應(yīng)用粉末靜電噴涂工藝的彈條防腐涂層附著力及防銹性能研究

張松琦 張遠(yuǎn)慶 于毫勇 呂明奎

（北京鐵科首鋼軌道技術(shù)股份有限公司，北京102206）

彈條作為鐵路扣件的重要零部件，須具有良好的防腐性能。目前鐵路行業(yè)多采用粉末靜電噴涂防腐處理。粉末靜電噴涂是用噴粉設(shè)備把粉末涂料噴涂到工件表面，粉末在靜電作用下均勻地吸附于工件表面形成粉狀涂層。粉狀涂層在一定溫度下烘烤后，經(jīng)膠化、流平、固化后成膜，形成防腐涂層［1］。粉末靜電噴涂工藝主要應(yīng)用于金屬表面涂裝，具有自動(dòng)化程度高、防腐性能好、環(huán)境污染小、經(jīng)濟(jì)效益顯著、涂膜性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)［2］。

粉末涂料噴涂產(chǎn)品的涂層須具有一定附著力，才能牢固地黏附在被涂覆件表面，實(shí)現(xiàn)粉末涂料的使用價(jià)值［3］。附著力反映了涂層與被涂覆件表面結(jié)合的牢靠程度，是粉末涂料涂膜性能的重要指標(biāo)之一。涂層對(duì)被涂覆件的保護(hù)在很大程度上受涂層與基材之間附著力的影響，而附著力的大小與涂料本身性能、基材的表面狀態(tài)有關(guān)［4］。

有機(jī)涂層中的含氧極性基團(tuán)（如羥基、羧基）可以與金屬表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜殘留的水分子形成氫鍵，當(dāng)有機(jī)涂層處于濕度較高的環(huán)境中時(shí)，水分子會(huì)滲透到涂層與轉(zhuǎn)化膜結(jié)合的界面，使氫鍵斷裂，造成涂層附著力降低。再將涂層重新置于干燥環(huán)境中，雖然有些涂層存在自愈性，可恢復(fù)其附著力，但若水分子反復(fù)滲透，就會(huì)使涂層發(fā)生不可逆的脫落［5-7］。

粉末靜電噴涂工藝的基本流程為：工件前處理→噴粉→固化。前處理目的是為了清理工件表面的銹蝕、油污、灰塵等，并在基體表面生成一層能夠增加防腐涂層附著力的膜。

本文采用拋丸、拋丸+陶化2種前處理工藝對(duì)彈條進(jìn)行靜電噴涂防腐處理，并通過(guò)劃格試驗(yàn)、中性鹽霧及二氧化硫試驗(yàn)，分析正常生產(chǎn)過(guò)程中彈條靜電噴涂防腐涂層的附著力及防銹性能，并分析了不同防腐涂層厚度的彈條噴砂后的防銹性能。

1 噴涂試驗(yàn)

1.1 試件制備

選取材質(zhì)為60Si2Mn的彈條，采取3種工藝制備防腐彈條試件。噴粉選用阿克蘇諾貝爾粉末涂料廠家生產(chǎn)的聚酯粉末，型號(hào)為JN136O。

1）工藝1

對(duì)彈條進(jìn)行拋丸處理后，直接進(jìn)入噴粉室進(jìn)行噴粉。彈條噴粉完成后進(jìn)入固化爐，固化溫度為200～230℃，固化時(shí)間約30 min。制備好的防腐彈條防腐涂層厚度約120μm。

2）工藝2

對(duì)彈條進(jìn)行拋丸處理后，用陶化液浸泡2～3 min，隨后清水浸泡并取出吹干。之后進(jìn)行噴粉、固化，同工藝1。制備好的防腐彈條防腐涂層厚度約120μm。

3）工藝3

采用與工藝1相同的前處理及噴粉、固化工藝，分別制備防腐涂層厚度為180，200，230，250μm的防腐彈條試件。

為保證試件的完整性，防腐涂層的厚度均采用漆膜測(cè)厚儀測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 附著力試驗(yàn)

1）干附著力試驗(yàn)。按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》，在防腐彈條試件上用單刃切割刀進(jìn)行劃格檢測(cè)，并評(píng)價(jià)其試驗(yàn)面的分級(jí)。劃格位置為彈條中肢上表面。

2）濕附著力試驗(yàn)。先在室溫條件下將防腐彈條試件用清水浸泡24 h，再進(jìn)行劃格檢測(cè)（同干附著力試驗(yàn)）。

1.2.2 防銹性能試驗(yàn)

防銹性能試驗(yàn)包括中性鹽霧試驗(yàn)和二氧化硫試驗(yàn)。

1）中性鹽霧試驗(yàn)。包括2種試驗(yàn)方式：①按照GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)：鹽霧試驗(yàn)》，直接對(duì)防腐彈條試件進(jìn)行120 h中性鹽霧試驗(yàn)；②先按照Q/CR 563—2017《彈條Ⅰ型扣件》對(duì)防腐彈條試件進(jìn)行噴砂，再進(jìn)行120 h中性鹽霧試驗(yàn)。

2）二氧化硫試驗(yàn)。包括2種試驗(yàn)方式：①按照GB/T 9789—2008《金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層通常凝露條件下的二氧化硫腐蝕試驗(yàn)》，直接對(duì)防腐彈條試件進(jìn)行120 h二氧化硫試驗(yàn)；②先對(duì)防腐彈條試件按照Q/CR 563—2017進(jìn)行噴砂，再進(jìn)行48 h二氧化硫試驗(yàn)。

防銹性能試驗(yàn)完成后，觀察試件銹蝕情況，其中噴砂試件觀察噴砂區(qū)域銹蝕情況，均按GB/T 6461—2002《金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 附著力

取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件，進(jìn)行干附著力試驗(yàn)，評(píng)級(jí)結(jié)果見(jiàn)表1。再取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件，浸泡24 h后進(jìn)行濕附著力試驗(yàn)，評(píng)級(jí)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 干附著力試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果

表2 濕附著力試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果

由表1、表2可知，前處理過(guò)程中是否采用陶化液處理對(duì)防腐涂層的干附著力測(cè)試結(jié)果影響不大，但進(jìn)行濕附著力測(cè)試時(shí)，前處理過(guò)程采用陶化液處理的防腐涂層附著力更優(yōu)。

2.2 防銹性能

2.2.1 耐中性鹽霧性能

取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件直接進(jìn)行120 h中性鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后試件均無(wú)明顯銹蝕（圖1（a））。再取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件，噴砂后進(jìn)行120 h中性鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后噴砂區(qū)域均出現(xiàn)明顯銹蝕（圖1（b））。對(duì)試驗(yàn)后的試件進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表3?？芍翰捎梅勰╈o電噴涂的防腐涂層具有良好的耐中性鹽霧性能；但經(jīng)噴砂處理后，無(wú)論前處理工序中是否增加陶化處理，噴砂區(qū)域的耐中性鹽霧性能都很差。

圖1 中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果（防腐涂層厚120μm）

表3 中性鹽霧試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果（防腐涂層厚120μm）

對(duì)按工藝3制備的不同防腐涂層厚度的試件噴砂后進(jìn)行120 h中性鹽霧試驗(yàn)。每種厚度取3件試件。防腐涂層厚度大于200μm時(shí)，其噴砂區(qū)域經(jīng)120 h中性鹽霧試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕（圖2）。對(duì)試驗(yàn)后的試件進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表4?？芍?，防腐涂層厚度大于200μm的防腐彈條具有良好的耐中性鹽霧性能。這是因?yàn)殪o電噴涂防腐涂層硬度較低，僅有1H至2H鉛筆的硬度［8］，耐噴砂性較差。增加防腐涂層厚度可降低噴砂對(duì)涂層的破壞程度，使噴砂區(qū)域具有良好的耐中性鹽霧性能。

圖2 中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果（防腐涂層厚度大于200μm）

表4 不同防腐涂層厚度試件的中性鹽霧試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果

2.2.2 耐二氧化硫性能

取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件直接進(jìn)行120 h二氧化硫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后試件均無(wú)明顯銹蝕（圖3（a））。再取按工藝1和工藝2處理的防腐彈條試件各6件，噴砂后進(jìn)行48 h二氧化硫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后噴砂區(qū)域均出現(xiàn)明顯銹蝕（圖3（b））。對(duì)試驗(yàn)后的試件進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表5?？芍捎梅勰╈o電噴涂的防腐涂層具有良好的耐二氧化硫性能；但經(jīng)噴砂處理后，無(wú)論前處理工序中是否增加陶化處理，噴砂區(qū)域的耐二氧化硫性能較差。

圖3 二氧化硫試驗(yàn)結(jié)果（防腐涂層厚120μm）

表5 二氧化硫試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果（防腐涂層厚120μm）

對(duì)按工藝3制備的不同防腐涂層厚度的試件進(jìn)行噴砂后48 h二氧化硫試驗(yàn)。每種厚度取3件試件。防腐涂層厚度大于200μm時(shí)，噴砂區(qū)域經(jīng)48 h二氧化硫試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕（圖4）。對(duì)試驗(yàn)后的試件進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表6?？芍栏繉雍穸却笥?00μm的防腐彈條具有良好的耐二氧化硫性能，原因與耐中性鹽霧性能相同。

圖4 二氧化硫性試驗(yàn)結(jié)果（防腐涂層厚度大于200μm）

表6 不同防腐涂層厚度試件的二氧化硫試驗(yàn)評(píng)級(jí)結(jié)果

3 結(jié)論

1）應(yīng)用粉末靜電噴涂工藝的彈條防腐涂層具有良好的附著力。彈條使用環(huán)境水分多會(huì)對(duì)其附著力有一定的影響，可在前處理過(guò)程中增加陶化處理。

2）粉末靜電噴涂防腐涂層具有良好的耐中性鹽霧及耐二氧化硫性能，防銹性能良好。

3）當(dāng)粉末靜電噴涂防腐涂層厚度不低于200μm時(shí)，彈條經(jīng)噴砂處理后仍具有良好的耐中性鹽霧及耐二氧化硫性能。