第3章 涂裝前表面預(yù)處理

3.1 表面預(yù)處理基礎(chǔ)知識(shí)

3.1.1 表面預(yù)處理包括哪些內(nèi)容？

涂裝前表面預(yù)處理主要包括以下三個(gè)方面內(nèi)容。

1）從被涂物表面清除各種污物，以保證涂層具有優(yōu)良的防腐蝕性能，確保涂層與被涂物表面具有良好的附著力。被涂工件表面污物可分為無機(jī)污物和有機(jī)污物兩大類。前者包括氧化皮、銹蝕產(chǎn)物、焊渣、灰塵、各種鹽分、水等，后者主要是舊的有機(jī)涂層和各種油污。污物的處理方法主要是脫脂、除塵、除銹、清除舊涂膜等。

2）對(duì)經(jīng)清洗處理過的工件表面進(jìn)行各種化學(xué)處理，以提高涂膜的附著力和耐腐蝕性。如對(duì)鋼鐵制件在涂裝前進(jìn)行磷化處理，對(duì)鋁制品在涂裝前進(jìn)行氧化處理，對(duì)需要涂裝的塑料、橡膠等制件進(jìn)行涂裝前化學(xué)、火焰、等離子等各種處理等。

3）采用機(jī)械方法消除被涂物的機(jī)械加工缺陷和創(chuàng)造涂漆所需的表面粗糙度。如用錘平的方法平整鋼板表面凸凹不平的缺陷，銼掉毛刺等；對(duì)木材表面進(jìn)行打磨、拋光處理等。

3.1.2 為什么要進(jìn)行表面預(yù)處理？

1.保證和提高涂層的防護(hù)性能

由于鋼鐵涂層表面有微孔存在，所以海水仍可緩慢穿過涂膜產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。此時(shí)，含涂膜部分成為陰極，不含涂膜部分成為陽極而發(fā)生電化學(xué)腐蝕，生成FeO和H₂，并進(jìn)一步變成Fe₃O₄和Fe₂O₃。Fe₃O₄和Fe₂O₃的體積比Fe大得多，所以導(dǎo)致涂膜鼓起、涂膜被破壞。正常情況下，在涂膜未損壞或失效時(shí)，這一過程十分緩慢。

當(dāng)涂層下存在未除盡的氧化皮、銹蝕物時(shí)，由于氧化皮和銹蝕物的電極電位比鋼鐵約高0.15～0.26V，成為陰極，而鋼鐵本身為陽極發(fā)生腐蝕。根據(jù)未除盡銹蝕含量的多少，腐蝕速度不同程度地加快。

2.增強(qiáng)涂層對(duì)物體表面的附著力

當(dāng)物體表面存在油、水時(shí)，由于油、水與涂料相容性差，難以形成連續(xù)涂層，即使形成連續(xù)涂層，其涂層附著力也大大降低，使涂層過早脫落。當(dāng)物體表面有灰塵時(shí)，輕者使涂層產(chǎn)生麻點(diǎn)，重者更會(huì)形成腐蝕中心，縮短涂層壽命；當(dāng)物體表面存在氧化皮、銹蝕和失效舊涂膜時(shí)，會(huì)造成涂層與物體表面附著不良。因此，表面預(yù)處理的第二個(gè)作用是增強(qiáng)涂層對(duì)物體表面的附著力，同時(shí)為建立一個(gè)光滑、平整、美觀的涂層做好必要的準(zhǔn)備，為涂膜創(chuàng)造良好的基底。

3.創(chuàng)造合適的表面粗糙度

涂層附著在物體表面主要是依靠涂料中的極性分子與底材表面分子間的相互吸引力。鋼鐵在噴砂處理后，會(huì)使表面變粗糙，隨著表面粗糙度值增大，表面積也顯著增加，單位面積上涂層與鋼鐵表面的引力也成倍增大，同時(shí)還為涂層附著提供了合適的表面形狀，增加了機(jī)械齒合作用，對(duì)涂層附著十分有利。但表面過于粗糙，也會(huì)帶來不利影響。與光滑表面相比，使用相同的涂料量，其涂層厚度要小得多，尤其是在波峰處，涂層厚度往往不足，造成涂層過早被破壞。此外，表面粗糙度值過大還會(huì)在涂裝時(shí)截留空氣，造成涂層過早起泡、脫落。所以表面粗糙度直接影響涂層與底材的附著力和涂層厚度分布。

4.增強(qiáng)涂層與底材的配套性和相容性

表面預(yù)處理除了除銹等清潔工作外，還可包括金屬表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化，主要是氧化、磷化、鈍化等，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化后的表面能夠形成類似噴砂后具有一定表面粗糙度的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大涂層與底材表面的接觸面積和附著力，提供一個(gè)與涂層和底材結(jié)合的新界面，增強(qiáng)涂層與底材相容性，這一點(diǎn)對(duì)于難以直接進(jìn)行涂裝的底材更有意義。同時(shí)，經(jīng)處理后的表面增加了一層防護(hù)層，也提高了總體的防護(hù)性能。

3.1.3 涂裝前表面脫脂的方法及其特點(diǎn)？

（1）溶劑脫脂法 主要采用三氯乙烯蒸氣脫脂。蒸氣有毒性，需在專用的封所設(shè)備中進(jìn)行。一般多與磷化配合，在脫脂的同時(shí)，形成鐵鹽鱗化膜，形成磷化膜的耐蝕性稍優(yōu)于水劑鐵鹽法，另外不需要沖洗水，節(jié)省水資源。

（2）水劑脫脂法 該清洗劑使用成本低，脫脂能力大，高效經(jīng)濟(jì)，適合于流水線使用。另外可借助超聲波大大提高清洗效率。

（3）乳液脫脂法 去污力強(qiáng)，脫脂時(shí)間短，但脫脂后有一層疏水膜。用于重油污和工序間清洗，也可用于預(yù)清洗。

（4）電解脫脂法 設(shè)備投入大，洗后表面活性高，在涂裝預(yù)處理方面不適用。

3.1.4 涂裝前表面除銹的方法及其特點(diǎn)？

（1）酸洗除銹 處理費(fèi)用低，效率高，但產(chǎn)生較多酸霧，對(duì)車間設(shè)備損害大；對(duì)材料溶解損失大；殘留酸易使材料表面產(chǎn)生鐵銹現(xiàn)象。生產(chǎn)線上的除銹和活化主要采用該方法。

（2）電解除銹 可得到平整、光精的表面，適合在對(duì)材料有精度要求時(shí)采用。

（3）堿液除銹 成本高，效率低，一般很少采用。

（4）手工除銹 采用鋼絲剝、砂布、電動(dòng)磨具手工作業(yè)，用于清理少量、局部的表面銹蝕產(chǎn)物，但除銹不徹底。

（5）機(jī)械除銹 采用噴砂、拋丸進(jìn)行，適合于大批量作業(yè)、鑄件型砂和重銹的清理，除銹較徹底。

3.1.5 涂裝前表面化學(xué)覆膜的方法及其特點(diǎn)？

（1）磷化處理 主要用于鋼鐵、鍍鋅板的涂裝前化學(xué)覆膜處理，形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜有陰極緩蝕作用，可提高涂層附著力和防護(hù)性。

（2）氧化處理 分化學(xué)氧化和陽極氧化。陽極氧化主要用于鋁合金表面形成氧化膜；鉻酸化學(xué)氧化可用于鋅合金和鋁合金表面形成氧化膜。要提高鋁合金表面涂層的附著力，主要還是采用化學(xué)氧化處理。

3.1.6 涂裝前塑料表面處理的方法及其特點(diǎn)？

（1）物理方法 主要是溶劑腐蝕，使材料多孔粗化，處理后必須立即涂裝。另外還可通過強(qiáng)堿腐蝕或打磨使表面粗糙。

（2）化學(xué)方法 通過鉻酸的氧化作用，使表面產(chǎn)生很多的極性基團(tuán)，涂膜附著力得以提高。

（3）物理化學(xué)方法 包括火焰噴射、等離子體處理、紫外線照射、電暈處理等，使材料表面降解粗化并產(chǎn)生極性基團(tuán)。

3.1.7 各種涂裝表面預(yù)處理方法有何優(yōu)缺點(diǎn)？

各種涂裝表面預(yù)處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表3-1。

表3-1 各種涂裝表面預(yù)處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.8 怎樣選擇涂裝前表面預(yù)處理方法？

由于涂裝前表面處理劑品種多，不同表面處理劑的處理方式也各種各樣，使得表面處理工藝復(fù)雜化。因此，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，表面處理方法的選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

1）材質(zhì)，指材料的類別和成分。

2）材料表面狀態(tài)（工件的結(jié)構(gòu)、形狀和表面狀態(tài)及污物的成分和性質(zhì)等）。對(duì)同種材料，不同油污種類和銹蝕程度的表面狀態(tài)，采用的處理劑要有針對(duì)性；物品的形狀不一樣，可采取的工藝方式也不一樣。

3）涂層質(zhì)量要求（依應(yīng)用環(huán)境條件而定）。鋼鐵材料主要是提高其耐蝕性，而鋅合金、鋁合金、塑料主要是為了提高涂膜附著力等。

4）表面處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等。

5）環(huán)境保護(hù)的要求。

同時(shí)在處理時(shí)，表面預(yù)處理的質(zhì)量等級(jí)應(yīng)與涂層品質(zhì)相一致。如果表面預(yù)處理質(zhì)量太低，涂層品質(zhì)達(dá)不到預(yù)期要求；如果質(zhì)量等級(jí)太高，就影響到表面預(yù)處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

3.1.9 涂裝前表面預(yù)處理方法與材質(zhì)的配套如何選擇？

涂裝前表面預(yù)處理方法與材質(zhì)的配套選擇見表3-2。

表3-2 涂裝前表面預(yù)處理方法與材質(zhì)的配套選擇

① 鐵系磷化適用于儀表、家具、農(nóng)機(jī)、彩色鋼板和粉末噴涂的磷化處理，常用噴淋的方式；鋅鈣系適合于輕工產(chǎn)品的磷化處理，結(jié)晶較細(xì)，成膜快；鋅鹽適合與各類涂層配套，但磷化膜不宜太厚（＜3μm）；電泳涂裝應(yīng)采用低鋅磷化劑和浸漬工藝方式。

② 鋁合金的化學(xué)覆膜處理以鉻酸氧化應(yīng)用多，磷化處理工藝操作性差。

③ 塑料表面脫膜劑用水基清洗劑難除掉，可采用溶劑擦洗或水砂紙打磨。

3.1.10 鋼鐵工件表面的主要污物是什么？

鋼鐵工件表面主要污物的類型、組成及對(duì)涂層性能的影響見表3-3。

表3-3 鋼鐵工件表面的主要污物類型、組成及對(duì)涂層性能的影響

（續(xù)）