曹明飛，劉誠桓

（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，江蘇 常州 213000）

高爾夫球車作為一種代步工具，需要涂裝賦予其優(yōu)良的防護(hù)性能，以提高其商品價(jià)值和延長其使用壽命。高爾夫球車經(jīng)常要行駛在草坪、泥土上，遭受塵土、沙石的沖擊，行車環(huán)境差，車底零部件生銹是影響其使用壽命的重要因素之一[1]。因此，車底的涂層必須具有優(yōu)良的耐蝕性、耐水性、耐油性、耐酸堿性、耐候性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。

目前，高爾夫球車底部零配件采用靜電噴塑(以下簡稱噴塑)的表面處理方式進(jìn)行防腐。噴塑具有以下優(yōu)點(diǎn)：無溶劑，減少了環(huán)境污染；工序簡單，施工效率高；施工過程損耗少，且可回收再利用；涂膜性能優(yōu)異，可實(shí)現(xiàn)一次性涂裝[2]。車底前軸部件也采用了噴塑的方式進(jìn)行表面處理，但是由于前軸是焊接類結(jié)構(gòu)件(如圖1所示)，存在板與板搭接焊在一起的結(jié)構(gòu)，這些板搭接的縫隙在噴塑過程中不能完全封閉，經(jīng)常是腐蝕的源頭，因此單一噴塑涂層的形式不能完全滿足焊接結(jié)構(gòu)的表面防腐要求。相比之下，電泳工藝更加適合形狀復(fù)雜的工件。電泳涂裝是電化學(xué)和高分子化學(xué)相結(jié)合的技術(shù)，以水作為載體，反應(yīng)過程涉及電解、電泳、電沉積和電滲四種物理化學(xué)現(xiàn)象，其泳透力十分優(yōu)異，在凹下部位、焊接段都能實(shí)現(xiàn)100%覆蓋[3]。

圖1 前軸結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structural sketch of front axle

本工藝采用電泳、噴塑雙涂層保護(hù)體系，首先電泳沉積耐蝕性和附著力優(yōu)良的薄膜涂層，在基材表面及焊縫間隙內(nèi)嚴(yán)密覆蓋，接著在電泳漆膜上進(jìn)行噴塑，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜焊接類結(jié)構(gòu)件的涂層100%覆蓋，也可以保留噴塑涂層較好的耐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。

1 涂裝工藝

為獲得優(yōu)質(zhì)的涂層，電泳前必須進(jìn)行表面處理。本工藝采用了磷化表面處理方式，整個(gè)涂裝工藝流程大致如下：酸洗磷化→焊接→酸洗磷化→電泳→噴塑。由于存在板與板搭接焊接的結(jié)構(gòu)，為保證搭接處也能形成良好的磷化膜，對(duì)零件進(jìn)行酸洗磷化后再焊接。要注意控制產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍，在焊接后立即送去二次酸洗磷化。由于一次磷化膜還存在，二次酸洗磷化只需要去除焊接產(chǎn)生的氧化皮，磷化時(shí)間短，降低了板搭接處酸蝕的傾向。為進(jìn)一步防止搭接處殘存酸液，采用高溫磷化以縮短磷化時(shí)間。通過焊接前零件酸洗磷化和焊接后整體磷化，焊接件在電泳前獲得了良好的表面處理。

相對(duì)于陽極電泳，陰極電泳涂層的耐蝕性更好、滲透力更高[4]，因此采用陰極電泳作為底漆。要定時(shí)檢測槽液，嚴(yán)格控制槽液和清洗液的pH及有機(jī)溶劑含量，才能保證電泳涂膜表面光滑、平整、豐滿，無顆粒、縮孔、針孔等缺陷[5]。還要確保槽液的固體分在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，加強(qiáng)槽液攪拌，控制好電壓，使電泳具有較強(qiáng)的泳透力。

噴塑采用靜電噴涂的方式，在噴塑過程中需要控制靜電電壓、進(jìn)氣壓力、霧化壓力、噴涂距離、噴槍移動(dòng)速率等條件，以獲得均勻的噴塑涂層。同時(shí)需要嚴(yán)格控制固化溫度和固化時(shí)間，以保證噴塑層的機(jī)械強(qiáng)度。涂料的固化條件對(duì)涂膜的性能有決定性的影響。若固化溫度過低，烘烤時(shí)間過短，則固化不完全，涂膜機(jī)械強(qiáng)度差，稍有撞擊就容易脫落；若固化溫度過高，烘烤時(shí)間過長，則有機(jī)涂膜易老化變脆，外觀和機(jī)械強(qiáng)度均會(huì)下降。烘道的固化溫度設(shè)定為210 °C，對(duì)于不同板厚的產(chǎn)品，需要不同的固化時(shí)間，薄板件的固化時(shí)間比厚板件的固化時(shí)間短。

2 涂層性能

該產(chǎn)品為出口產(chǎn)品，其涂層性能要求執(zhí)行ASTM標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。

表1 復(fù)合涂層的性能要求Table 1 Property requirements of composite coatings

通過性能驗(yàn)證，復(fù)合涂層的溶解試驗(yàn)、硬度、附著力、彎曲和耐中性鹽霧性能都能滿足要求。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1732耐沖擊性試驗(yàn)要求的導(dǎo)管最大刻度為50 cm。同一塊電泳噴塑復(fù)合涂層的樣板，按國家標(biāo)準(zhǔn)采用1 kg重錘在50 cm高度進(jìn)行沖擊后，復(fù)合涂層未發(fā)生斷裂，但是按160 in·lb的要求進(jìn)行沖擊后，在沖擊邊緣易產(chǎn)生十分明顯的裂紋，見圖2。將耐沖擊性要求按單位換算，160 in·lb要求以1 kg重錘在184.5 cm處進(jìn)行沖擊，較難實(shí)現(xiàn)。一般情況下，該裂紋發(fā)生在正沖的一側(cè)，而反沖的一側(cè)無裂紋產(chǎn)生。通過劃格試驗(yàn)驗(yàn)證了復(fù)合涂層的附著力沒有問題，因此主要從復(fù)合涂層自身的機(jī)械強(qiáng)度方面進(jìn)行分析和驗(yàn)證。而影響復(fù)合涂層機(jī)械強(qiáng)度的兩個(gè)主要因素是涂層厚度和固化溫度。

圖2 160 in·lb(a)和50 cm高度1 kg重錘(b)的正沖外觀對(duì)比Figure 2 Front view of panels impacted with 160 in·lb (a) and 1 kg hammer at 50 cm height (b), respectively

復(fù)合涂層的膜厚包括電泳底漆及噴塑層的厚度，固化溫度也包括電泳底漆和噴塑層的固化溫度。噴塑層作為復(fù)合涂層的性能層，其膜厚約80 μm，且固化溫度直接影響其機(jī)械強(qiáng)度，因此不對(duì)噴塑層的膜厚及固化溫度進(jìn)行調(diào)整。通過調(diào)整電泳漆的膜厚及固化溫度來匹配噴塑涂層的性能，改善復(fù)合涂層的整體耐沖擊性能。

為此做了4組對(duì)比試驗(yàn)，以分析和改善復(fù)合涂層的耐沖擊性，結(jié)果見表2。所有試驗(yàn)的反沖結(jié)果都良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋。第一組試驗(yàn)在正沖的邊緣處有明顯的可視裂紋；第二組試驗(yàn)在正沖邊緣處也有可視裂紋，但是其裂紋傾向明顯低于第一組；第三組試驗(yàn)的正沖可視裂紋并不明顯，但在正沖邊緣放大100倍后還是發(fā)現(xiàn)有細(xì)微的裂紋存在(見圖3)；第四組試驗(yàn)則沒有裂紋存在。

表2 不同膜厚和固化溫度的耐沖擊性試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Impact test results for different thickness of coating cured at different temperatures

圖3 第三組(a)和第四組(b)試樣正沖邊緣放大100倍后的圖像Figure 3 Images of Panel No.3 (a) and No.4 (b) at 100× magnification

由此可見，電泳底漆不能太厚，一般不能超過30 μm，超過后會(huì)導(dǎo)致復(fù)合涂層的整體膜厚偏高，耐沖擊性下降。此外電泳底漆的固化溫度對(duì)復(fù)合涂層整體耐沖擊性的影響更加明顯，這是由于在噴塑后還需要進(jìn)行高溫固化，第二次固化也會(huì)改變電泳底漆的性能，所以在電泳底漆第一次固化時(shí)應(yīng)調(diào)低固化溫度。

3 結(jié)語

對(duì)高爾夫球車車底焊接類結(jié)構(gòu)件進(jìn)行電泳噴塑復(fù)合涂裝，避免了單一噴塑時(shí)在板與板搭接處不能完全封閉的情況。

通過兩次酸洗磷化，使得板搭接間隙內(nèi)也能擁有良好的磷化層，減少了板搭接處存儲(chǔ)酸液的情況，為后續(xù)的涂裝工藝打下了良好的基礎(chǔ)。

通過調(diào)整復(fù)合涂層的厚度和固化溫度，滿足了ASTM D2794的耐沖擊性要求。