熱鍍鋅板的涂裝前處理技術(shù)

金正祥，周傳昆，朱洪宇，楊 濤

（常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引言

熱鍍鋅板在各行各業(yè)的應(yīng)用逐年增加[1]，生產(chǎn)工藝日趨成熟，成本優(yōu)勢越來越大。在電力行業(yè)，電氣箱體既要滿足外表面美觀要求，又要兼?zhèn)鋬?nèi)表面防腐和等電位功能。涂料雖然具備優(yōu)良的防腐性能及外觀，但大多數(shù)屬于絕緣材質(zhì)，無法滿足內(nèi)表面等電位的要求；使用碳鋼板+電鍍或熱鍍鋅板能滿足內(nèi)表面防腐和等電位要求，但不能滿足所有箱式產(chǎn)品外觀需求。因此，形成了這類箱體的特殊涂裝工藝——采用碳鋼板+電鍍鋅+外表面噴涂的工藝模式或熱鍍鋅板+外表面噴涂的工藝模式，相比前者采用熱鍍鋅板噴涂，優(yōu)勢更明顯。

熱鍍鋅板經(jīng)落料、折彎、焊接、流轉(zhuǎn)等工序后，表面鍍鋅層容易被劃傷、污染，切口無鍍層易生銹，焊縫爆鋅，增加涂裝能改善產(chǎn)品外觀。鍍層+涂層雙層防護(hù)結(jié)構(gòu)提高了產(chǎn)品的耐腐蝕性能，延長了產(chǎn)品的使用壽命，使得鈑金機(jī)箱類產(chǎn)品能適應(yīng)更惡劣的使用環(huán)境。因此，為獲得更好的涂層與鍍層的附著力，做好前處理是關(guān)鍵。本研究旨在推薦熱鍍鋅板涂裝前的幾種前處理技術(shù)。

1 熱鍍鋅板的前處理技術(shù)

鋅是一種活潑金屬，與空氣中的氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，在48 h內(nèi)鍍鋅層表面就會形成氫氧化鋅等自然氧化物。一般的熱鍍鋅板在熱鍍鋅之后有一道防護(hù)膜工序，封閉或降低鋅層表面孔隙率，阻止鋅的氧化，以增強(qiáng)板材的耐腐蝕能力，但在噴涂前，這種轉(zhuǎn)化膜經(jīng)長時間放置及機(jī)加工產(chǎn)生的油污、灰塵，直接涂裝會降低鍍層與涂層的附著力。為了去除熱鍍鋅表面所附著的各種異物（如油污、銹蝕、灰塵、氧化膜等），提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對熱鍍鋅板表面進(jìn)行前處理。熱鍍鋅板的常用前處理方式包括打磨、噴砂或掃砂、酒精或有機(jī)溶劑擦拭、化學(xué)前處理等。

1.1 打磨

即利用拋盤、拋光機(jī)打磨鍍鋅板表面，選用80目~120目的砂紙，在不破壞鍍鋅層的情況下增加表面粗糙度，增強(qiáng)涂層與鍍層的有效接觸面積，提高層間附著力。打磨工藝下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較平整，可采用自動化設(shè)備實現(xiàn)，不規(guī)則產(chǎn)品可使用手工氣動拋盤打磨，同樣可以得到良好的附著力。但手工打磨的勞動強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品打磨難度較大，易出現(xiàn)打磨力度分布不均，鍍鋅層表面粗化程度不均勻，甚至可能打磨掉鍍鋅層等問題。

1.2 噴砂或掃砂

噴砂或掃砂工藝是采用壓縮空氣為動力形成高速噴射束，將噴料（玻璃砂、金剛砂、鐵砂等）等高速噴射到待處理工件表面，使工件外表面發(fā)生變化。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度。相對于碳鋼板，熱鍍鋅板材的噴砂工藝使用的沙粒粒徑更小，氣壓更低。箱體類產(chǎn)品使用較多的板材壁厚在0.8 mm~2 mm，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響，復(fù)雜的箱體結(jié)構(gòu)和門板，強(qiáng)度較高，噴砂過程中變形量較?。惠^大的箱體結(jié)構(gòu)，板材薄，無加強(qiáng)筋的情況下，噴砂時會有變形?？赏ㄟ^選擇更細(xì)或質(zhì)地更軟的砂粒、降低噴砂的壓力或適當(dāng)加大噴砂距離等方式解決變形問題，如選用80目（粒徑≤0.2 mm）以上的石英砂，氣壓0.6 MPa~0.8 MPa，距離100 mm~150 mm。

經(jīng)噴砂或掃砂作業(yè)，鍍鋅層厚度便會降低約0.5μm~0.8μm，再用干燥潔凈的高壓氣槍清理表面灰塵。受環(huán)境影響，噴砂或掃砂作業(yè)后，鋅層表面氧化層或其他轉(zhuǎn)化膜層被徹底破壞，鋅層裸露在空氣中，48 h以內(nèi)表面再形成氧化層，因此噴涂作業(yè)最好在24 h以內(nèi)進(jìn)行，正常生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)在1 h以內(nèi)上線噴涂。

該工藝的特點(diǎn)是鋅層表面氧化皮或鈍化層去除比較徹底，粗化了工件表面，增強(qiáng)了與涂層的接觸面積，適合批量生產(chǎn)，不易出現(xiàn)附著力差等質(zhì)量問題。

1.3 酒精或有機(jī)溶劑擦拭

酒精或有機(jī)溶劑擦拭是指使用酒精或其他具有溶解性質(zhì)的有機(jī)揮發(fā)物，用擦拭布浸濕，去除待處理工件表面的油污、灰塵等雜質(zhì)，使得工件表面處理獲得一定的清潔度。該工藝是大多數(shù)使用熱鍍鋅板的廠家涂裝前常用的一種前處理方式。碳鋼板的前處理，含除油、除銹、轉(zhuǎn)化膜（磷化、硅烷、陶化等）等，這些工序設(shè)備投入成本高，改成鍍鋅板后，將加工成型產(chǎn)品使用酒精或有機(jī)溶劑擦拭，清理產(chǎn)品在機(jī)加工過程中的灰塵、油污、指紋等污物，再上線噴涂，前期的設(shè)備投入低，也大幅度縮短了生產(chǎn)周期。圖1為電氣柜門噴塑流水線上線前使用酒精擦拭。

鍍鋅板經(jīng)酒精或有機(jī)溶劑擦拭再噴涂也能獲得良好的附著力，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是沒有破壞鍍鋅表面，鍍鋅層與涂層達(dá)到雙層防腐的效果，具有更好的防腐效果。缺點(diǎn)是大量生產(chǎn)時擦拭布更換不及時，易造成鍍鋅層表面二次污染，最終會影響涂層的附著力。

圖1 電氣柜門噴塑前酒精擦拭

1.4 化學(xué)前處理

熱鍍鋅板噴涂前化學(xué)處理，主要工序包括脫脂和轉(zhuǎn)化膜處理。蔡寶良等采用鋅系磷化膜能得到很好的涂層附著力[2]，隨著無磷排放的環(huán)保要求，采用硅烷處理、陶瓷轉(zhuǎn)化膜等環(huán)保型轉(zhuǎn)化膜工藝也能提高鍍鋅層與涂層結(jié)合力[3-4]，適合流水線生產(chǎn)。

熱鍍鋅板表面處理狀態(tài)有多種，不同表面處理的鍍鋅板材，涂裝前化學(xué)處理工藝也有不同，表1給出了鋼板及鋼帶的鍍層種類、鍍層表面結(jié)構(gòu)、表面處理的分類和代號。作為替代碳鋼板噴涂用的熱鍍鋅板，宜選用不處理（U）或不涂油（C、C5、P、AF、AF5）的鍍鋅板，前處理可減少轉(zhuǎn)化膜工藝。

表1 鋼板及鋼帶的鍍層種類、鍍層表面結(jié)構(gòu)、表面處理的分類和代號

化學(xué)前處理的特點(diǎn)首先是不受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響，即使復(fù)雜結(jié)構(gòu)箱體，也可以通過增加排氣排液的工藝孔來實現(xiàn)；其次適合批量生產(chǎn)，相對前處理成本低?；瘜W(xué)前處理過程應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控工藝參數(shù)，出現(xiàn)脫塑、局部起泡、膜層開裂等附著力差的質(zhì)量問題時有發(fā)生，影響生產(chǎn)。

綜上所述，熱鍍鋅板的表面處理類型、厚度和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，是影響前處理工藝選擇的主要因素，此外還要考慮現(xiàn)有的設(shè)備條件、產(chǎn)品的量和成本比例。4種前處理工藝適用的產(chǎn)品綜合對比，見表2。

表2 鍍鋅板的前處理工藝對比

2 試驗

2.1 試驗材料及工藝

試驗樣板選用SGCC熱鍍鋅鋼板，規(guī)格：DC51D+Z-50/50-M-FC-AF5，樣板尺寸（mm）：150*80*1.0。試驗樣板的前處理工藝、參數(shù)及數(shù)量見表3。

表3 樣板的前處理工藝、參數(shù)及數(shù)量

2.2 性能測試

噴涂后附著力采用劃格法，按照GB/T 9286的標(biāo)準(zhǔn)要求，選用2 mm間隔的劃格刀測試鍍鋅層與噴塑膜層附著力。

沖擊試驗按照GB/T 1732進(jìn)行，落地高度為50 cm，樣板正沖和反沖各1次。

將試樣按照劃叉法，沿對角線方向劃開，按照GB/T 10125進(jìn)行中性鹽霧（NSS）試驗，采用連續(xù)噴霧方式，持續(xù)240 h。以試樣對角線兩邊的腐蝕擴(kuò)散、起泡、剝落程度來評價涂層耐蝕性和附著力。

3 結(jié)果與分析

3.1 手工打磨、噴砂前后鍍鋅層厚度對比

從表4可以看出，手工打磨后鍍鋅層厚度降低了約1.2μm，噴細(xì)砂相對比較均勻，膜厚降低了0.6μm，對鍍鋅層的影響不大。

表4 手工打磨、噴細(xì)砂前后樣板鍍鋅層厚度對比（單位：μm）

3.2 附著力測試

對樣板進(jìn)行膜層厚度、附著力、沖擊、劃痕鹽霧腐蝕試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 涂層附著力性能測試

從表4、表5可以看出，打磨、噴砂會降低熱鍍鋅厚度，其中打磨對鍍層厚度影響比較大，且不均勻，使得雙層防護(hù)體系打了折扣。雖然四種前處理工藝都能獲得合格的膜層附著力，經(jīng)240 h連續(xù)鹽霧噴霧試驗，劃痕處腐蝕擴(kuò)散≤2 mm，也無起泡、剝落等現(xiàn)象，但在實際應(yīng)用過程當(dāng)中，特別是使用環(huán)境比較惡劣的情況下，酒精或有機(jī)溶劑擦拭工藝是推薦噴涂前處理工藝，不僅前期設(shè)備投資成本低，后續(xù)使用成本相對低廉，且對熱鍍鋅板表面處理狀態(tài)也不受限制，還能得到較好的涂層附著力，確保了雙涂層防護(hù)體系。

4 結(jié)語

通過對熱鍍鋅板涂裝前四種前處理技術(shù)的特點(diǎn)分析和試驗驗證，4種前處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)明顯，也都能獲得合格的膜層附著力。日產(chǎn)量較?。ㄐ∮?00件）的情況下，推薦使用酒精或有機(jī)溶劑擦拭的工藝，但應(yīng)注意現(xiàn)場通風(fēng)和勤換擦拭布，不僅減少設(shè)備的投資、節(jié)約成本，也能獲得較好的涂層質(zhì)量。為減少現(xiàn)場易揮發(fā)有機(jī)物的排放，可選擇噴細(xì)砂工藝，雖然鍍鋅層有少量損失，但損失部分比較均勻，涂層與鍍層仍然得到較高質(zhì)量的雙層防護(hù)體系。日產(chǎn)量在500件以上的情況下，推薦使用化學(xué)處理工藝，建設(shè)脫脂+轉(zhuǎn)化膜+涂裝的自動化流水線，前期的設(shè)備投資平分到總產(chǎn)量中，前處理的實際成本也會隨之降低，降本增效的同時，也要加強(qiáng)對產(chǎn)線各參數(shù)監(jiān)控管理，確保涂層質(zhì)量。