第3章 涂裝前表面預處理

3.1 表面預處理基礎知識

3.1.1 表面預處理包括哪些內容？

涂裝前表面預處理主要包括以下三個方面內容。

1）從被涂物表面清除各種污物，以保證涂層具有優良的防腐蝕性能，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污物和有機污物兩大類。前者包括氧化皮、銹蝕產物、焊渣、灰塵、各種鹽分、水等，后者主要是舊的有機涂層和各種油污。污物的處理方法主要是脫脂、除塵、除銹、清除舊涂膜等。

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

3）采用機械方法消除被涂物的機械加工缺陷和創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；對木材表面進行打磨、拋光處理等。

3.1.2 為什么要進行表面預處理？

1.保證和提高涂層的防護性能

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生電化學腐蝕。此時，含涂膜部分成為陰極，不含涂膜部分成為陽極而發生電化學腐蝕，生成FeO和H₂，并進一步變成Fe₃O₄和Fe₂O₃。Fe₃O₄和Fe₂O₃的體積比Fe大得多，所以導致涂膜鼓起、涂膜被破壞。正常情況下，在涂膜未損壞或失效時，這一過程十分緩慢。

當涂層下存在未除盡的氧化皮、銹蝕物時，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生腐蝕。根據未除盡銹蝕含量的多少，腐蝕速度不同程度地加快。

2.增強涂層對物體表面的附著力

當物體表面存在油、水時，由于油、水與涂料相容性差，難以形成連續涂層，即使形成連續涂層，其涂層附著力也大大降低，使涂層過早脫落。當物體表面有灰塵時，輕者使涂層產生麻點，重者更會形成腐蝕中心，縮短涂層壽命；當物體表面存在氧化皮、銹蝕和失效舊涂膜時，會造成涂層與物體表面附著不良。因此，表面預處理的第二個作用是增強涂層對物體表面的附著力，同時為建立一個光滑、平整、美觀的涂層做好必要的準備，為涂膜創造良好的基底。

3.創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，同時還為涂層附著提供了合適的表面形狀，增加了機械齒合作用，對涂層附著十分有利。但表面過于粗糙，也會帶來不利影響。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在涂裝時截留空氣，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.增強涂層與底材的配套性和相容性

表面預處理除了除銹等清潔工作外，還可包括金屬表面的化學轉化，主要是氧化、磷化、鈍化等，經化學轉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構，擴大涂層與底材表面的接觸面積和附著力，提供一個與涂層和底材結合的新界面，增強涂層與底材相容性，這一點對于難以直接進行涂裝的底材更有意義。同時，經處理后的表面增加了一層防護層，也提高了總體的防護性能。

3.1.3 涂裝前表面脫脂的方法及其特點？

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

（2）水劑脫脂法 該清洗劑使用成本低，脫脂能力大，高效經濟，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，脫脂時間短，但脫脂后有一層疏水膜。用于重油污和工序間清洗，也可用于預清洗。

（4）電解脫脂法 設備投入大，洗后表面活性高，在涂裝預處理方面不適用。

3.1.4 涂裝前表面除銹的方法及其特點？

（1）酸洗除銹 處理費用低，效率高，但產生較多酸霧，對車間設備損害大；對材料溶解損失大；殘留酸易使材料表面產生鐵銹現象。生產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，適合在對材料有精度要求時采用。

（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、電動磨具手工作業，用于清理少量、局部的表面銹蝕產物，但除銹不徹底。

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

3.1.5 涂裝前表面化學覆膜的方法及其特點？

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

（2）氧化處理 分化學氧化和陽極氧化。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，主要還是采用化學氧化處理。

3.1.6 涂裝前塑料表面處理的方法及其特點？

（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。另外還可通過強堿腐蝕或打磨使表面粗糙。

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

（3）物理化學方法 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生極性基團。

3.1.7 各種涂裝表面預處理方法有何優缺點？

各種涂裝表面預處理方法的優缺點見表3-1。

表3-1 各種涂裝表面預處理方法的優缺點

3.1.8 怎樣選擇涂裝前表面預處理方法？

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雜化。因此，實際生產時，表面處理方法的選擇應考慮以下幾個方面：

1）材質，指材料的類別和成分。

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

3）涂層質量要求（依應用環境條件而定）。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）表面處理的技術經濟性等。

5）環境保護的要求。

同時在處理時，表面預處理的質量等級應與涂層品質相一致。如果表面預處理質量太低，涂層品質達不到預期要求；如果質量等級太高，就影響到表面預處理的技術經濟性。

3.1.9 涂裝前表面預處理方法與材質的配套如何選擇？

涂裝前表面預處理方法與材質的配套選擇見表3-2。

表3-2 涂裝前表面預處理方法與材質的配套選擇

① 鐵系磷化適用于儀表、家具、農機、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品的磷化處理，結晶較細，成膜快；鋅鹽適合與各類涂層配套，但磷化膜不宜太厚（＜3μm）；電泳涂裝應采用低鋅磷化劑和浸漬工藝方式。

② 鋁合金的化學覆膜處理以鉻酸氧化應用多，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、組成及對涂層性能的影響

（續）