性能緊密相關(guān)，由于涂層缺陷而導(dǎo)致的腐蝕損壞會嚴(yán)重影響汽車的質(zhì)量和聲譽(yù)。北京奔馳作為年產(chǎn)幾十萬輛的豪華車企業(yè)，在生產(chǎn)中通過系統(tǒng)的措施保證噴漆車間的車身涂層達(dá)到防腐和外觀要求，并持續(xù)保持生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。

定期抽樣進(jìn)行系統(tǒng)檢測就是監(jiān)控噴漆車間涂層質(zhì)量穩(wěn)定的重要措施之一，根據(jù)公司不同噴漆車間的生產(chǎn)量，取樣進(jìn)行車身涂層性能測試，監(jiān)控噴漆生產(chǎn)線的質(zhì)量穩(wěn)定性。試驗(yàn)的樣品分為車身漆板和標(biāo)準(zhǔn)漆板，采用標(biāo)準(zhǔn)漆板可以排除沖壓和裝焊等前期工藝對噴漆質(zhì)量的影響。所取的樣品分別進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)、室外曝曬、涂膠粘接、石子沖擊和劃格等性能測試，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)漆板的試驗(yàn)結(jié)果，通過系統(tǒng)的測試監(jiān)控噴漆生產(chǎn)線的質(zhì)量穩(wěn)定性。本文以北京奔馳某噴漆車間的一次車身涂層質(zhì)量測試為例，分別從不同的測試項(xiàng)目全面闡述噴漆涂層評價(jià)的流程。

1?實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1?材料和儀器

試驗(yàn)樣品為漆后車身板、標(biāo)準(zhǔn)漆板和帶涂膠的電泳板，所用試劑為氯化鈉、乙酸和二水合氯化銅，均為分析純。試驗(yàn)溶液采用去離子水配制，循環(huán)鹽霧試驗(yàn)溶液為5%氯化鈉溶液，銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)溶液在5%氯化鈉溶液中按標(biāo)準(zhǔn)加入定量乙酸和二水合氯化銅，室外暴曬期間噴灑樣品表面的溶液為3%氯化鈉。鹽霧試驗(yàn)儀器均為富奇鹽霧試驗(yàn)箱，漆板表面劃線采用Erichsen 463型劃線刀，石子沖擊試驗(yàn)的設(shè)備為Erichsen 508 VDA試驗(yàn)機(jī)，沖擊采用直徑為4.0～5.0mm的鐵粒子，高壓水沖擊試驗(yàn)所用設(shè)備為Walter LTA1試驗(yàn)機(jī)，劃格試驗(yàn)采用Erichsen 295型劃格刀，膠帶為Tesa 4657型膠帶，劃痕試驗(yàn)采用Friedrich binder GmbH的手工刀，觀測樣品表面采用LT-86B型號10倍臺式放大鏡，拍照相機(jī)為Canon EOS 700D。

1.2?實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)樣品的車身漆板和標(biāo)準(zhǔn)漆板，均為經(jīng)過生產(chǎn)線正常生產(chǎn)工藝而成，車身漆板是從漆后車身切割取下，取樣位置分別如圖1所示。鹽霧試驗(yàn)和室外曝曬試驗(yàn)前，用劃線刀在樣品表面中間位置劃出一條1mm寬，12cm長的劃痕線，且要劃到基材，鹽霧試驗(yàn)時需用膠帶對車身漆板四周切割區(qū)域封邊。試驗(yàn)結(jié)束后除去劃痕區(qū)域剝離的涂層，在劃痕起始位置1cm向下依次取10個點(diǎn)，間隔為1cm，測量每個點(diǎn)處的腐蝕寬度，基材腐蝕剝離寬度U/2=（d-w）/2，d為所選10個點(diǎn)腐蝕寬度的平均值，w為初始劃痕寬度1mm。

將基材為鍍鋅板和鋼板的漆板放入鹽霧試驗(yàn)箱，按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 11997-1-2018^[1]中的cycle B循環(huán)鹽霧要求進(jìn)行試驗(yàn)，周期為70天?；臑殇X板的漆板放入鹽霧試驗(yàn)箱，按照DIN EN ISO 9227-2017^[2]中的銅加速醋酸鹽霧要求進(jìn)行試驗(yàn)，周期為10天。將標(biāo)準(zhǔn)漆板固定在室外暴曬架上，每周向試樣表面噴灑一次3%氯化鈉溶液，使樣品表面完全濕潤，周期為12個月，試驗(yàn)結(jié)束后參照標(biāo)準(zhǔn)對樣品腐蝕程度進(jìn)行評價(jià)。

機(jī)械性能測試包括劃格、劃痕、石子沖擊和高壓水沖擊四項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)前，將待測漆板放在（23 ±2）°C，相對濕度（50 ± 5）%的環(huán)境中保持超過16小時進(jìn)行預(yù)處理。劃格試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 2409-2013^[3]進(jìn)行，采用間隔為2mm的劃格刀，在樣品表面平整的區(qū)域進(jìn)行，劃格線都要達(dá)到基材，除去松散涂層，對照標(biāo)準(zhǔn)圖譜評級。劃痕測試按照標(biāo)準(zhǔn)MBN 10494-5-2016^[4]進(jìn)行，將刀與漆面呈略小于90°的夾角，向操作者方向一側(cè)劃動（如圖2所示），試驗(yàn)后對照標(biāo)準(zhǔn)中的圖譜評級。石子沖擊試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 20567-?1-2017^[5]進(jìn)行，采用直徑4.0～5.0mm的500g鐵粒子沖擊漆面待測區(qū)域兩次，然后參照標(biāo)準(zhǔn)圖譜評價(jià)漆膜和基材損傷的等級。高壓水沖擊試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)MBN 10494-5-2016進(jìn)行，采用去離子水沖擊漆膜表面，位置限定在石子沖擊后的區(qū)域，觀察涂層剝離程度，試驗(yàn)后對照標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行評級。

涂膠漆板循環(huán)鹽霧試驗(yàn)，在電泳漆板中間均勻涂覆160mm×80mm的膠，厚度約1mm，經(jīng)烤箱固化并冷卻后，用劃線刀在涂膠表面中間位置劃出一條1mm寬，12cm長的劃痕線，且要劃到基材。將處理好樣品放入鹽霧試驗(yàn)箱，按標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 11997-1-2018中的cycle B循環(huán)鹽霧要求進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)后除去涂膠和劃痕處的剝離涂層，測量并計(jì)算剝離寬度。

涂膠附著力測試按照標(biāo)準(zhǔn)DBL 6070-2013^[6]進(jìn)行，在電泳漆板上通過模具制成坡形膠層，厚度0～3mm而呈楔形，如圖3所示。經(jīng)烤箱固化并冷卻，用刀沿平行坡形方向劃開，間距為1cm，將厚膠層從漆板上用手反向撕開，觀察膠條是否從漆板上剝落。

2 結(jié)果與討論

2.1 防腐性能試驗(yàn)

2.1.1 循環(huán)鹽霧試驗(yàn)

循環(huán)鹽霧試驗(yàn)是一種綜合鹽霧試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中有鹽霧、濕熱和干燥等不同狀態(tài)，通過噴鹽霧狀態(tài)時的沉積和潮濕狀態(tài)時的滲透，使鹽霧腐蝕不僅發(fā)生在樣品表面，也能滲透到樣品內(nèi)部^[7]。因此，循環(huán)鹽霧試驗(yàn)與實(shí)際情況相關(guān)性強(qiáng)，更能檢驗(yàn)樣品真實(shí)的耐腐蝕性能。循環(huán)鹽霧試驗(yàn)的待測樣品及其在鹽霧箱內(nèi)的放置狀態(tài)分別如圖4a和圖4b所示。

70天循環(huán)鹽霧試驗(yàn)后部分樣品形貌分別如圖5a和圖5b所示。從圖中可以看出，除人工劃痕破壞區(qū)域，樣品表面沒有發(fā)生明顯的腐蝕，涂層無剝離起泡現(xiàn)象，說明涂層在金屬表面具有較好的附著力和固化效果，能夠有效地阻止鹽霧對金屬基材的滲透腐蝕，表面涂層在鹽霧環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能。

循環(huán)鹽霧試驗(yàn)后車身漆板和標(biāo)準(zhǔn)漆板的基材腐蝕剝離寬度數(shù)據(jù)如表1和表2所示，漆板表面劃線處露出基材，在試驗(yàn)中隨著鹽霧的沉積，在高溫潮濕狀態(tài)下，逐漸發(fā)生基材的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的堆積，腐蝕產(chǎn)物是疏松結(jié)構(gòu)的化合物，且吸水能力強(qiáng)，使得基材與涂層之間產(chǎn)生起泡剝離現(xiàn)象^[8]。試驗(yàn)結(jié)束后用刀刮去剝離涂層即可測量并計(jì)算腐蝕寬度，從表1和表2中可以看出，循環(huán)鹽霧試驗(yàn)后基材腐蝕剝離寬度均小于標(biāo)準(zhǔn)限值，說明涂層在金屬表面具有良好的耐腐蝕性能，可有效地阻止劃痕處腐蝕的擴(kuò)散發(fā)展。

2.1.2 銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)

銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)是在氯化鈉溶液中加入一定量的氯化銅和乙酸，鹽霧腐蝕性更強(qiáng)，主要應(yīng)用于快速檢驗(yàn)鋁及鋁合金件的耐腐蝕性能。10天銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)后的鋁標(biāo)準(zhǔn)漆板形貌和腐蝕剝離寬度分別如圖6和表3所示。

從圖6和表3可以看出，試驗(yàn)后樣品表面沒有發(fā)生明顯腐蝕現(xiàn)象，涂層無起泡和剝落現(xiàn)象，說明鋁板表面涂層良好，平整致密，耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)越。在人工劃痕涂層破壞的區(qū)域，腐蝕擴(kuò)展造成的涂層剝離寬度遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，這表明噴漆生產(chǎn)工藝中磷化、電泳和噴漆等工藝質(zhì)量均穩(wěn)定可靠。

2.1.3 室外暴曬試驗(yàn)

室外暴曬試驗(yàn)周期長，區(qū)域性特點(diǎn)強(qiáng)，但能較為真實(shí)地反映車身涂層所處的實(shí)際環(huán)境，室外暴曬現(xiàn)場如圖7所示。在室外暴曬期間每周噴灑一次3%的氯化鈉溶液，模擬腐蝕性較強(qiáng)的沿海大氣環(huán)境。

12個月室外暴曬試驗(yàn)結(jié)束后，除去人工劃痕處起泡剝離的涂層，部分樣品試驗(yàn)后形貌如圖8a和8b所示，觀察樣品表面，僅發(fā)現(xiàn)涂層表面略有失光，沒有發(fā)生明顯腐蝕現(xiàn)象，涂層無起泡和剝離，經(jīng)過室外暴曬試驗(yàn)表明，涂層耐腐蝕老化性能良好。

12個月室外暴曬試驗(yàn)后基材腐蝕剝離寬度如表4所示。兩種基材的漆板腐蝕剝離寬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其中鋁漆板在人工劃痕處沒有發(fā)生起泡剝離，說明鋁板對噴灑鹽水溶液的室外暴曬不敏感，劃痕處露出的鋁基材在空氣中氧化而變得穩(wěn)定，阻止了腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 涂層機(jī)械性能試驗(yàn)

涂層的機(jī)械性能試驗(yàn)項(xiàng)目中，劃格和劃痕試驗(yàn)是快速評價(jià)涂層附著力和固化效果的簡易方法。石子沖擊試驗(yàn)是通過模擬汽車在行駛中車身涂層受到砂粒和碎石等顆粒物的損傷破壞，評估涂層對基材的保護(hù)效果，判斷涂層是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中耐機(jī)械損傷的要求^[9]。四項(xiàng)試驗(yàn)可以在同一試樣表面進(jìn)行，從不同的角度全面評價(jià)涂層的機(jī)械性能。

車身漆板和標(biāo)準(zhǔn)漆板的機(jī)械性能測試結(jié)果如表5和表6所示，部分樣品測試后的形貌如圖9a和圖9b所示。

從表5、表6、圖9a和圖9b中可以看出，所有樣品的涂層四項(xiàng)機(jī)械性能測試結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，充分說明涂層質(zhì)量穩(wěn)定可靠，對基材具有良好的保護(hù)效果。劃格試驗(yàn)中，涂層表面劃線處平滑，方格內(nèi)均沒有發(fā)生涂層脫落，涂層附著力優(yōu)良。劃痕試驗(yàn)中，劃痕邊緣平整光滑，無明顯毛刺鋸齒狀及連帶剝落，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。石子沖擊試驗(yàn)結(jié)果的兩個評定等級，分別表示石子在漆膜上的沖擊痕跡和達(dá)到基材的破壞等級，均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。在石子沖擊痕跡區(qū)域進(jìn)行高壓水沖擊試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)涂層脫落，說明此區(qū)域涂層附著力仍然良好，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 涂膠粘接性能試驗(yàn)

2.3.1 涂膠漆板鹽霧試驗(yàn)

在噴漆車間所用的膠是汽車生產(chǎn)中用量最大的一類，涂膠主要應(yīng)用于焊縫密封和底板抗石擊等方面，對汽車密封、防漏和耐腐蝕等功能起著重要的作用^[10]。70天循環(huán)鹽霧試驗(yàn)結(jié)束后，涂膠漆板除去劃痕處膠層及剝離涂層后形貌如圖10所示，基材腐蝕剝離寬度如表7所示。

從圖10和表7中可以看出，在人工劃痕區(qū)域兩側(cè)，電泳涂層有腐蝕剝離現(xiàn)象，但剝離寬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在其他區(qū)域，去除膠層可見電泳漆表面良好，未發(fā)現(xiàn)腐蝕和起泡剝離現(xiàn)象，表明涂膠在電泳板表面粘接密封良好，在70天的循環(huán)鹽霧試驗(yàn)中，涂膠有效屏蔽了鹽霧的滲透和腐蝕，對電泳層和基材起到了較好的防護(hù)效果。

2.3.2 涂膠附著力試驗(yàn)

電泳漆板的涂膠附著力試驗(yàn)后形貌如圖11所示，涂膠附著力測試顯示，涂膠在電泳板上的粘接破壞模式是內(nèi)聚破壞，說明涂膠在電泳板上的粘接牢固，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，涂膠和電泳漆的兼容匹配性良好，說明在生產(chǎn)過程中，涂膠工藝過程質(zhì)量穩(wěn)定可靠。在生產(chǎn)中，涂膠的使用可有效增加對某些部位電泳漆的保護(hù)，協(xié)同提高整車的防腐效果。

3 結(jié)語

在汽車生產(chǎn)制造中，噴漆車間包括預(yù)處理、電泳、密封、噴涂和注蠟等工序，工序之間相互作用影響，都是保證汽車防腐老化和外觀的重要工藝過程，噴漆車身涂層的質(zhì)量穩(wěn)定對整車防腐具有重要作用。本文從不同的測試項(xiàng)目對噴漆車間的車身涂層質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)控，既有劃格、劃痕、石子沖擊和涂膠附著力等短周期試驗(yàn)，可以快速評價(jià)涂層性能，也

有中長周期的鹽霧試驗(yàn)和室外暴曬試驗(yàn)，這些測試從不同角度充分檢驗(yàn)涂層的各項(xiàng)性能質(zhì)量。

（1）防腐性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，循環(huán)鹽霧、銅加速醋酸鹽霧和室外暴曬試驗(yàn)后，相關(guān)試樣表面均無明顯腐蝕，涂層無起泡剝離現(xiàn)象，劃痕處腐蝕剝離寬度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，說明涂層具有良好的耐腐蝕性能，有效地阻止了腐蝕擴(kuò)散發(fā)展。

（2）涂層機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，劃格、劃痕、石子沖擊和高壓水沖擊試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，充分說明涂層質(zhì)量穩(wěn)定可靠，耐機(jī)械損傷性能好，對基材具有良好的保護(hù)效果。

（3）涂膠粘接性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，涂膠與電泳漆兼容性好，在電泳漆板上的粘接破壞模式屬于內(nèi)聚破壞，涂膠在電泳漆表面粘接密封良好，可有效屏蔽鹽霧的滲透腐蝕，對電泳層和基材起到較好的防護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] DIN EN ISO 11997-1-2018：Paints and varnishes-determination of resistance to cyclic corrosion conditions-part 1：wet （salt fog）/dry/?humid[S]. European Committee for Standardization， 2018.

[2] DIN EN ISO 9227-2017： Corrosion tests in artificial atmospheres- salt spray tests[S]. European Committee for Standardization， 2017.

[3] DIN EN ISO 2409-2013： Paints and varnishes-cross-cut test[S]. European Committee for Standardization， 2013.

[4] MBN 10494-5-2016： Paint test methods-part 5： technical mechanical tests[S].Mercedes-Benz， 2016.

[5] DIN EN ISO20567-1-2017： Paints and varnishes-determination of stone-chip resistance of coatings-part 1：multi impact testing[S]. European Committee for Standardization， 2017.

[6] DBL 6070-2013： Supply specification seam sealing compounds for body area[S].Mercedes-Benz， 2013.

[7] 田永，韋俊.汽車金屬零件循環(huán)鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)概述[J].電鍍與涂飾， 2012，31（8）：43-47.

[8] 毛章卓，顧宏，袁楊等.不同類型車身涂層的耐候性及循環(huán)腐蝕測試結(jié)果比較[J].上海涂料，2017，55（2）：53-56.

[9] 邵偉蓀，張健，顧慧琳.汽車車身涂層抗碎石沖擊能力的測試[J].材料保護(hù)，1993，26（4）：33-34.

[10] 李靜.我國汽車膠粘劑/密封膠的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].粘結(jié)，2007，28（3）： 45-47.