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粉末喷涂中缺陷的分析及解决途径

2022-03-22 163

一、 前言


粉末喷涂工序少，产生的问题的环节也少。主要工序只有前处理、静电喷涂和烘烤三个工序。
其中影响质量的主要工序应属前处理工序。然而许多生产厂家对此没引起足够的重视，以致带来许多后患。
有些隐患还不是短期内能反映出来。一般较先进的工艺、用在前处理上的花费约占总费用的２５%以上。
从生产工艺中出现的各种问题分析。我认为设备的先进程度和原料的好坏，对产品质量又起着决定性作用，两者缺一不可。
我们作为工程技术人在这个问题上应该建立共识，决不能在上新喷粉生产线时。只图一时省钱就凑合，采用低标准的生产设备和工艺、材料，必将给长期生产带来许多后患，甚至生产不出高质量产品。
不少厂家上了涂粉生产线，应用不久就被迫下马或更换新设备，概出于以上原因。我们常看到国外产品表面涂装很漂亮，其主要原因之一是他们不断地采用先进的设备和新工艺新材料。
从这个意义上分析，对涂粉设备及涂料生产厂家来讲，在当今市场竞争条件下，非优质设备和涂料是没有发展前途的。
特别是在国内上百个喷粉设备和粉末涂料生产厂家竞争条件下，更是如此。仅我们陕西省已经有近十家设备及粉末涂料生产厂转产或倒闭。

二、产生缺陷的分析探讨
前处理方面：
1、除油除锈不彻底
首先我不主张用除油除锈二合一的工艺。二合一工艺本身容易产生这个问题。因为通常用的除油、除锈液配方是相互消弱的，而不是相辅相成的，因此很难搞出合理的二合一或三合一工艺（包括磷化）配方。
另一工艺方法是用金属清净剂处油，更不能彻底除油。因为金属清洗剂除油效果差，一般只能是油脂浮到金属机体表面上，要除掉它，还需一种机械力，如没有这种外加机械力，就会造成处油不彻底，可见金属清洗剂不适合于工业化批量生产。
我主张用碱化学除油。碱液对动植物油去除效果很好，因其产生皂化反应。但对矿物油去除效果较差，为去除矿物油，还需加乳化剂。
另外水洗质量对去油效果影响较大，一是水质，二是水温。三是要分级翻动，三项均良好，目的只有一个，就是用纯净水清洗油脂。最后一级最好用去离子水清洗。

2、磷化膜粗糙等问题
钢铁件喷粉前必须磷化，国外普遍采用的是喷沙磷化工艺。我们用的磷化液，许多是不够理想的，这就直接影响到磷化膜质量。
比较常见的是磷化膜粗糙问 题。对此我想从三个方面进行分析：第一是选好磷化液，这是保证质量的根本。
首先涉及的问题是 选高、中、低温哪种类型？从其发展史来看，开始是有高温厚膜型，现已进展到中、低温薄膜型。
国内低温磷化液，由于溶液不够稳定，维护困难，磷化膜附着力较差，有的甚至不耐水冲洗等，较少被采用。
有的低温磷化液较理想，但价格又较贵。尽管低温磷化是发展方向，但达到普遍应用的效果，还有待于新的突破。
目前祥和磷化（成都）公司已成功的解决了常温磷化(钝化)粉剂问题，并已批量供货。目前普遍采用的还是中温磷化工艺。
其次是选锌系，铁系\锌钙系等哪一种磷化液?相比之下，我认为锌钙系磷化液较好，对喷塑前处理要求薄涂层磷化膜来考虑，铁系亦是一种较好的选择。它除了锌系的一些优点外还具有耐热性好。
中温条件下水解少，沉渣较少，溶液易维护，机械强度好，耐蚀性强，膜较厚时结晶仍很细。而铁系的磷化铁膜，耐蚀性较差。总之选中温锌钙系磷化液较好。
第二是必须随时调整磷化液，主要是调整酸度比和含锌量，这两个因素都直接影响成膜率和结晶的粗细度。必须根据工作量定期和不定期的分析溶液，及时加以调整，无分析数据，盲目补充料液是不科学的。
第三是控制膜层的厚度各类磷化膜都有其最佳厚度，例如锌系和钙锌系最佳膜厚为1.5-2克每平方米，而铁系为0.5-0.7克每平方米，在这个范围内其防腐性能最好，晶粒最细如过厚则影响膜的柔韧性和附着力，晶粒也变粗。
通常生产中出现的问题是磷化膜偏厚。下面就如何克服晶粒变粗问题谈几点意见。
第一是用表面调整剂的办法使晶粒变细化。即在工件磷化前进行一次表面调整处理，使金属表面吸附一层胶体粒子，形成一层“活化中心”，进而磷化时，在次“活化中心”上继续成长，这样可使磷化晶粒明显变细，特别是低温磷化之前，表调是不可少 的一步处理方法。
第二是往磷化液中加晶粒细化剂，如钙、镍等盐类作改进剂，最好用复和型盐类，效果更好，同时可降低低沉渣量。
第三是磷化后进行钝化处理，使磷化膜上面形成的峰窝结构，从而提高耐蚀性能，同时提高涂层的附着力。
第四是随时调整磷化液的酸度比和锌含量。前面已谈过了。

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静电喷粉方面：
1、喷粉不均主要是供粉桶内粉末流化不均匀所致。应更换微孔板或调节微孔板下的供气系统，使使粉层恢复正常沸腾状态，即可消除。有是气压偏低，则加大气压即可消除。
另一可能是管道堵塞，包括文丘里咀堵塞，则需清理管路。若文丘里经常堵塞，则属文丘里的积粉咀用材（如黄铜等）不当，只要把他改成聚四佛乙烯材料，就可以解决，喷枪头堵塞也可用同样的方法解决；
如果供粉同捅不是流化床型的，则需改善搅拌器或加装振汤器，防止粉层出现空洞，供不上涂料。

2、粉末上粉率低：
（1）电压低或无高压是主要原因之一。需调高输出电压或 维修高压静发生器。
（2）工件接地不良，挂钩或低层电阻大；如喷第二遍粉时或腻子不导电，都会使底层电阻大。
用普通喷枪喷第二遍粉时必须把工件预热到104℃左右，进行热喷，利用热溶吸附的原理。
热喷作业还有利于粉末流平，用变色龙喷枪，可以克服低层电阻大的问题，第二遍喷涂可以实现冷喷。它是利用附加板形成喷室恒定静电场的原理实现的。
（3）粉末荷电量过大或小也影响上粉率。对环氧型粉末实验结果；当粉末带电电量为1.6微库仑/克时，上粉率可达百分之九十五以上。
而电晕放电喷枪只能使粉料带电0.8-0.9微库仑，所以上粉率只达百分之八十五左右。这个数椐说明带电量对上粉率的影响。因此摩擦喷枪不如静电喷枪上粉率高。
一般控制电流不须过大，60微库仑左右已够用了，否则荷电量太大，也容易引起过流断电，过大反而容易引起法拉第屏遮效应。
一般是荷电量影响上粉率，荷电量小原因，除了不同粉末涂料的自身反电离效应有差别外，主要原因是由于高压静电发生器故障引起，需进行维修，使恢复高压。
（4）气压过大：会抵消静电引力。使附在工件上的粉末被吹掉，降低上粉率。
实验结果表明：当输送空气量为3升/秒时，上粉率百分之就九十五左右，而加大气量时，而输粉空气量每增加一升/秒时，则上粉率降低百分之二到三。

3、施工时打火
这个问题一般不存在了，因为高压静电发生器现在大多装有恒压、恒流保护线路。老式喷枪有这个问题。打火原因如下：
（1）枪与工件距离太近和粉末在静电场内浓度大，超过了极限浓度，是重要原因。
（2）内电阻小，导致电流过大。
（3）电压太高：实验证明：场强在1 kv/cm 时，吸附效率已接近饱和。此后场强再增加三倍，涂覆效率只增加百分之三到五。所以电压太高不可取，反而容易引起打火。一般控制在60kv 已够用了。

4、涂层有缩坑：
（1）多数情况是由工件表面不撤底引起，有的是压缩空气中含油引起。因为油点明显影响粉层固化时的表面张力。
（2）粉末涂料的内在因素如混入了不同厂家或批次的粉粒，引入硅尘，也会影响其固化时表面张力的均匀性，造成缩坑。

5、涂层有针孔起泡：
涂层下面的气体在烘干过程中到达涂层表面，突破界面者为针孔，来不及排除者为气泡。
涂层中的气体可以是空气、水蒸气或氢气（镀锌层中带来的）等。根本解决方法是喷涂前彻底排除气体。
小量的无法排除的气体，也可用控制烘干和喷涂条件的方法避免产生针孔或气泡。
据计算，排除涂层的空气需要26秒，在除膜开始固化前的安全熔融流平段（100—135摄氏度）升温慢些。给予足够的排气时间。或采取工件预热后喷粉的方法，均有效果。

6、涂层有橘皮：
产生橘皮的主要原因来自粉末涂料自身的流平性差。施工也有影响 ，是属次要因素。
（1）粉末涂料的流平性主要靠加入的流平剂起作用，流平剂一般因具有两种效应，即润湿效益和流平效益：润湿效益应是在粉末处于100摄氏度左右时增加对机材的流平结合，此时表面张力尽量小些。
而大于150摄氏度时流平效应其主要作用，粉末的表面张力应尽量大一些，以增加流平性。流平剂一般含两种以上材料就是这个原因。
（2）施工不良也会引起橘皮现象：一次涂层太厚或烘烤升温过快都会导致橘皮明显。一般涂层厚度以60u左右为宜。另外控制在安全熔融流平段时间长些，均有利于粉末涂层流平。

7、静电屏蔽效应：
复杂结构的工件喷粉时，在死角由于静电屏蔽（亦称法拉第）效应致使涂膜很薄，甚至遮不住底。这种效应对普通静电喷枪是不可克服的。
用摩擦喷能较好的改善。国外有的静电喷枪已经基本上克服了这个效应，获得了较均匀的涂膜。例如变色龙喷枪，据说能喷3 mm 深的沟槽，获得较均匀的涂层。
对普遍静电喷枪有人主张用加大气压的方法克服静电屏遮效应。我的实践证明，恰恰相反，气应小些，因为死角处的粉末本来吸附不牢，加大气压反而是吸附上去的粉层又被吹掉，达不到增加涂层厚度的目的。
我分析变色龙之所以能克服静电屏蔽效应，除了有辅助阳极外，可能与枪体内有一路气流是通过螺旋体导流，在不加大气压情况下增大了粉末的前冲力，有效的解决了上述气压大小的矛盾，收到了良好的效果 。

烘烤固化条件的控制：
我想谈三个观点，供大家参考： 
1、烘箱或烘房我不主张用远红外作热源，应该用普通电热直接烘烤或其他热源间接循环加热烘烤。这是被远红外辐射线的特征所决定的。
特性有主要两点：一是它被工件直接吸收而使工件升温，一层约一毫米厚的钢板或铝板对远红外吸收率为百分之七十五左右。
所以工件升温很快，一般会高出炉堂温度10-20度，同时也就使其后面的工件吸收远红外辐射率就很低了，造成很大的温差，第三层工件就更差了。
因此烘箱或烘房不能用远红外热源，另一特征是一般远红外线辐射程放射状前进，这就决定了炉内各点的辐射线强度与其距元件距离的平方成反比，这就决定了其最佳烘烤距离为200-400mm之间。由此可见，只有烘道适宜采用远红外烘烤方式。
2、远红外元件我主张选用乳白石英管作为热能转换载体，最好不用表面涂远红外转换涂料的板式、管式等元件。
理由是前者远红外转换寿命从理论上讲是无限的，而后者的转换效率每年呈百分之二十以上的衰减。衰减后不但不节能，相反还浪费能源，因为其热传导效率比普通电热还低。
3、生产中远红外烘烤控制温度和时间，应视具体情况而定。它取决于远红外炉膛效率，工件薄厚。粉末种类等多种因素。
确定控制条件的简易方法，是采用类似厚度的试件，固化后测涂膜的附着力和冲击强度来选择最佳控制条件，造成烘烤过火或欠火的弊病。
我们在生产都有经验，粉末涂料要求固化条件是苛刻的，可选的波动范围很窄，稍有超越就会造成脆裂或脱落，必须严格控制温度和时间。

不合格品的返工
1、一般不合格品：如有脏点、虚喷、流塑、划伤等，可采用砂纸干磨法，磨平擦干后，整体重喷一遍的方法进行返工。不可采用局部补喷的办法修补。
2、产品表面有凹坑或磕碰掉膜等缺陷，需把整体涂膜退掉，擦洗干净后，整体重喷进行返工。
3、大面积疵病或涂膜 已烘烤 过火的工件，则需把整件涂膜退掉，擦干净后重喷。退膜方法：可用去膜剂，也可用浓硫酸。
前者是混合有机溶剂，易挥发、较贵、但对其材无腐蚀，去膜快。基机理是破坏涂膜与机体的结合力。成块脱落。
我主张用去膜剂，后者便宜，去膜慢不安全。其机理是直接破坏环氧涂层，生成树脂磺化物。但操作不慎，会造成过腐蚀，导致零件报废。
4、死角处涂膜的缺陷，可用补喷相同颜色的硝基磁漆或氨基烘漆的方法进行局部修补来解决。


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