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1、 涂装前处理技术武汉材料保护研究所涂装技术研究室二零零四年六月一 前言1.目的 将有机涂料涂覆于物体表面，并干燥成膜的过程称之为涂装。涂装技术在世界范围内都有着广泛的应用。民用汽车、电器、钢制家具、办公用具等的表面装饰防护；工业领域采矿、舰船、采油设备、海洋设施、飞机、军事装备等的防腐、装饰、伪装、隔热、防火、防污等等，几乎每个领域都离不开涂装技术。各种金属材料及其制品经机械加工、热处理以及在贮存和运输过程中，在其表面总会有氧化皮、油污等，这些表面污物会严重影响到表面处理过程中涂层的致密性及与基体的结合强度。涂装前处理是涂装的重要步骤，是提高涂装漆膜附着力、耐蚀性能和装饰性能的必要工作。涂装前
2、处理目的，是清除被涂物表面的油脂、油污、腐蚀产物、残留杂质物等，并赋与表面一定的化学、物理特性，达到增加涂漆层附着力，增加被涂物的保护性和装饰性目的。良好的涂装前处理可以充分显示出涂层的装饰效果和功能，否则涂料质量效果再好，也不能发挥其应有的作用。因此涂装前处理是涂料施工过程中重要的步骤，它保证涂层的良好质量的实现。1涂装前处理分类按处理方法分类可以分为机械法和化学法。机械法是借助工具进行表面处理的方法，包括手工方法，动力工具法，火焰法，喷砂法，抛丸法等。化学法是借助化学反应进行处理的方法，包括清洗，转化膜，钝化等。 按处理材质分类又可分为金属材料涂装前处理和非金属材料涂装前处理。钢铁材料有色
3、金属材料，非金属材料包括塑料，木材和水泥等。本文重点讨论金属材料涂装前处理。1涂装前处理的作用选择适当的前处理工艺，可以显著提高涂层的性能和发挥涂层的作用。如果涂装前处理只进行除油，可以满足一般的工艺要求。如果有转化膜的存在，可以大大提高涂层的性能和延长涂层的使用寿命，可以达到事半功倍的效果。磷化膜可以提高涂层与底材的结合力和防护性。而经过磷化处理的，能提供一个粗糙面，给涂层以很好的咬喝力，大大提高了附着力，实现涂层的性能。同时，最重要的是磷化膜的存在可以抑制涂层的膜下腐蚀，这可以保证涂层在被损伤后，腐蚀不会在大面积发生，以致锈蚀穿孔。这主要是由于磷化膜提供的均一性表面，可抑制局部的电化学腐蚀
4、。酸洗工艺对于高质量要求的前处理是不推荐的，譬如高质量要求的车架，一般都是通过喷砂除锈，之后进行后处理。酸洗的存在可能导致原有的工艺降低约一半的性能。所以对高质量要求的涂装，都很注意材料的保存和生产管理，防止锈蚀的板材产生。即使有少量的锈蚀，也通过打磨的方式去除氧化物。 表1 前处理工艺对阴极电泳涂层耐蚀性的影响涂装前处理盐雾实验性能h（冷扎钢板涂膜厚度20um）无处理约100只脱脂约200脱脂+铁系磷化约400脱脂+酸洗+锌锰镍三元磷化约400脱脂+锌锰镍三元磷化约800二 金属表面清洗除油金属在存储、搬运和加工过程中，表面不可避免地被外界的一些污染物所污染。这些可能的污染物包括在工厂中为防
5、锈，拉拔，机加工或成型过程中的使用的机油、动物油、植物油，也包括一些润滑油或蜡、碳灰、石墨灰、金属屑、磨料、金属氧化物、焊渣等。在涂装前除去这些污物对于整个产品的涂装质量的影响是致关重要的。清洗除油的质量很大程度上决定着涂装前处理的质量。清洗作为涂装前处理的一个部分，要考虑清洗质量，同时还要考虑对工件表面状态的影响，以及对后续工序的影响。因此，一个高质量要求的前处理需要选择适当的清洗剂。每一个涂装工作者应该认识到正确的选择和使用清洗剂的重要性。除油，又称为脱脂，目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。附着在金属表面的油脂，根据它们与碱的反应的特性可以分为两类：可以与碱反应生成肥皂的皂化油，如动物油
6、和植物油等；不能与碱反应生成肥皂的非皂化油，如凡士林，润滑油，石蜡等矿物油。1分类除油的方法包括物理机械法、化学法两类。物理机械法主要是：手工擦刷、喷砂、抛丸、火焰灼烧等。化学法主要包括乳化清洗、溶剂清洗、水性清洗。1.1乳化清洗乳化液一般由有机溶剂、表面活性剂和水组成，其工作液一般为乳白色乳液。它利用有机溶剂溶解油脂，表面活性剂乳化油脂，因此，除油速度较快。乳化清洗一般总有一些残留薄油膜，如果作为涂装，还需用碱性清洗剂再洗一次，如果用于防锈目的时，可直接存放。1.2溶剂清洗溶剂法除油脂，一般是用非易燃的卤代烃蒸气法或乳化法。最常见的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脱脂速度快
7、，效率高，脱脂干净彻底，对各类油及脂的去除效果都非常好。在氯代烃中加入一定的乳化液，不管是浸泡还是喷淋效果都很好。由于氯代卤都有一定的毒性，汽化温度也较高，再者由于新型水基低碱性清洗剂的出现，溶剂蒸汽和乳液除油脂方法现在已经很少使用了，多见于电子行业等较小的零件的清洗。1.3水性清洗水性清洗剂根据它们的pH值进行分类 表2 水性清洗剂的分类分类PH值碱性清洗剂弱碱性9-10.5中碱性10.5-11.5高碱性11.5中性清洗剂pH6.5-9.5酸性清洗剂pH1.0-5.51.3.1低碱性清洗剂清洗低碱性清洗剂包括弱碱性和中碱性清洗剂，是当前应用最为广泛的一类除油脂剂。它的碱性低，一般pH值为91
8、1.5。对设备腐蚀较小，对工件表面状态破坏小，可在低温和中温下使用，除油脂效率较高。特别在喷淋方式使用时，除油脂效果特别好。低碱性清洗剂，由于使用了种类各种各样的合成洗涤剂和活性剂，可以提供较长的生命周期，同时具有性能稳定，易于控制和处理，适应范围广等优点。采用碱性清洗剂已经成为最普遍使用的涂装前处理方法。清洗过程是在金属表面有良好的湿润性的情况下，通过溶解，皂化，乳化，分散和增溶等作用，把附着在表面的油脂等污物去除的过程。这种清洗剂有较低的表面张力，可以比较容易的进入颗粒之间；同时皂化剂和表面活性剂可以与油，脂等作用，使它们从工件表面脱离进入水中，达到脱脂除油的目的。碱性清洗剂的典型构成包括
9、碱性物质，合成洗涤剂或活性剂，消泡剂,缓蚀剂或螯合剂，以及抗硬水剂等，通常以单组分或双组分形式。单组分采用粉末形式，双组分一般采用液-液形式。低碱性清洗剂主要由无机低碱性助剂、表面活性剂、消泡剂等组成。无机型助剂主要是硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等。其作用是提供一定的碱度，有分散悬浮作用。可防止脱下来的油脂重新吸附在工件表面。表面活性剂主要采用非离子型与阴离子型，一般是聚氯乙烯类和磺酸盐型，它在除油脂过程中起主要的作用。在有特殊要求时还需要加入一些其它添加物，如喷淋时需要加入消泡剂，有时还加入表面调整剂，起到脱脂、表调双重功能。低碱性清洗剂已有很多商业化产品。 典型的碱性清洗剂的用量为2
10、%-10%。清洗剂的处理方式包括喷淋形式、浸泡形式、喷浸结合形式。喷淋是利用清洗剂的化学特性和在一定压力的溶液机械剥离的联合作用去除油污的。浸泡可以达到喷淋不能达到的地方。一些工件恰当的清洗需要喷淋和浸泡联合处理。单独的脱脂和水洗对于特定要求的涂装前的处理能够满足，但是它只能提供最初的结合力，而不能提供长期的保护。典型的喷淋脱脂时间是60-90秒，而浸泡脱脂时间一般为3-5分钟，温度范围一般为45-65。时间，温度，浓度随着使用的清洗剂的种类和基材的不同而不同。一般常用的低碱性清洗液配方和工艺如下： 浸泡型 喷淋型三聚磷酸钠 410g/l 410g/l硅 酸 钠 010g/l 010g/l碳
11、酸 钠 410g/l 410g/l表面活性剂 520g/l 13 g/l消 泡 剂 0 0.53.0g/l表面调整剂 03 g/l 03 g/l游 离 碱 度 520点 515点处 理 温 度 常温80 4070处 理 时 间 520min 1.53.0min1.32强碱液清洗强碱液除油脂是一种传统的有效方法。它是利用强碱对动植物油的皂化反应，形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。纯粹的强碱液只能皂化除掉动植物油脂而不能除掉矿物油脂。因此人们通过在强碱液中加入表面活性剂，一般是磺酸类阴离子活性剂，利用表面活性剂的乳化作用达到除矿物油的目的。强碱液除油脂的使用温度都较高，通常80。 表3 常用强碱
12、液清洗配方与工艺如下： 项目要求氢氧化钠5%10%硅酸钠 2%8%磷酸钠（或碳酸钠）1%10%表面活性剂（磺酸类）2%5%处理温度 80处理时间 520min处理方式 浸泡、喷淋均可 强碱液除油脂需要较高温度，能耗大，对设备腐蚀性也大，并且材料成本并不算低，因此这种方法的应用正逐步减少。1.33中性清洗剂由于有色金属，如锌，铝，镁等大量应用，其金属特性对除油的性能提出更多的要求，碱性除油剂中的碱类物质对金属本身不可避免的产生影响，每种金属在不同的PH值有不同的腐蚀率。所以，铝件、锌件等清洗时，必须考虑到它们在碱性条件下的腐蚀问题，一般宜用接近中性的清洗剂。1.34酸性清洗剂清洗酸性清洗剂除油脂
13、是一种应用非常广泛的方法。它利用表面活性剂的乳化、润湿、渗透原理，并借助于酸腐蚀金属产生氢气的机械剥离作用，达到除油脂的目的。酸性清洗剂可在低温和中温下使用。低温一般只能除掉液态油，中温就可除掉油和脂，一般只适合于浸泡处理方式。酸性清洗剂主要由表面活性剂（如聚氧乙烯酚醚类非离子型活性剂、阴离子磺酸钠型）、普通无机酸、缓蚀剂三大部分组成。由于它兼备有除锈与除油脂双重功能，人们习惯称之为“二合一”处理液。 表4 常见的酸性清洗剂配方及工艺参数工艺低温型中温型磷酸酸基型工业盐酸（31%）20%50%00工业硫酸（98%）0%15%15%30%0工业磷酸（85%）0010%40%表面活性剂(非离子类，磺酸类)0.4%1.0%0.4%1.0%0.4%1.0%缓蚀剂适量适量适量使用温度常量455080常温80处理时间适当510min适当盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用最为广泛，成本低，效率较高。但酸洗残留的Cl-、SO42-对工件的后腐蚀危害很大。而磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，但磷酸成本较高，清洗效率低些。2影响除油能力的工艺因素 除油质量的好坏主要取决于除油温度、除油时间、机械作用和除油剂四个因素。 a. 除油温度 一般说来，温度越高，除油越彻底。这是因为三方面的原因：第一,温度使油污的物理性能发生变化，例如滴落点高的防锈脂，凡士林，固态石蜡等，在较低温度下即使采用高浓度的碱液也难洗净
