金属表面处理对涂料性能的影响

底材表面处理质量好坏，不仅决定着工件表面能否涂装，而且也极大地影响着涂层的附着力、外观、耐湿性及耐腐蚀性等性能。国外有一句格言：好的涂装前处理，可以使普通的涂料得到良好的涂层；没有好的涂装前处理，即使优质的涂料也得不到优质的涂层。前处理不好，锈蚀仍会在涂层下继续蔓延，使涂层成片脱落。为了获得更好的涂层性能，需要对底材进行表面处理。

　　金属表面处理方法大致可以分为机械法及化学法两大类。机械法主要包括抛光、打磨、喷砂（或抛丸）等，化学法主要包括氧化、磷化等。喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂等）高速喷射到需要处理的工件表面，使工件的外表面或形状发生变化，从而获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增大了涂层间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。磷化工艺是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高涂层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。

　　本文通过研究喷砂、磷化及二者复合工艺对涂层光泽、抗弯曲性、抗冲击性和耐腐蚀性的影响，确定最佳的工艺条件，从而使涂层综合性能达到最优。

　　1实验部分

　　1.1原材料及仪器

　　试板：120mm×50mm×0.3mm马口铁板，国家涂料检测中心；150mm×70mm×10mmA3钢板，自备。磷化液，杭州三荣表面处理科技公司；脱脂剂，上海Chemetall公司；钢丸，长沙县跳马钢砂厂，硬度HRC46.4~50.3。涂料：Amerlock400高固体分环氧漆，庞贝捷涂料昆山有限公司；不同类型的铁路专用弹性元件产品，自备。

　　Q326A型履带式喷砂机，青岛海宁铸友机械有限公司自动磷化线，无锡市凯灵电镀设备有限公司；GT-7004-L盐水喷雾试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司；KGZ-1A镜向光泽度仪，天津材料试验机厂；TT260覆层测厚仪，北京时代集团公司；QCJ漆膜冲击器，天津材料试验机厂；刀片、胶带、尺。

　　1.2涂装前处理工艺1.2.1喷砂工艺将马口铁板试样脱脂后黏贴在A3钢板上，放入Q326A型喷砂机喷砂处理；将A3钢板试样脱脂后，放入Q326A型喷砂机中。用不同粒径的钢丸在不同的喷砂时间下处理试样。喷砂处理的试样表面吹净后，30min内喷涂涂料或进入自动磷化线，在进入自动磷化线处理的试样在8h内喷涂涂料。

　　1.2.2自动磷化线工艺流程

　　上料→预脱脂→脱脂→水洗1→水洗2→酸洗→水洗1→水洗2→交换水洗→表调→磷化→去离子水洗1→去离子水洗2→热去离子水洗→烘干→下料（备用）。

　　1.3涂层性能检测

　　按照GB/T9754—2007检测A3钢板试样的光泽；按照GB/T6742—2007检测马口铁板试样的抗弯曲性；按照GB/T1732—1993检测马口铁板试样的抗冲击性；按照GB/T1771—2007对A3钢板试样和铁路专用弹性元件产品试样进行中性盐雾试验。

　　2结果与讨论

　　2.1不同处理工艺对光泽的影响涂层的光泽是衡量涂层外观性能的一个重要指标，金属底材的不同处理工艺，对涂层的光泽有重要影响。图1为喷砂、磷化及喷砂后再磷化3种处理工艺的光泽变化。图1表明：喷砂后再磷化的涂层光图泽比仅喷砂的要大8个单位，而比磷化的要小20个单位。将石英砂高速喷射到底材上，可使得底材外表面或形状发生一定的变化，获得不同粗糙度的表面。喷砂后的表面粗糙度变大，使得对应的光泽大大降低。喷砂后的底材经过磷化处理后，在试板表面形成一层细致密实又薄的磷化膜，从而使其光泽有所增加。

　　2.2不同处理工艺对柔韧性的影响弯曲试验主要检测涂层的柔韧性，但它所反映的不仅是柔韧性，还涉及到硬度、附着力等其他性能。不同处理工艺对涂层柔韧性的影响如图2所示。从图2可以看出：磷化后的涂层柔韧性很差，虽然磷化膜坚硬，耐蚀性好，但脆性大，柔韧性和耐冲击性都会降低，涂装后受到挠曲、冲击等外力作用时，涂膜即使无任何缺陷，也常会出现剥落。而喷砂后的涂层柔韧性较好。

　　2.3不同处理工艺对抗冲击性的影响抗冲击性是指涂层瞬间变形的能力和弹性。不同的工艺对涂层的抗冲击性有很大的影响（图3）。由图3可以看出：喷砂的抗冲击性最强，磷化较弱，喷砂后再磷化介于二者之间。喷砂是通过高强度的砂粒使金属表面形成不规则的凹凸表面，增大涂料接触面积并形成了机械镶嵌，增加了涂膜与表面的吸附力，从而重锤自由落于试板上时很难引起涂层破坏。而通过化学方法磷化形成的致密薄膜由于脆性大，使得其抗冲击性大大下降。

　　2.4不同处理工艺对耐中性盐雾性的影响盐雾试验是利用盐雾试验设备所创造的人工模拟海洋气候环境条件来考核产品或金属材料耐腐蚀性的环境试验。经过磷化、喷砂、喷砂后再磷化的处理工艺的样板盐雾试验结果如表1所示。

　　经中性盐雾试验542h后，直接磷化后的样板划痕处腐蚀扩散≤0.5mm，仅喷砂的样板腐蚀扩散达2~4mm，喷砂后再磷化的样板腐蚀扩散≤2mm。可见，磷化后的样板盐雾性能最好。这是因为磷化后的底材表面形成了均匀致密的薄膜，增强了涂膜的渗透及吸附能力，大大降低了水和氧的透过速率，使得其抗腐蚀能力增加。而喷砂处理增加了底材表面的粗糙度，由于过于粗糙的表面不能被涂料很好浸润，容易包裹空气而形成缺陷，其抗腐蚀能力就大大下降。

　　进一步探讨喷砂后再磷化工艺关于喷砂时间及石英砂粒径对耐盐雾性的影响，试验结果见表2。由表2可见：喷砂后再磷化工艺喷砂粒径为0.6~0.8mm对耐中性盐雾性影响不大，喷砂时间对中性盐雾试验影响也很小，这主要是因为喷砂后的试板经磷化处理后，磷化液在金属试板表面形成自身固有的晶体，对不同喷砂粒径和不同喷砂时间对试板产生的不同粗糙度有一个填平效应，从而使不同喷砂粒径和不同喷砂时间对涂层中性盐雾试验的影响减少。

　　3不同处理工艺对铁路专用弹性元件产品中性盐雾试验的影响

　　为了证明涂料的常规性能随处理工艺的不同而有所变化，我们对公司的减振器、球铰和通用垫板3种产品进行中性盐雾试验，其中每种产品经过喷砂（未磷化）或喷砂后再磷化工艺处理。

　　可以明显看出：未磷化的减振器经过200h的中性盐雾试验后，主表面全部生锈；而磷化后的减振器经过308.5h后，主表面却只有少量的白色腐蚀物及红锈。从而说明磷化后减振器的耐盐雾性远好于未磷化的减振器。

　　未磷化的球铰经过66h的中性盐雾试验后，主表面有少量的红锈并且起泡，轴孔有少量的红锈；磷化后的球铰经过282.8h后，主表面没有明显的腐蚀，有一轴孔有少量的红锈。这说明磷化后球铰的耐盐雾性优于未磷化的球铰产品。

　　可以明显看出：经过200h的中性盐雾试验后，未磷化的通用垫板主表面几乎全部生锈；而磷化后的主表面却只有少量的红锈。说明磷化后通用垫板的耐盐雾性远好于未磷化的通用垫板。

　　由减振器、球铰、通用垫板3种产品进行中性盐雾试验的结果可以得出结论经过磷化后的产品其耐盐雾性优于未磷化的产品，这与2.4节试板的中性盐雾试验结果保持一致。

　　4结语

　　为了保证涂层的光泽、抗弯曲性、抗冲击性及耐盐雾性等综合性能达到最佳，我们选择喷砂后再磷化的复合工艺作为喷涂前最佳金属表面处理工艺。但是实际生产中，根据产品形状规格或客户的要求，可能还会选择打磨、抛光等其他工艺或复合工艺，这需要在生产中灵活应用。