分享:熱鍍鋅無(wú)鉻鈍化板涂裝不合格原因分析
熱鍍鋅鋼產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸或潮濕環(huán)境放置,在原本光亮平滑的產(chǎn)品表面上會(huì)出現(xiàn)大量白色或灰色粉末,產(chǎn)品發(fā)黑,嚴(yán)重的地方甚至出現(xiàn)了銹斑。為抑制鍍鋅鋼板發(fā)生銹蝕,對(duì)鍍鋅鋼板表面進(jìn)行鈍化處理的方式在生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。鉻酸鹽鈍化處理工藝簡(jiǎn)單、成本低、抗蝕性能好,但是Cr6+對(duì)環(huán)境的污染已逐漸被環(huán)保型無(wú)鉻鈍化劑取代[1-3]。
本鋼供家電用熱鍍鋅板后處理采用無(wú)鉻鈍化處理,鈍化板在家電工廠空調(diào)零件制造過(guò)程中多次出現(xiàn)靜電噴涂后結(jié)合力不良的問(wèn)題,劃格后漆膜大片脫落,影響家電制造廠的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)節(jié)奏。從熱鍍鋅鈍化板到家電零件成品的生產(chǎn)工藝較長(zhǎng),從沖壓、涂裝前處理、靜電噴涂和漆膜烘烤等一系列較長(zhǎng)的工藝流程,諸多因素均會(huì)造成鈍化板出現(xiàn)這種“漆膜脫落”缺陷。因此通過(guò)排查現(xiàn)場(chǎng)工藝,借助測(cè)厚儀、掃描電鏡(SEM),分析油膜厚度、鋼板表面形貌、噴粉后附著力等,研究此類問(wèn)題的產(chǎn)生原因是非常必要的。
1. 實(shí)驗(yàn)材料及方法
家電板制件生產(chǎn)流程為:開(kāi)卷→沖壓零件→水洗→預(yù)脫脂→脫脂→水洗→硅烷處理→水洗→靜電噴涂→固化→涂層檢驗(yàn)(附著力等)→合格噴涂零件發(fā)總裝配車間。
逐一對(duì)家電制件生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)逐一進(jìn)行排查,對(duì)沖壓段、前處理段(脫脂和硅烷處理)、噴粉房以及烘干時(shí)間和溫度都進(jìn)行了勘察,現(xiàn)場(chǎng)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)工藝異常情況,均能達(dá)到粉末涂裝的要求。因此將有問(wèn)題的鋼板和涂裝良好的鋼板取回實(shí)驗(yàn)室從油漆與基板表面的鈍化層的結(jié)合力上進(jìn)行深入研究。采用機(jī)械方法去除問(wèn)題鋼板的鈍化層,直接噴粉涂裝;采用化學(xué)方法,用酒精作為溶劑去除鈍化層表面可能附著的污染物質(zhì),再次進(jìn)行噴粉實(shí)驗(yàn);采用掃描電鏡對(duì)觀察表面具體形貌,使用能譜儀對(duì)鋼板表面成分進(jìn)行分析。
2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 宏觀形貌分析
熱鍍鋅鈍化產(chǎn)品DC51D+Z,規(guī)格0.6 mm。制成空調(diào)室外機(jī)板,涂裝后噴粉附著力不合格,劃格后漆膜大片脫落。正常零件與涂裝不良零件照片如圖1所示,圖1(a)漆膜完好無(wú)損,圖1(b)橢圓圈中條形部位大片米白色漆膜基本脫落。
2.2 機(jī)械法去除表面膜層
取3片75 mm×150 mm問(wèn)題鋼板,砂紙打磨完全去除鋼板表面鈍化層,經(jīng)過(guò)涂裝預(yù)處理后,進(jìn)行噴粉涂裝,烘烤后做劃格實(shí)驗(yàn),附著力為0級(jí),油漆結(jié)合力完全正常,并無(wú)掉漆現(xiàn)象。
2.3 膜厚分析
取問(wèn)題鋼板和涂裝后良好的熱鍍鋅無(wú)鉻鈍化正常鋼板,尺寸75 mm×150 mm各9片,分別采用紅外線膜厚測(cè)量?jī)x與X-Ray熒光測(cè)量?jī)x進(jìn)行表面膜厚測(cè)量。這兩類鋼板分別再用酒精溶劑浸泡30 min和90 min后取出吹干,再采用紅外線膜厚儀與X-Ray熒光膜厚儀分別測(cè)量膜厚,結(jié)果見(jiàn)表1。采用兩種膜厚檢測(cè)設(shè)備測(cè)量,紅外線測(cè)量的問(wèn)題鋼板表面膜厚均大于1.07 μm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X-Ray測(cè)量的膜厚0.907 μm,且在酒精浸泡過(guò)程中紅外線測(cè)量的問(wèn)題鋼板表面膜厚不斷減??;紅外線測(cè)量的正常鋼板表面膜厚為1.07~1.11 μm,X-Ray測(cè)量的正常鋼板表面膜厚0.963~0.969 μm,且在酒精浸泡過(guò)程中膜厚基本不變,兩種測(cè)量方法得到的膜厚值近似。
2.4 電鏡分析
將涂裝不良的問(wèn)題板剪成10 mm×10 mm的方塊,采用酒精溶劑分別浸泡30 min和90 min后取出吹干,然后采用掃描電鏡在高倍率下對(duì)其進(jìn)行表面形貌及表面元素分析,同時(shí)將涂裝良好的本鋼供奧克斯熱鍍鋅無(wú)鉻鈍化作為對(duì)比樣一同進(jìn)行掃描電鏡分析,結(jié)果如圖2所示。
從圖2(a)可以看到,涂裝不良鋼板表面雜質(zhì)較多,且無(wú)水分蒸發(fā)留下的致密小孔,表面除無(wú)鉻鈍化膜后還有一層物質(zhì)覆蓋在表面;圖2(c)和(d)采用酒精浸泡涂裝不良鋼板后,隨著浸泡時(shí)間的增加,從30 min到90 min鋼板表面的雜質(zhì)減少,致密小孔陸續(xù)顯現(xiàn);從圖2(d)可以看到,正常鋼板表面潔凈光整,無(wú)鉻鈍化膜在干燥過(guò)程中水分蒸發(fā)留下的致密小孔清晰可見(jiàn)。采用能譜儀進(jìn)行表面元素分析,結(jié)果如表2所示。
從表2中可以看出,所有鋼板表面均含碳、氧、鋁、硅、磷、鋅及鐵元素,其中碳、氧元素為無(wú)鉻鈍化膜或防銹油含有的元素,主要是有機(jī)物成分;硅、磷為無(wú)鉻鈍化膜的特征元素,主要為無(wú)機(jī)物;鐵、鋅、鋁為基材元素。但涂裝不良鋼板的碳、氧元素比例均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常板,這說(shuō)明鋼板表面含有更多的有機(jī)物,且隨著酒精浸泡時(shí)間的增加,碳、氧比例迅速下降,而無(wú)鉻鈍化特有的硅元素幾乎不變。這說(shuō)明酒精浸泡下無(wú)鉻鈍化膜未發(fā)生變化,但涂裝不良鋼板表面的其他有機(jī)物質(zhì)被溶劑溶解去除了[4]。
涂裝不良鋼板剪成100 mm×150 mm大小的樣片,采用酒精溶劑分別浸泡30 min和90 min后取出吹干,然后靜電噴粉、烘烤固化及自然冷卻。同時(shí)將涂裝良好的本鋼供奧克斯熱鍍鋅無(wú)鉻鈍化作為對(duì)比樣一同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將噴粉后的樣片采用折彎法來(lái)測(cè)定噴粉層的結(jié)合力,如圖3所示。涂裝不良鋼板和酒精溶劑浸泡30 min噴粉后樣片折彎掉漆,附著力差,浸泡90 min噴粉后樣片折彎無(wú)掉漆,附著力良好。
紅外膜厚測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理是根據(jù)有機(jī)物對(duì)紅外線的吸收來(lái)測(cè)量膜厚,該儀器會(huì)將樣板表面所有的有機(jī)物,包括無(wú)鉻鈍化膜、防銹油及大氣中的有機(jī)污染物等按照公式計(jì)算成相應(yīng)的有機(jī)物膜厚。而X膜厚儀是根據(jù)特征元素來(lái)測(cè)量膜厚,僅采集無(wú)鉻鈍化膜中的Si元素的信息,并通過(guò)Si元素信息來(lái)計(jì)算無(wú)鉻鈍化膜的膜厚,這種方法只會(huì)對(duì)指示元素(Si)產(chǎn)生反應(yīng),不會(huì)受到其他污染物(如防銹油等)的影響。從兩種測(cè)厚儀測(cè)量膜厚的結(jié)果以及能譜分析的結(jié)果來(lái)看,X-Ray膜厚檢測(cè)涂裝不良鋼板和涂裝良好的正常鋼板的無(wú)鉻鈍化膜膜厚相當(dāng),而紅外測(cè)厚儀測(cè)得膜厚要遠(yuǎn)大于X-Ray所得結(jié)果。同時(shí),隨著酒精浸泡時(shí)間的增加,問(wèn)題卷的碳、氧比例迅速下降,而無(wú)鉻鈍化特有的硅元素幾乎不變。說(shuō)明涂裝不良鋼板表面含有大量有機(jī)物質(zhì),且這些有機(jī)物質(zhì)能在酒精溶劑中溶解析出,推斷來(lái)源于防銹油等有機(jī)物。同時(shí),該有機(jī)污染物較難去除,需要長(zhǎng)時(shí)間酒精溶劑浸泡才能去除,這有可能是長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存使得這層有機(jī)物滲透到鈍化層中,兩者結(jié)合緊密,短時(shí)間酒精溶劑浸泡,不能完全去除有機(jī)污染物,不能改善鋼板的噴粉結(jié)合力。酒精溶劑浸泡90 min后的鋼板,表面有機(jī)污染物可以溶解掉,噴粉折彎后無(wú)掉漆現(xiàn)象,附著力良好,可見(jiàn)鋼板表面的有機(jī)污染物是影響其噴粉結(jié)合力的主要因素[5]。
(1)噴粉涂裝結(jié)合力不良的鋼板表面存在大量有機(jī)污染物,該有機(jī)污染物已經(jīng)部分滲透到無(wú)鉻鈍化膜內(nèi)部。
(2)該有機(jī)污染物是影響噴粉涂裝結(jié)合力不良的主要因素,采用機(jī)械法和有機(jī)溶劑去除掉這層物質(zhì)后噴粉涂裝恢復(fù)正常。
(3)該有機(jī)污染物難以去除,實(shí)驗(yàn)室條件下使用有機(jī)溶劑長(zhǎng)時(shí)間浸泡可以去除。
文章來(lái)源——金屬世界
2.5 噴粉涂裝模擬
2.6 討論
3. 結(jié)束語(yǔ)
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