热镀锌板静电喷涂漆膜脱落原因分析
2011-07-08 14:20阅读：
金永清
(攀枝花钢铁(集团)公司，四川攀枝花617000)
摘要：针对用热镀锌板代替电镀锌板制作零件时易出现漆膜脱落问题，对镀锌层组织结构、磷化液成分及磷化膜结晶形态进行了分析，得出热镀锌板静电喷涂漆膜脱落的主要原因是磷化膜结晶粗大，晶粒度均匀性较差。通过采取适当提高磷化液中gn2+、Ni2+含量及添加适量F-等措施，明显改善了漆膜附着力。
关键词：热镀锌板；静电喷涂；磷化；附着性
中图分类号：TG335．22 文献标识码：A 文章编号：1003-9996(2006)05-0010-04
Cause Analysis of Static Spraying coating Flake Away from
Hot-dipped Galvanized Sheet Steel
JIN Yong-qing
(Panzhihua Iron and Steel(Group)Co．，Panzhihua 617000，China)
Abstract：The static spraying mating was easily flaked away from
hot—dipped galvanized sheet steal to make parts．The causes were
analyzed from microstructure of zinc mating，compositions of
phosphate solution and crystal conformation of phosphate mating．The
result shows that crystal coarse and worse uniformity of phosphate
mating are the main reasons．The adhesion of phosphate coating can
be obviously improved by increasing Mn2+，Ni2+and appending
F一．
Key words：hot—dipped galvanized sheet steel；static spraying
coating；phosphate；adhe
sion
1 引言
随着热浸镀锌技术的进步，热镀锌板的表面质量已可与电镀锌板相媲美，而热镀锌板的耐蚀性却高于电镀锌板，且使用成本远低于电镀锌板，因此，目前家电行业正逐渐以热镀锌板替代电镀锌板。但由于热镀锌板较电镀锌板的镀层厚、晶粒粗大且其镀层中含有铝等，因而家电行业在用热镀锌板制作零件时，往往会产生磷化工艺对热镀锌板不适应的问题。如某空调生产厂在以热镀锌板替代电镀锌板制作空调喷塑零件时遇到漆膜附着力下降问题，即零件在喷涂之后下线的前3天进行划格试验时，漆膜无脱落，附着力良好，但其放置3～7天后，却出现漆膜脱落现象。为此，对漆膜脱落原因进行了分析，并采取了改进措施，使漆膜附着力明显提高。
2生产工艺
空调喷塑件的生产工艺流程为：原料卷一开卷一剪切下料一冲压成型一脱脂一水洗一表面调整一磷化一水洗一烘干一喷塑一烘干。各工序主要作用：
(1)表面调整处理主要用于：①增加表面活性，提高磷化速度；②消除表面粗化效应，提高表面活性均一化；③促进磷化晶体的形核，细化晶粒，提高磷化膜的附着力与耐蚀性；④减少沉渣，降低槽液消耗。表面调整剂一般采用胶体磷酸钛盐、锰盐、草酸等。
(2)磷化处理主要是喷塑前在钢板表面形成一层薄而均匀细致的化学转化膜，以提高漆膜与金属间的附着力。原料采用镀锌卷时，磷化工艺一般采用常温锌系磷化。
(3)喷塑采用静电粉末涂装，涂层一般为聚氨酯。
3样品检测分析
3．1磷化液
对磷化液取样进行成分分析，其杂质含量(g／L)：A13+为0．100，Cl-为0．048，Fe2+为0．021。，可以看出，磷化液中含有较高的Al3+和Cl-，而Fe2+含量较低。
3．2锌层
对喷塑件在冲压成型后(磷化前)进行取样，取样位置如图1所示(后面的取样位置相同)。采用粗糙度仪测试其翻边面及底面的粗糙度，测试结果见表1。由表1可见，冲压成型后翻边面粗糙度增大。此外，在电镜下观察其镀层断面微观组织结构。分析表明，锌层与钢基附着良好，无裂纹产生，且锌层内部组织结构无变化，没有变疏松的迹象。
3．3磷化膜
对漆膜附着力较差的喷塑件取样，并将其漆膜剥离后，在电镜下观察了喷塑件翻边面及底面的磷化膜结晶形态，结果见图2。由图2可见，磷化膜结晶粗大，且晶粒大小极不均匀；对于磷化膜晶体的形状，翻边面基本为颗粒状，而底面为针棒状；翻边面磷化膜较底面厚，而底面的磷化膜晶粒较翻边面细小。
4改善漆膜附着力试验
为进一步查找漆膜脱落的原因，改善漆膜附着力，在样品检测分析的基础上，进行了强化清洗试验及工业试验。
(1)强化清洗试验。在现场生产跟踪过程中随机抽取多件成型底盘零件样品，取生产用脱脂液人工对其进行多次擦洗，在确保表面无粘附锌粉之后再挂到生产线上进行脱脂、水洗、磷化，直至喷涂、烘干，然后取下进行漆膜附着力测试。在第3天、第8天进行划格试验。结果表明，试件涂层附着力良好，无漆膜脱落现象。
(2)工业试验，在试验过程中适当提高磷化液中Ni2+、Mn2+离子含量以期获得细小而均匀的磷化膜晶体，提高其漆膜附着力。工业试验结果表明，磷化膜结晶形态得到改善，其结晶不仅致密、细小、均匀(见图3)，而且漆膜附着力大幅度提高
。
5漆膜脱落原因分析
5．1漆膜脱落实质
漆膜脱落是涂层附着力遭到破坏的结果。通常所说的涂层附着力是指涂层的干膜附着力，即涂层固化烘干下线后的附着力。但实际上涂层附着力应指涂装金属暴露在高湿环境或溶液中的附着力(湿附着力)，即指将涂装金属置于介质环境后所表现出来的附着力。因此，涂层附着力实际上应包含涂层与金属表面的粘附力和涂层本身的凝聚力。在涂层有效期内，涂层必须牢固地附着在基体表面，附着力强度越大越好，以极大地阻止界面腐蚀产物(金属阳离子)经相问侧面向阴极区域扩散。同时涂层的凝聚力也很重要，涂层必须形成致密、连续、牢固的膜层，才能有效地阻挡外界电解质溶液对基体的渗透，防止微电池的形成[1、2]。因此，漆膜附着力与基板表面状态、预处理工艺、涂料性能、漆膜厚度及其烘烤固化温度控制，以及工作环境等多种因素密切相关。因热镀锌板与电镀锌板在镀层厚度、镀层晶粒度及镀层成分等方面有所不同，所以生产喷塑件时，其冲压成型工艺(决定基板表面状态)及其磷化工艺也应有所不同，否则漆膜附着力会有恶化倾向。
5．2冲压成型工艺的影响
镀锌板在冲压(翻边)成型过程中，由于锌质地较软，锌层表面因受摩擦力作用而会被部分磨掉，被磨下的锌粉粘附于模具及零件表面，在随后的脱脂水洗时被洗掉，确保基板表面洁净。但由于热镀锌板镀层较厚，镀层晶粒较粗大，所以在冲压成型过程中被磨下的锌粉不仅数量较多，而且颗粒较粗(部分成片状)，经脱脂水洗难以完全去除；成型后零件的表面粗糙度为原来的1．6～1．8倍。零件表面未除净的锌粉会干扰磷化过程的正常结晶，从而影响涂层附着力；此外，喷塑后零件表面粘附锌粉处产生凸起状麻点缺陷，也影响了成品表面质量。因表面粗糙度增大，即表面积增大，故使磷化反应加快，磷化膜结晶粗大，膜重增加，从而影响漆膜与镀层间的附着力。
强化清洗试验表明，减少零件表面粘附的锌粉，有利于提高漆膜附着力。因此，通过调整冲压模具间隙或降低锌层厚度，可减小锌层与模具间摩擦，从而减少成型后表面粘附的锌粉及改善成型后的表面粗糙度，有利于提高漆膜附着力。
5．3磷化工艺的影响
磷化处理主要用于获得薄而结晶细小、均匀、连续的化学转化膜，以使涂层与之有较好的粘附力。正常情况下，磷化膜的结晶形态为薄而致密均匀的针状、树枝棒状，但加入Ni2+、Mn2+后可使其变为颗粒状[3J3。因此，为改善磷化膜结晶形态，提高磷化膜附着力，磷化液中通常添加适量的Ni2+、Mn2+。
对磷化液成分分析表明，磷化液中含有较高的Al3+和Cl-。AP+是锌层中的铝在酸性磷化液中溶解而产生的。锌层中的铝来源于为提高镀锌层与钢基的附着力而特意添加的热镀锌锌液。Cl-主要来源于清洗水。A13+和a一是对磷化液危害最大的金属离子及阴离子，当磷化液中的A13+、Cl一积累到一定浓度后，会使磷化膜结晶变粗大，均匀性变差，且膜重超过工艺控制许可范围(1．O～4．59／m2)，从而易造成喷涂层在划格试验时成片脱落[4-6]。工业试验也表明，采用热镀锌板作喷塑件时，适当提高磷化液中Ni2+、Mn2+含量，磷化膜晶体会变成颗粒状，且晶粒得以细化，分布均匀性得到改善，涂层附着力大幅度提高。
磷化液中Fez+浓度也会影响磷化膜质量，需严格控制；但检测结果表明，磷化液中Fe2+浓度仅为0．0219／L，远低于AP+的浓度，在工艺控制许可范围之内。这是因为虽然热镀锌板镀层中的铁含量(钢基中的铁原子在热镀锌过程中扩散进入锌层中的)高于铝，但在常温、低温锌系磷化液中由于有大量的氧化性促进剂，槽液中的Fe2+易被氧化成Fe3+而形成磷酸铁沉淀，不会造成槽液中Fez+的积累。
此外，表面调整处理对磷化有很大影响，尤其是对表面状态不佳的工件，以及低温常温磷化，表面调整处理显得尤为重要[7-9]。因此，采用热镀锌板作喷塑件时，应进行表面调整处理。
对于Al3+的危害，可通过向磷化液中添加适量的氟化物(NaF)来消除。因A13+可与F一络合生成Na3A1F6沉淀，且F～是有效的活化剂，可加速磷化晶核的生成，使晶粒致密，耐蚀性增强，但其不可加入过多，否则会使工件表面挂灰[4-6,
10]。对于Cl一，需经常更换清洗水，或将脱脂后的第2级水洗改为去离子水洗，以避免Cl一带入磷化液而影响成膜。
6结论
造成热镀锌板静电喷涂漆膜脱落的主要原因有二：一是热镀锌板镀层较厚、镀层晶粒较粗，以致成型后表面粗糙度过大及零件表面粘附过多锌粉，干扰了磷化膜的正常形成；二是热镀锌板镀层中甜的溶解，及清洗水带入了Cl一，以致A13+、C1一在磷化槽中积聚，使磷化膜结晶粗大。
影响漆膜附着力的因素很多，因而应对各工序进行严格控制。另外，热镀锌板与电镀锌板的镀层有不同之处，因而其工艺应进行相应调整。通过适当调整冲压模具间隙、提高磷化液中Ni2+、MI-12+含量，并添加适量NaF，可达到改善磷化膜结晶形态，提高漆膜附着力的目的。
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