施晓杰(黄山华佳表面科技有限公司)
摘要：涂装的目的是为了起到防护作用、装饰作用及特种功能。目前涂装工艺可归纳为：前处理→喷涂→固化三个步骤，而要获得良好的涂装质量需控制好基材表面质量、前处理质量、涂装环境及固化效果，且不同的被涂物的质量标准也不一样。以渣土车箱为例，分析了涂装过程中影响产品质量的因素。
关键词：涂装工艺 工程机械粉末涂装
0、引言
机械工业注重产品内在品质的同时，也在关注产品的外观装饰性，对工程机械的外观质量提出了更高的要求。而涂装质量的好坏直接影响到工程机械产品的外观、市场竞争力及使用寿命[1]。因此，保证和提高涂装工艺质量对于工程机械产品和企业都有着十分重要的意义。因此，工程机械产品对于原材料表面质量、工件前处理质量、涂装环境、固化效果等方面格外重视。
以渣土车为例，对其涂装质量要求、涂装工艺进行分析，探讨其涂装生产中相关的几个控制点。如图1所示，渣土车箱以厚钢板焊接成的结构件，是整车的重要外观覆盖件。
1、质量检测项目及技术指标
对图1中的渣土车箱而言，涂层的质量就是要获得良好的外观和防护功能。因此为满足该要求，对产品质检制定若干项检测项目及技术指标。
表1中的性能指标在实际生产中，要想对这些项目都进行检验是不现实的，也没有必要。比如耐水性、耐酸、碱性是由粉末本身性能决定的，因此在粉末正式使用前进行一次检测实验，不需要在正常生产时对工件的漆膜进行检验。而像光泽、颜色、涂膜的厚度等直接影响到涂装外观的检验项目，就需要进行全检。另外检测附着力时会破坏涂膜，因此一般进行抽检。
2、涂装的工艺过程
尽管不同结构件底材处理侧重点不尽相同，但基本的涂装工艺流程是相同的。由于工程机械范围广、规格多、整机重、零部件大，涂装工艺一般分为四个阶段：抛丸处理→化学前处理→喷涂作业→固化或干燥。但是同类的工件在不同的企业生产出来的涂装质量却存在差距，同样的工件在同样的企业由于生产批次不同涂装质量也存在差距，质量问题时有发生。如表2是渣土车涂装的工艺流程。
3、影响涂膜质量的因素
3.1 材料表面质量
工件材料本身的表面质量对涂装而言十分关键，会影响到成品涂膜的质量。由于材料都是购买的，因此需要在材料采购时就要确保表面质量。另外材料的存放和防护也是一个关键，再好的钢材露天存上半年也都会锈蚀，时间越长锈蚀越严重。
3.2 表面处理-抛丸、化学前处理
涂装粉末前工件需要经过抛丸和化学前处理，其中的工序较多，不仅每一道工序都会对涂装质量造成影响，而且不同工序造成的影响程度也不一样。
3.2.1 抛丸
抛丸处理在工程机械中普遍采用，不仅可以去除表面氧化皮等杂质提高外观质量，而且可以强化工件表面，提高其疲劳强度。抛丸处理的工件表面质量主要是两个方面：一个是洁净度，影响到涂膜的附着力；另一个是表面粗糙度，影响到涂膜的外观质量。
要保证表面抛丸处理的质量，首先确保抛丸设备的正常运行，再根据工件的类型确认钢丸的尺寸、喷头的角度、击打力度。需要注意的是处理过后的工件不能长期存放，否则表面会再次出现严重的锈蚀或氧化皮。
根据ISO8501《涂装油漆和相关产品前的钢材的预处理表面清洁度的目测评估》标准，将抛丸(喷沙)除锈的质量分为Sa1、Sa2、Sa2.5和Sa3四个等级，要想获得良好的涂层附着力，必须达到Sa2.5 以上，如表3。
3.2.2 化学前处理
作为涂装的工件，工件表面要求无水、无油、无锈、无灰尘杂质。因此需要通过化学前处理来除去工件表面的水、油、灰尘等杂质，否则会影响涂膜与工件表面的附着力，并出现针孔、气孔、缩孔等缺陷，严重时还会导致涂膜起皮，起皱，甚至大面积脱落。
工程机械中化学前处理一般采用磷化或硅烷两种表面处理。而本文讨论的(xx客户)渣土车前处理使用的是硅烷表面处理，如表4，分为7阶段：预脱脂→脱脂→水洗1→纯水洗1→硅烷→纯水洗2→水分烘干[2]。
先进入脱脂工序除去工件表面的油污，然后经过水洗，将工件表面的脱脂残留液清洗干净，再进入硅烷处理，之后经过一道纯水洗工序，最后进行水分烘干。需要注意的是：
①脱脂是通过皂化反应处理表面油污，因此需要一定温度，所以脱脂时要控制好槽液的温度，如图2。油污若有残留，会导致涂膜出现缩孔、附着力差等问题。
②硅烷处理又称钝化或陶化，本文渣土车箱硅烷槽液呈酸性，因此处理后的工件不可以长期放置，以防出现返锈现象。
③硅烷后纯水洗的工件一定要将水分烘干，否则会导致涂膜出现针孔或气孔。
3.3 涂装环境
涂装环境直接影响到涂装外观，有时还会影响到涂膜附着力。涂装环境主要考虑空气的相对湿度、温度和喷粉房的清洁度。湿度过高，可能会在工件表面凝聚水分，导致漆膜在外观上出现气孔。温度过高，会导致粉末出现结块现象。喷粉房清洁度则影响到外观，易使涂膜表面出现杂点或颗粒。因此需要注意以下几点：
① 控制好室内温度，最好不要高于35 ℃；
② 最佳环境湿度为30%~70%，当相对湿度超过85%，气温下降时，被涂物表面的温度会低于气温(钢结构表面在这种情况下的温度常常会低于气温)，其表面就会有水气附着表面；
③ 室内作业时，保持室内空气的流通，所以对室内的送风量大于排风量，而且应使排入的空气经过除尘、去湿处理；
④ 要保证环境清洁度，减少空气中大于10 μm以上的尘埃；
⑤应注意电火与粉末不能离得太近。
3.4 固化效果-温度、时间
粉末的固化过程分为三个阶段：聚结、熔融及流平、固化。喷涂完粉末后，只有经过一段时间的高温固化，才能形成外观和性能良好的涂膜。否则会出现涂膜固化不良，导致涂膜的附着力会出现严重问题。因此，固化温度、时间对涂膜的附着力有重大影响。
我们要清楚，粉末涂料的固化温度跟烘烤温度是有区别的。烘烤温度一般是涂装线设定的炉温温度。而固化温度是粉末达到涂膜固化所需要的温度。简单说，就是工件温度要达到该粉末固化所需的温度。要注意的是：需要根据工件的厚薄，喷涂粉末工件的多少，粉末要求的固化温度，来合理设定烘烤温度和时间。因此，对于烘烤温度和时间的设定需要测量后才能决定。
① 使用炉温仪测量炉温，多次测量不同厚薄工件、不同数量工件的温度变化曲线及实际的烘烤环境下的空气温度。
② 根据粉末要求的固化温度设定烘烤温度，测试喷涂粉末后对应工件的涂层附着力是否达标，来设定合适的烘烤温度和时间。
4、结语
① 工程机械产品涂层的防护质量在很大程度上取决于涂装前处理质量的好坏[3]。
② 除了前处理质量的控制以外，工件材料、涂装环境、固化温度和时间等任一环节出现问题，都可能会出现质量问题。
③ 由于涂装的工序较多，每一道工序都会对涂膜质量造成不同程度的影响，而有些影响是致命性的，一旦出现就只能返工。因此，对关键工序重点控制，避免出现质量事故。
参考文献：
[1] 张瑞，倪玲华，陈吉祥，等. 浅议工程机械涂装质量的几个关键控制点[J]. 建筑机械化，2012(12)：69-71.
[2] 周传彦，季建华，施国颖，等. 现代工程机械涂装前处理工艺现状及发展趋势[J]. 材料保护，2020，53(S01)：60-63.
[3] 雷惊天，冯炬，杨雪，等. 浅谈工程机械涂装前处理的最新进展：第十五届全国涂料与涂装技术信息交流会暨商用车、工程机械、轨道交通涂装技术研讨会论文集[C]. 合肥，2012：216-219.
来源：2021/2022中国粉末涂料与涂装行业年会会刊
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