車燈底涂鍍鋁常見缺陷的微觀分析

劉浩

可以說，幾乎在塑料真空鍍膜技術80年代剛開始大規模用于工業生產時，就被引進到車燈的制造過程當中。汽車車燈造型雖然越來越多樣化，但車燈作為一輛車的雙眼，具有優質的金屬光澤，無論在外觀還是性能上考慮都是至關重要的。應用最早的鋁質反射鏡，出于成本與重量的考慮在車燈設計上僅用于有高耐熱要求的前霧燈上。而為了使前燈的反射鏡及其它裝飾性部件擁有金屬質感，國內燈廠多采用塑料件底涂鍍鋁的方法，大體的工藝流程是，前處理（因材料不同有所區別）→底涂→固化→真空鍍鋁。其中，就固化這一工序來講，按照固化條件可分為熱固化與光固化，由于熱固化涂料需高溫加熱1-2H，能耗很大，所以近年來很多燈具公司（包括筆者所在單位）已經開始使用光固化的底涂，以節約資源，所以本文所描述的種種現象是以光固化工藝為背景的。

在塑料涂裝中，光固化底涂鍍鋁無疑是要求最高，過程最為復雜的一種工藝。因為鍍鋁在使工件表面具有金屬光澤的同時，更重要的是，底涂上有輕微不良都會被鍍鋁之后形成的高光面所放大。

正是由于這種種特殊性，所以車燈底涂鍍鋁中的缺陷不能一概而論，有時候同種表象的缺陷，其機理也是不一樣的，而本文就針對出現頻率最高的幾種表象，從微觀角度分析它的產生。

一、鍍鋁面表層發生白化

白，白是什么？鋁的顏色就是白色，所以首先可以想到的是，鍍鋁面的高光效果沒了，本來是一個鏡面反射，如今成了一個漫反射，將鋁的本色——白色暴露了。

從另一角度說，無論是整車涂裝還是車燈涂裝，涂料在噴涂完之后，都有一個流平的過程，這個過程對于成膜效果影響很大，光固化涂料需要在UV段進行固化，而UV無疑是會產生高溫的，在UV室通風系統出現故障時，會導致整條流平固化流水線溫度急劇升高。涂料剛剛噴涂到工件表面后，是由一個個小液滴組成的，在小液滴還沒結成連續的膜層之前，它是凹凸不平的，涂料的流平需要流平劑及某些惰性稀釋劑的作用下完成，而如果溫度偏高，這些成分就會過早揮發，于是在還沒形成平整光潔的涂膜的情況下，涂料發生固化。與上文所提到的失效機理一樣，高光的鍍鋁面無法形成，于是鍍層發生白化。

二、涂層開裂

涂層開裂，從其輕重程度分為龜裂與微裂，遇到這種問題，多半會想到的是UV能量過高（僅針對光固化涂料），而實際上如果UV燈管功率一定，線體速度一定的情況下，UV能量的變化范圍大都處于±200mJ/cm2這一范圍內，光固化涂料在這一范圍內，接受的能量是多多益善的，所謂過固化指的是工件接受的能量遠大于這一范圍，曾經有這么一個試驗，將噴涂好的工件置于UV燈下一周，逐漸觀察，2H之后，才發生開裂，開裂的形式是龜裂，一周后表面的膜層完全粉末化，而平時生產時工件接受UV燈照射的時間僅為10±3s。所以由過固化引起的開裂在生產中基本不會出現。

三、起霧

底涂鍍鋁的工件若發生起霧，首先想到的就是稀釋劑沒揮發干凈，這是熱固化涂料時代流傳下來的一貫思維，在光固化涂料體系中，由于也使用了惰性稀釋劑參與流平，所以也有一定適用性。稀釋劑沒揮發干凈為什么會起霧呢？

在溫度偏低的情況下（低于工藝要求溫度10℃），稀釋劑殘留于涂料的成膜物中，在涂料受到UV射線激發發生固化交聯時，稀釋劑在膜中以團狀的形式存在，在微觀條件下觀察，膜的表面有許多突起，和以上提到的機理一樣，干擾了高光面的形成，但是其缺陷尺度很小，不會明顯變白，只會導致涂層發霧。這種缺陷在鍍鋁之后更加明顯。

四、附著不良

底涂鍍鋁最重要的一點就是要保證底涂與基材的附著力，這用時也是涂裝工程的根本任務，這點若達不到涂裝則失去了意義。

附著力就是膜層以一定的強度附著或結合在基材上，也稱為結合力。在線作業時，常用附著力試驗來測試。一旦出現了失效，即膜層脫落區域超過了15%，即可判定為附著不良。

五、發彩

底涂固化是涂料實現其性能的最關鍵的一步，實際生產中由于某些原因會出現工件局部淤漆的現象，一旦產生淤漆，則底涂無法徹底固化，產生固相與液相并存的狀態。在UV不是很強但滿足生產要求的情況下，工件局部也會出現涂層過后而無法固化徹底的現象，多見于反射面配光花紋的凹槽處。

這種固化不良無疑附著力是不合格的，但附著力僅僅是測試某一區域的性能，局部區域涂層是否過厚需要用高溫試驗來驗證。

高溫試驗的標準視基材種類而定，高溫試驗過后，評價涂裝過程是否合格就是看漆膜是否發生破裂發彩。

涂層過厚經受高溫為什么會發彩呢？底涂件經真空鍍鋁之后，表面形成一層致密的鋁膜及二氧化硅保護膜，鋁膜可以90%以上反射陽光，而二氧化硅保護膜是透明的其性質與硅酸鹽玻璃很類似。高溫時，殘留的涂料（包括稀釋劑與成膜物），以氣態的形式穿過鋁層，因為鋁層并不是致密的一層膜，而是一個個鋁斑點組成的，氣體與保護膜層接觸后，有可能對其產生破壞，將其頂破，頂破之后的保護膜層與有殘缺的玻璃一樣，發生光的折射，導致發彩。

六、鍍鋁層發黃

鍍鋁過程中的發黃，為常見現象；第一種起因是因為形成保護膜的過程中，工件內的揮發性物質（有可能是淤漆、也有可能是工件內部的水汽）或真空室內的雜質（水汽或硅油反應之后的殘留物）與成膜物質（硅油、N2O）摻雜在一起，導致保護膜不透明，產生發黃。

另外一種起因是發生在鍍鋁工序，工件在高真空的環境下（約6×10-5torr），其內部的大部分可揮發份都會變成氣體溢出，但是仍有部分殘留。因為有漆膜的遮蓋，這部分因素基本可以忽略。但若工件某處漆膜很薄，就會導致，高真空之后的鍍鋁過程該部分殘留溢出與鋁單質氣體反應，形成復雜的氧化物包括AL2O3等，若鋁原子足夠密集，這部分雜質是不會被察覺的，但是如果鋁原子很稀薄，這部分雜質就會在工件表面造成雜色（發黃）。這種情況常發生在真空室最上層，因為鍍鋁過程中，鋁蒸汽形成之后由于重力作用，它會向下聚集，相對的，上部的鋁密度很小，也就造成了上部的工件鋁原子的沉積量很少，工件背面就會更少，發黃的概率就會更大。