涂装工艺学(二)

涂装工艺学张学敏编著第4章涂装前表面处理4.1涂装前表面处理的作用与方法4.3除油4.4磷化处理4.5氧化处理4.2除锈4.6塑料表面处理1.提高涂层对材料表面的附着力如：打磨粗化、化学转化膜、涂特种防锈涂料2.提高涂层对金属基体的腐蚀防护保护能力3.提高基体表面平整度材料表面过分光滑对附着力不利§4.1涂装前处理的作用和方法一.涂装前处理的作用第4章涂装前表面处理1.除油a.溶剂脱脂法：多用三氯乙烯蒸气。蒸气有毒，且需专用设备，但节水（不用水洗）b.水剂脱脂法：成本低，脱脂能力大，适合流水线生产c.乳液脱脂法：去污力强，时间短，用于重油污及工序间清洗d.电解脱脂法：设备投入大，洗后表面活性高，不适用于涂装前处理§4.1涂装前处理的作用和方法二.涂装前处理的方法和特点第4章涂装前表面处理2.除锈a.酸洗除锈：费用低，效率高。酸雾对设备损害大，对材料溶解损失大b.电解除锈：可得平整、光滑表面，对精度有要求时采用c.碱液除锈：费用高，效率低，一般很少采用d.手工除锈：用于少量、局部除锈，但除锈不彻底e.机械除锈：适于大批量作业、铸件型砂和重锈清理§4.1涂装前处理的作用和方法第4章涂装前表面处理3.化学覆膜a.磷化处理：主要用于钢铁、镀锌板的涂装前处理，可提高涂层的附着力和防护性b.氧化处理：可分化学氧化和阳极氧化。阳极氧化主要用于铝合金表面形成氧化膜;铬酸化学氧化可用于锌合金与铝合金。涂层前处理主要还是用化学氧化§4.1涂装前处理的作用和方法第4章涂装前表面处理4.塑料表面处理a.物理方法：主要是溶剂腐蚀，使材料表面多孔粗化，但需立即涂装b.化学方法：通过铬酸氧化，材料表面形成活性基团c.物理化学方法：包括火焰喷射、等离子处理、紫外线照射、电晕处理等§4.1涂装前处理的作用和方法第4章涂装前表面处理方法选择主要考虑以下方面：a.材质b.材料表面状态c.涂层质量要求d.表面处理的技术经济性§4.1涂装前处理的作用和方法三.涂装前处理方法的选择第4章涂装前表面处理主要采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸及其他有机酸和氢氟酸的复合酸液锈蚀物中FeO易溶解，Fe3O4较难溶解，Fe2O3最难溶解1.酸洗液a.盐酸浓度：5%--20%（超过20%，挥发性显著增加）提高温度对溶锈作用增加不显著，故只常温使用§4.2除锈一.化学除锈第4章涂装前表面处理1.酸洗液b.硫酸浓度：20%--40%常温下除锈能力较弱，故需升至中温使用。酸洗液中Fe2+浓度超过80—120g/L时，酸洗能力变得很弱，需换槽液。硫酸酸洗时，金属过腐蚀严重，同时产生大量氢气易造成材料氢脆c.硝酸对金属具氧化性，能防止金属过腐蚀（浓度低于18%时，金属腐蚀性增加）；酸洗时散发氮氧化物气体，需采取劳动保护措施§4.2除锈第4章涂装前表面处理1.酸洗液d.磷酸磷酸盐溶解度低，因此磷酸除锈能力较弱，磷酸成本高，但正在酸洗时形成磷酸盐转化膜，具缓蚀性。e.其他酸很少单独使用，主要是加入前述酸中增强除锈能力§4.2除锈第4章涂装前表面处理2.酸洗缓蚀剂酸洗时大量金属被溶解，造成金属材料损失大，同时产生氢气易氢脆，并影响槽液寿命。因此，需加入缓蚀剂，其按在金属表面形成保护膜类型，分三种：a.吸附型缓蚀剂：如有机胺类、硫醇、炔醇等b.氧化型缓蚀剂：如硝酸介质中的重铬酸钾、氯酸钾等c.成膜型缓蚀剂：如AsCl3、SbCl3§4.2除锈第4章涂装前表面处理a.盐酸酸洗缓蚀剂：有机类的有硫脲系、酰胺系、咪唑啉系、季铵盐系、松香胺系、有机胺系和杂环酮胺类、炔醇类、硫醇类等化合物。一般的有乌洛托品、若丁等b.硫酸酸洗缓蚀剂：主要是若丁系列，硫脲及其衍生物。卤素类亦有缓蚀作用，I-Br-Cl-,因此也可加1%盐酸或4%食盐作硫酸酸洗缓蚀剂c.硝酸酸洗缓蚀剂：因其有氧化性，缓蚀剂较少。尿素、重铬酸钾、氯酸钾、肼、硫脲及其衍生物、生物碱都可§4.2除锈第4章涂装前表面处理3.酸洗工艺a.酸洗除锈配方如：盐酸10%--15%，乌洛托品0.3%--0.5%，常温使用b.酸洗注意事项①易产生酸雾，需设置通风排气装置②带油污工件，应先除油再除锈③酸洗后第一道水洗温度，应与酸洗温度一致④酸洗时间尽可能短§4.2除锈第4章涂装前表面处理1.手工除锈：尖头锤、刮刀、铲刀、钢丝刷、砂布等。劳动强度大，效率低且除锈不彻底。2.喷砂抛丸除锈喷砂除锈是利用压缩空气将砂推（吸）入喷枪，从喷嘴喷出撞击工件而除锈。设备分压力式、吸入式和自流式三种。抛丸除锈是利用叶轮高速转动，将铁丸以高速抛出，撞击工件除锈。§4.2除锈二.机械除锈第4章涂装前表面处理3.除锈质量等级：参照GB8923-88§4.2除锈第4章涂装前表面处理1.表面张力与表面活性§4.3除油一.表面活性与表面活性剂的性质第4章涂装前表面处理气相液相←→↑↓↓↓↖↘↘↘↙↙↙↗降低溶剂表面张力的物质性质，称为表面活性2表面活性剂及其分子结构特点§4.3除油第4章涂装前表面处理三种溶质浓度与表面张力关系表面张力浓度无机盐、酸、碱等低碳醇、羧酸等表面活性剂亲水基疏水基（亲油基）表面活性剂的分子结构HLB－亲水亲油平衡值HLB表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。3.表面活性剂的性质a.表面活性剂的胶束化（临界胶束浓度CMC）§4.3除油第4章涂装前表面处理HLB－亲水亲油平衡值HLB表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。3.表面活性剂的性质b.表面活性剂的润湿作用§4.3除油第4章涂装前表面处理lsgANMs-ls-gl-g3.表面活性剂的性质c.表面活性剂的发泡作用§4.3除油第4章涂装前表面处理发泡剂的疏水基要求有较长的直链（C14—C16).工业清洗剂要求泡沬越少越好3.表面活性剂的性质d.表面活性剂的乳化作用§4.3除油第4章涂装前表面处理油水强烈振荡水包油型(O/W)油包水型(W/O)3.表面活性剂的性质e.固体粒子在液相中的分散作用§4.3除油第4章涂装前表面处理一般不溶性固体如尘土、烟灰、污垢一类的颗粒在水中容易下沉，当在水中加入表面活性剂后，就能使固体粒子分割成极细的微粒而分散悬浮在溶液中，这种促使固体粒子粉碎、均匀地分散于液体中的作用，叫作分散作用f.表面活性剂的增溶作用表面活性剂在水溶液中形成胶团以后，使不溶于或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加，这种作用称为表面活性剂的增溶作用。在cmc到达以前并没有增溶作用，而且表面活性剂浓度愈高生成的胶团数愈多，增溶作用愈强。§4.3除油二.清洗剂的除油机理第4章涂装前表面处理污垢种类：1.水溶性的无机物或有机物；2.水不溶性无机物；3.水不溶性的非极性有机物；如润湿油、凡士林等；4.水不溶性极性有机物；如动植物油脂。污垢的吸附主要由物理吸附和化学吸附所致§4.3除油三.水基清洗剂的组成与应用第4章涂装前表面处理1.表面活性剂通常分为阴离子型、阳离子型、两性表面活性剂和非离子表面活性剂四类。水基清洗剂主要采用阴离子型和非离子型两类。2.表面活性剂的复配作为清洗剂的表面活性剂的HLB值须在13-15间，因此用多种表面活性剂进行复配。§4.3除油三.水基清洗剂的组成与应用第4章涂装前表面处理3.表面活性剂与助洗剂的复配助洗剂作用：a.软化水质；b.调节PH值；c.提高表面活性剂渗透、增溶作用；d.缓蚀防锈。常用助洗剂有三聚磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠、EDTA、有机硅消泡剂§4.3除油三.水基清洗剂的组成与应用第4章涂装前表面处理4.清洗工艺a.清洗剂选择；b.工艺方式选择；常用有浸渍、喷射、电解和超声波等浸渍法：可用于复杂工件，设备简单，但清洗效果差喷射法：清洗效果好，时间短，不适用于复杂工件，不允许有很多泡沫。§4.4磷化处理一.磷化膜的种类、组成和结构第4章涂装前表面处理1.磷化分类a.按处理金属分：钢铁、锌和铝合金b.按用途分：耐磨、防锈、涂装、冷成型加工用、绝缘用；c.按施工工艺：喷磷化、浸磷化、涂覆磷化。2.磷化膜的组成与结构a.磷酸铁膜：单斜晶的水合磷酸铁与无定形氧化铁混合物b.磷酸锌膜：斜方晶的水合磷酸锌；c.磷酸锰盐膜：单斜晶的酸性磷酸锰盐§4.4磷化处理二.磷化膜的一般特性第4章涂装前表面处理1.磷化结晶水合度与热稳定性磷化膜的水合分子一般2-4个，受热时脱去结晶水。2.磷化膜的孔隙率孔隙率为每平方毫米一百到几百个3.磷化膜的重量或厚度膜的重量可用剥膜溶液溶解后用差重法测定。不同应用场合要求不一样。§4.4磷化处理二.磷化膜的一般特性第4章涂装前表面处理4.磷化膜的介电性能磷化膜的为难溶无机盐，具有电绝缘性。5.磷化膜的机械性能如磷酸锰膜硬度最大，磷酸铁膜延展性较好6.磷化膜的重溶解性磷酸锌膜易被强酸、强碱溶解§4.4磷化处理二.磷化膜的一般特性第4章涂装前表面处理7.磷化膜的性能评价与检测a.外观：色调、光泽、斑点、均匀性、晶粒粗细、浮灰等b.重量测定：如铁基体上磷酸锌用5%铬酐溶液75℃浸5-15分钟后称重。c.孔隙率测定：有硫酸铜点滴实验（要求变色时间60S以上）、铁试验、电化学测量等方法。d.粗糙度测量e.热稳定性测量§4.4磷化处理二.磷化膜的一般特性第4章涂装前表面处理7.磷化膜的性能评价与检测f.介电性测量g.耐腐蚀性检测：盐雾试验（ASTMB117）、潮湿试验(ASTMD1735)、浸水试验(ASTMD870)§4.4磷化处理三.磷化成膜的影响因素第4章涂装前表面处理1.游离酸度（FA）2.总酸度（TA）3.锌离子浓度4.氧化性促进剂5.温度6.其他金属离子7.晶粒整理添加剂8.扩散过程9.金属及其表面状况§4.4磷化处理四.磷化工艺与设备第4章涂装前表面处理1.水洗第一道水质控制：2000μs/cm第二道水质控制：200μs/cm第三道水质控制：﹤200μs/cm2.表面调整3.钝化封闭4.磷化工艺设备§4.5氧化处理一.化学氧化第4章涂装前表面处理1.铝合金化学氧化氧化剂配方：碳酸钠50-60g/L，铬酸钠15g/L工艺条件：95-100℃，20-30min2..锌合金化学氧化锌合金转化膜多用磷化法，但高速流水线作业时，采用碱性化学氧化法§4.5氧化处理二.铝阳极氧化第4章涂装前表面处理1.硫酸阳极氧化配方：硫酸20%，氯化钠≦0.02%工艺条件：20-22℃，30-60min，电压12-20V，电流密度2-2.5A/dm22.铬酸阳极氧化配方：铬酸20-30g/L工艺条件：PH=0.6，40℃，40min，电流密度0.3-0.8A/dm2§4.5塑料表面处理一.一般处理第4章涂装前表面处理1.退火2.脱脂砂纸打磨、溶剂擦拭及水性清洗剂洗涤3.除尘§4.5塑料表面处理二.化学处理第4章涂装前表面处理1.铬酸氧化主要用于PE、PP材料2.磷酸水解尼龙、聚甲醛3.氨解含酯键塑料，如双酚A聚碳酸酯§4.5塑料表面处理二.化学处理第4章涂装前表面处理4.偶联剂处理有机硅或钛偶联剂5.气体处理氟塑料用锂蒸汽、聚烯烃用臭氧§4.5塑料表面处理三.物理化学处理第4章涂装前表面处理1.溶剂腐蚀聚烯烃、聚酯用氯化溶剂；热固性塑料用甲苯、丙酮溶剂；PS/ABS用溶解力弱的乙醇溶剂2.紫外线辐射3.等离子体处理4.火焰处理§4.5塑料表面处理四.塑料表面处理评价第4章涂装前表面处理1.水润湿法浸水中，取出后看水膜是否完整，并在一定时间内不破裂。2.品红着色法§5.1空气喷涂一.空气喷涂设备第5章涂装方法与装备1.空气压缩机最大气压0.7MPa，容量根据喷枪耗气量而定，保证任一喷枪喷少压力0.35-0.6MPa2.涂料输送罐容积一般20-120L，涂料施加压力0.15-0.3MPa§5.1空气喷涂一.空气喷涂设备第5章涂装方法与装备3.喷枪吸上式重力式压送式§5.1空气喷涂二.空气喷涂操作方法第5章涂装方法与装备1.涂料雾化特性雾化颗粒细，雾化效果就好，涂膜外观质量也好。空气耗量与涂料流出量的比值对雾化效果影响很大。2.涂料流出量一般通过调整针阀来调整，需较大幅度调整时，通过更换不同口径喷枪进行。§5.1