達克羅表面處理技術及其應用前景

許 揚，王少峰，王藝澎

（1. 陸軍裝備部駐太原地區(qū)第四軍事代表室，山西太原030027；2. 晉西工業(yè)集團晉機公司表面處理分廠，山西太原030027）

達克羅是當今世界表面處理的高新技術，具有無污染、高耐蝕等一系列其他表面處理技術無可比擬的優(yōu)點。該技術產生于六十年代末期的美國，由美國Diamond Shamrock 公司研究發(fā)明，主要目的是為克服汽車金屬零部件在鹽溶雪中的嚴重銹蝕。近三十年來，達克羅技術在美國、日本、法國等西方發(fā)達國家獲得了廣泛應用和飛速發(fā)展，被譽為“劃時代的表面處理防銹技術”、“二十一世紀的金屬防銹之光”。達克羅（又稱“達克銹”或“達克樂”）是其處理液國外商品名“Dacromet”音譯，經該技術處理得到的涂層又叫鋅鉻涂層、鋅鉻膜或鋅鋁膜。中國大陸第一條生產線1993 年由南京宏光機械廠從日本達克樂沙姆克株式會社引進的［1］。經過達克羅處理行業(yè)的努力，在我國汽車、電力等行業(yè)得到了較快的發(fā)展，國內已有多家達克羅涂料生產廠。隨著某些裝備的發(fā)展，鋅鉻涂層已逐步在某些產品上開始應用。為了解決某產品彈簧的氫脆問題，也將達克羅技術引入該產品的處理過程中，產品表面處理方法由原來的鍍鋅改為涂鋅鉻涂層，改善使用性能的效果非常明顯［2］。

因此，本文將從技術特性，溶液的種類及其組成、涂層質量標準以及處理工藝及設備幾個方面對達克羅技術進行詳細介紹，并對該技術在某產品彈性零件上的實際應用情況進行分析。

1 達克羅技術的特性

達克羅處理技術是將超微片狀鋅粉、鋁粉（其厚度為微米級甚至達納米級）與水溶性有機及無機物質（如乙二醇、無水鉻酸等）構成分散水溶液（也稱為水基涂料或水溶性防腐涂料），被處理物（金屬零件）表面用該水溶液進行均勻涂覆，然后進行高溫烘烤（300 ℃左右），使Cr6+被乙二醇等有機物還原，生成不溶于水的無定形的mCrO3·nCr2O3作為結合劑，與表面數十層交錯排列的鋅、鋁片相互結合后形成與金屬基體緊密結合的無機涂層——達克羅涂層或鋅鉻涂層［3］。

達克羅表面處理技術兼有磷化、氧化的生產處理方式，類似于涂料的配方及浸漆時的物理沉積過程，烘烤固化后近似于電鍍層的外觀，但與這些表面技術相比，達克羅還具有許多獨特的性能。

1.1 無污染

無論油漆涂裝還是電鍍、磷化等各種表面處理，都存在較嚴重的三廢污染問題，這也是歷來困擾工業(yè)表面處理發(fā)展的一大難題。

隨著全球經濟的發(fā)展，環(huán)境保護日益成為工業(yè)生產的重要組成部分。目前我國已開始進行ISO14000 國際環(huán)境標準的認證，考慮到該因素，工廠現也在逐步減少電鍍生產，而在達克羅涂覆生產過程中，從浸漬到烘烤，沒有水漂洗工序，也沒有殘液排放，因此不存在廢水污染問題，且在烘烤過程中，揮發(fā)的物質幾乎全是水，因此達克羅處理技術被稱為“綠色環(huán)保技術”。

1.2 超常的耐蝕性

用達克羅涂料涂覆的鋼鐵制件，其耐蝕性是傳統(tǒng)電鍍鋅的7～10 倍。厚度為8 μm 的達克羅涂層，其耐鹽霧腐蝕的時間超過1000 h，有的甚至可達2000 h 以上。而按鐵道行業(yè)標準規(guī)定，工廠鋼結構車輛所采用的防銹底漆（兩遍厚度60 μm）耐中性鹽霧指標僅為500 h，可見達克羅涂層的耐蝕性遠超過一般表面處理層。這也是其得到迅猛發(fā)展的根本原因。表1 是達克羅涂層與其它涂鍍層耐蝕性能（快速腐蝕試驗）的對比數據。

表1 各種涂鍍層快速腐蝕試驗結果Tab.1 Rapid corrosion test results of various coatings

達克羅涂層優(yōu)異的耐蝕性主要得益于涂層內部片狀鋅—鋁多層交錯排列的結構，對基體起著屏蔽保護作用，這是其它各種涂覆層所不具有的；同時鋅—鋁粒子對于鋼鐵件而言起著受控犧牲陽極的保護作用，這不同于普通鍍鋅的單純犧牲陽極保護，另外六價鉻使金屬表面鈍化形成不易被腐蝕的致密氧化膜。達克羅涂層的構造如圖1所示。

圖1 達克羅涂層的構造Fig.1 Construction of Dacromet coating

1.3 優(yōu)異的耐熱腐蝕性

達克羅涂層的耐熱溫度可達300 ℃，有的甚至可達400 ℃～550 ℃［3］。國產產品也已有連續(xù)長期在250 ℃下使用，其防銹能力不受影響的報道。而一般電鍍鋅層表面的鉻酸鹽鈍化膜在100 ℃左右即被破壞，抗腐蝕能力急劇下降，一般的油漆涂層在100 ℃的條件下幾小時內即被基本破壞。

1.4 避免電鍍氫脆

達克羅處理的另一特點是不會導致鋼材滲氫，從而產生氫脆，因達克羅處理過程中不進行任何酸處理。電鍍彈性零件、薄壁零件以及高強度鋼制件時，必須進行除氫，否則一旦發(fā)生氫脆斷裂，可能會造成嚴重的后果。因此，對于此類零件采用達克羅處理有利于防止氫脆的發(fā)生和疲勞斷裂，從而保證產品的安全可靠性。

1.5 優(yōu)異的浸涂性

達克羅處理液滲透能力極強，對于形狀復雜、有凹槽空隙的零件及管件內部均能滲入，形成均勻的保護層。例如：緊緊卷著的彈簧，經過達克羅處理后，拉伸開進行鹽霧試驗，整個彈簧表面都能達到一致的防銹能力。如果采用電鍍鋅，管狀制品的內表面很難保證鍍層完整，靜電粉末噴涂、磷化和氧化處理都有類似的缺陷，甚至浸漆也不能在如夾緊的彈簧接合處這樣的表面形成連續(xù)的漆膜。達克羅由于其優(yōu)良的浸透性，無論工件形狀多么復雜，只要有細微的空隙，就可以在工件表面形成連續(xù)涂層，特別適合用于結構復雜、采取其它方法處理不了的工件。

1.6 良好的結合力

零件進行達克羅涂覆后，根據需要可進行其他多種涂料噴涂，達克羅涂覆層與上層涂料間具有良好的結合力。

1.7 適用基體種類范圍寬

達克羅處理對零件材質的選擇性沒有影響，這與電鍍、磷化和氧化處理有顯著不同，可在各種金屬表面進行涂覆。

1.8 涂層表面摩擦系數低

普通達克羅涂層的摩擦系數為0.20～0.28，而通過加入干性潤滑劑形成自潤滑涂層的摩擦系數為0.13～0.15［4］，該數值遠低于鎘的摩擦系數 0.22。它的潤滑表面是干性的，零件在使用中不會被玷污，而且它的潤滑性能即使浸在溶劑中或經過清洗后仍可保持。

2 達克羅溶液的種類及其組成

表2 為目前國際上通用的幾種達克羅溶液，以下將重點介紹其中的達克羅DX-310KMB 和達克羅DX-380兩種溶液。

表2 國際上通用的幾種達克羅溶液Tab.2 Several Dacromet solutions commonly used in the world

2.1 達克羅DX-310KMB

該液是包含鋅片、鋁片、鉻酸、有機溶劑的水基分散體系。它是由下述X、Y 和增稠劑三組分配制而成的。其中：X 組分為含鋅片的膏狀物；Y 組分為鉻酸溶液；Z組分為增稠劑。

2.2 達克羅DX-380

DX-380 在各類達克羅溶液中具有突出的耐腐蝕性能。用DX-380 處理的螺栓經過1920 h 的CCT循環(huán)腐蝕試驗不產生紅銹，而鍍鋅彩色鈍化的螺栓在CCT循環(huán)腐蝕試驗中288 h即產生紅銹。

目前國內有很多單位在從事達克羅處理液的研制和開發(fā)工作，如常州君合科技股份有限公司、上海達克羅涂覆工業(yè)有限公司、深圳達克羅工業(yè)有限公司等，并取得了令人可喜的成果，開發(fā)出成系列的達克羅涂液、無鉻達克羅涂液，以及針對達克羅涂層表面硬度低的缺陷，開發(fā)出達克羅面涂液，提高了表面抗劃傷能力［5］。達克羅處理溶液主要由厚度約為0.1～0.2 μm，直徑約為10 μm 的鱗片狀鋅鋁粉、鉻酸和一些有機物組成［3］。產品配成處理液前分成A、B、C 三個組分包裝，使用時按比例和要求配制。其中A 組分為鱗片狀鋅粉、鋁粉和醇類；B 組分為鉻酐的水溶液；C 組分為增稠劑、流平劑、穩(wěn)定劑和表面活性劑的水溶液［3］。表3 列出了國外專利介紹的達克羅處理液的兩個配方［4］，以利于我們進一步了解達克羅處理溶液的具體成分。

表3 達克羅處理液配方Tab.3 Formulation of Dacromet treatment solution

3 達克羅涂層的質量標準

我國引入達克羅技術后，在使用過程和國外標準的基礎上，制訂了達克羅技術國家標準《鋅鉻涂層技術條件GB/T 18684—2002》，該標準規(guī)定了鋼鐵零件、構件上鋅鉻涂層的技術要求和試驗方法。

3.1 分級

根據鋅鉻涂層的涂敷量和涂層厚度將鋅鉻涂層分成表4所示的四個級別。

表4 鋅鉻涂層的分級Tab.4 Grading of zinc-chromium coating

3.2 耐鹽霧腐蝕性能

不同等級的涂層，經鹽霧試驗后，出現紅銹的時間不低于表5要求。

表5 耐鹽霧腐蝕試驗要求Tab.5 Requirements of salt spray corrosion resistance test

4 達克羅處理工藝及設備

達克羅處理工藝主要有三道工序：前處理、涂覆以及烘烤，其標準工藝過程如下（以2 涂2 烘為例）：清洗脫脂→檢驗→拋丸去氧化皮→第一次涂覆（浸涂）→離心甩干→烘烤燒結→收料冷卻→第二次涂覆（浸涂）→離心甩干→烘烤燒結→收料冷卻。

達克羅涂覆工藝主要有三種涂覆方式：浸入—甩干法、浸入—瀝干法以及噴涂法。最常用的方法為浸入—甩干法，適用于螺栓、螺母、彈簧和小型沖壓件。零件浸入溶液，然后用離心甩干除去多余溶液。處理過程中，溶液的溫度需要嚴格控制，以防溶液老化，一般應控制在20±2 ℃，最高不得超過25 ℃；不工作時，已配好的溶液保存溫度應低于10 ℃。

烘烤分為兩個階段，第一個階段是預熱，除去水分和有機物，溫度在150 ℃～200 ℃，時間約10 min；第二個階段是燒結成膜，把六價鉻還原成三價鉻，溫度在300 ℃以上，時間為20 min。

按照浸入—甩干法涂覆的處理設備及生產流程如圖2 所示。對于非常注重外觀的零件，需采用靜電噴涂法涂覆，其典型設備和生產流程如圖3所示。

圖2 浸入—甩干法處理設備及生產流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of treatment equipment and production process of immersion drying method

圖3 靜電噴涂法處理設備及生產流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of treatment equipment and production process of electrostatic spraying method

5 達克羅技術的應用前景

某產品各種零部件使用大量的鋼鐵及其他金屬制品，其中大部分都要進行表面防腐處理，尤其是各種螺栓、螺母、彈簧及一些緊固件等［6-9］。彈性采用達克羅處理代替其他處理具有極其明顯的優(yōu)越性，應用前景非常廣闊。然而，國內某產品彈性零件對達克羅技術的應用研究尚屬空白，急需開展這方面的工作，以使這一產品表面處理防蝕技術跟上世界發(fā)展潮流，為用戶提供優(yōu)質的產品［10］。

目前針對一些對耐蝕性要求高而外觀質量要求不是很高的鍍鋅件完全可由達克羅取代：1）對一些高強受力件如各型螺栓、螺母等，目前這些件采用鍍鋅的處理方法，耐蝕性能較差，均可考慮采用達克羅溶液涂覆處理。采用達克羅涂覆的螺栓耐蝕性可達到不銹鋼件的水平，有利于降低成本，保證質量；2）彈簧防腐可考慮達克羅處理技術，某產品所用彈簧、彈性擋圈等彈性件傳統(tǒng)上采用堿性鋅酸鹽鍍鋅，應用此工藝處理的工件，在電鍍過程中，除了鍍上鋅層外，還有氫離子在陰極零件上得到電子的反應。氫離子還原成氫，除了一部分成為氫氣放出外，還有一部分是以氫的原子形式滲入到鍍層和零件金屬的晶格點陣中去，造成內應力，使鍍層和零件變脆，氫脆對材料的機械性能危害很大，尤其對于彈性零件影響較大，如除氫不徹底，就會造成斷裂。為了除去零件中的氫，工藝中常采用高溫烘烤的方法進行除氫。由于無法檢測零件中的氫含量，只能通過工藝條件來保證。這就給產品造成不穩(wěn)定的因素，采用達克羅處理替代原來的鍍鋅處理可以從根本上解決氫脆問題，且防腐能力也可提高大約7～10倍［2，11］。

6 結束語

早期達克羅設備和原材料都依靠進口，價格較高，也嚴重制約了其推廣速度。但是現在設備已基本實現國產化，國內也有很多企業(yè)正在研制達克羅溶液。隨著人們對環(huán)保意識的增強，國外研制出了達克羅涂液的更新產品——交美特（無鉻達克羅），在表面處理過程實現了清潔生產，是一種真正意義上的綠色、環(huán)保處理技術，因此，無鉻達克羅技術在我國也勢必成為今后電鍍行業(yè)中研究的重點［5］。其次國產的鱗片狀鋅粉和進口鋅片在粒徑、表面質量和發(fā)氣量上還存在一定的差距，因此，如何提高國產鱗片狀鋅粉的質量，是國產達克羅技術一個重要努力方向［12］。