噴漆車身涂層質量穩定性測試研究

宋偉偉

摘 要：汽車涂裝對車身外觀、耐腐蝕老化、光澤和顏色等方面的性能具有重要影響，涂層質量是評價整車質量的直觀指標。由于涂層缺陷而導致的腐蝕損壞會嚴重影響汽車的質量和聲譽，北京奔馳作為年產幾十萬輛的豪華車企業，在生產中通過系統的措施保證噴漆車身的涂層達到防腐和外觀要求，并持續保持生產質量的穩定。文章以北京奔馳某噴漆車間的一次車身涂層質量穩定性測試為例，通過鹽霧試驗、室外曝曬和機械性能測試等系統地監控噴漆生產線的質量穩定性。

關鍵詞：噴漆車間;鹽霧試驗;涂層;機械性能;質量穩定

中圖分類號：TQ639 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-161-05

Research on quality stability of automobile coating in paint shop

Song Weiwei

（?Beijing Benz Automotive Co.， Ltd. Beijing 100176?）

Abstract：?Automobile coating has an important effect on the appearance， corrosion resistance， gloss and color of automobile body. Coating quality is a visual indicator?for evaluating vehicle quality. Corrosion damage caused by coating defects will affect the quality and reputation of vehicle seriously.?BBAC produces hundreds of thousands of luxury cars annually， systematic measures are taken to ensure that the coating in paint shop meets the corrosion protection and appearance requirements， and keep the production quality stable continuously. In this paper， taking a quality stability test of BBAC paint shop as an example， we monitored the quality stability of paint shop?systematically by salt spray test， outdoor exposure and mechanical property test.

Keywords：?Paint shop;?Salt spray test;?Coating;?Mechanical property;?Quality stability

CLC NO.：?TQ639??Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-161-05

前言

隨著汽車工業的快速發展，消費者對汽車的品質要求越來越高。汽車涂裝對其外觀和防腐性能至關重要，汽車涂料中的電泳涂層對車身的耐腐蝕性能起關鍵作用，色漆和清漆對涂層外觀、耐光老化、光澤和顏色等方面具有重要作用，也是評價汽車質量的直觀指標。汽車涂裝質量與耐腐蝕性能緊密相關，由于涂層缺陷而導致的腐蝕損壞會嚴重影響汽車的質量和聲譽。北京奔馳作為年產幾十萬輛的豪華車企業，在生產中通過系統的措施保證噴漆車間的車身涂層達到防腐和外觀要求，并持續保持生產質量的穩定。

定期抽樣進行系統檢測就是監控噴漆車間涂層質量穩定的重要措施之一，根據公司不同噴漆車間的生產量，取樣進行車身涂層性能測試，監控噴漆生產線的質量穩定性。試驗的樣品分為車身漆板和標準漆板，采用標準漆板可以排除沖壓和裝焊等前期工藝對噴漆質量的影響。所取的樣品分別進行鹽霧試驗、室外曝曬、涂膠粘接、石子沖擊和劃格等性能測試，按照相關標準評價漆板的試驗結果，通過系統的測試監控噴漆生產線的質量穩定性。本文以北京奔馳某噴漆車間的一次車身涂層質量測試為例，分別從不同的測試項目全面闡述噴漆涂層評價的流程。

1?實驗材料與方法

1.1?材料和儀器

試驗樣品為漆后車身板、標準漆板和帶涂膠的電泳板，所用試劑為氯化鈉、乙酸和二水合氯化銅，均為分析純。試驗溶液采用去離子水配制，循環鹽霧試驗溶液為5%氯化鈉溶液，銅加速醋酸鹽霧試驗溶液在5%氯化鈉溶液中按標準加入定量乙酸和二水合氯化銅，室外暴曬期間噴灑樣品表面的溶液為3%氯化鈉。鹽霧試驗儀器均為富奇鹽霧試驗箱，漆板表面劃線采用Erichsen 463型劃線刀，石子沖擊試驗的設備為Erichsen 508 VDA試驗機，沖擊采用直徑為4.0～5.0mm的鐵粒子，高壓水沖擊試驗所用設備為Walter LTA1試驗機，劃格試驗采用Erichsen 295型劃格刀，膠帶為Tesa 4657型膠帶，劃痕試驗采用Friedrich binder GmbH的手工刀，觀測樣品表面采用LT-86B型號10倍臺式放大鏡，拍照相機為Canon EOS 700D。

1.2?實驗方法

試驗樣品的車身漆板和標準漆板，均為經過生產線正常生產工藝而成，車身漆板是從漆后車身切割取下，取樣位置分別如圖1所示。鹽霧試驗和室外曝曬試驗前，用劃線刀在樣品表面中間位置劃出一條1mm寬，12cm長的劃痕線，且要劃到基材，鹽霧試驗時需用膠帶對車身漆板四周切割區域封邊。試驗結束后除去劃痕區域剝離的涂層，在劃痕起始位置1cm向下依次取10個點，間隔為1cm，測量每個點處的腐蝕寬度，基材腐蝕剝離寬度U/2=（d-w）/2，d為所選10個點腐蝕寬度的平均值，w為初始劃痕寬度1mm。

將基材為鍍鋅板和鋼板的漆板放入鹽霧試驗箱，按照標準DIN EN ISO 11997-1-2018^[1]中的cycle B循環鹽霧要求進行試驗，周期為70天。基材為鋁板的漆板放入鹽霧試驗箱，按照DIN EN ISO 9227-2017^[2]中的銅加速醋酸鹽霧要求進行試驗，周期為10天。將標準漆板固定在室外暴曬架上，每周向試樣表面噴灑一次3%氯化鈉溶液，使樣品表面完全濕潤，周期為12個月，試驗結束后參照標準對樣品腐蝕程度進行評價。

機械性能測試包括劃格、劃痕、石子沖擊和高壓水沖擊四項試驗，試驗前，將待測漆板放在（23 ±2）°C，相對濕度（50 ± 5）%的環境中保持超過16小時進行預處理。劃格試驗按照標準DIN EN ISO 2409-2013^[3]進行，采用間隔為2mm的劃格刀，在樣品表面平整的區域進行，劃格線都要達到基材，除去松散涂層，對照標準圖譜評級。劃痕測試按照標準MBN 10494-5-2016^[4]進行，將刀與漆面呈略小于90°的夾角，向操作者方向一側劃動（如圖2所示），試驗后對照標準中的圖譜評級。石子沖擊試驗按照標準DIN EN ISO 20567-?1-2017^[5]進行，采用直徑4.0～5.0mm的500g鐵粒子沖擊漆面待測區域兩次，然后參照標準圖譜評價漆膜和基材損傷的等級。高壓水沖擊試驗按照標準MBN 10494-5-2016進行，采用去離子水沖擊漆膜表面，位置限定在石子沖擊后的區域，觀察涂層剝離程度，試驗后對照標準圖譜進行評級。

涂膠漆板循環鹽霧試驗，在電泳漆板中間均勻涂覆160mm×80mm的膠，厚度約1mm，經烤箱固化并冷卻后，用劃線刀在涂膠表面中間位置劃出一條1mm寬，12cm長的劃痕線，且要劃到基材。將處理好樣品放入鹽霧試驗箱，按標準DIN EN ISO 11997-1-2018中的cycle B循環鹽霧要求進行試驗。試驗后除去涂膠和劃痕處的剝離涂層，測量并計算剝離寬度。

涂膠附著力測試按照標準DBL 6070-2013^[6]進行，在電泳漆板上通過模具制成坡形膠層，厚度0～3mm而呈楔形，如圖3所示。經烤箱固化并冷卻，用刀沿平行坡形方向劃開，間距為1cm，將厚膠層從漆板上用手反向撕開，觀察膠條是否從漆板上剝落。

2 結果與討論

2.1 防腐性能試驗

2.1.1 循環鹽霧試驗

循環鹽霧試驗是一種綜合鹽霧試驗，在試驗過程中有鹽霧、濕熱和干燥等不同狀態，通過噴鹽霧狀態時的沉積和潮濕狀態時的滲透，使鹽霧腐蝕不僅發生在樣品表面，也能滲透到樣品內部^[7]。因此，循環鹽霧試驗與實際情況相關性強，更能檢驗樣品真實的耐腐蝕性能。循環鹽霧試驗的待測樣品及其在鹽霧箱內的放置狀態分別如圖4a和圖4b所示。

70天循環鹽霧試驗后部分樣品形貌分別如圖5a和圖5b所示。從圖中可以看出，除人工劃痕破壞區域，樣品表面沒有發生明顯的腐蝕，涂層無剝離起泡現象，說明涂層在金屬表面具有較好的附著力和固化效果，能夠有效地阻止鹽霧對金屬基材的滲透腐蝕，表面涂層在鹽霧環境下具有良好的耐腐蝕性能。

循環鹽霧試驗后車身漆板和標準漆板的基材腐蝕剝離寬度數據如表1和表2所示，漆板表面劃線處露出基材，在試驗中隨著鹽霧的沉積，在高溫潮濕狀態下，逐漸發生基材的腐蝕和腐蝕產物的堆積，腐蝕產物是疏松結構的化合物，且吸水能力強，使得基材與涂層之間產生起泡剝離現象^[8]。試驗結束后用刀刮去剝離涂層即可測量并計算腐蝕寬度，從表1和表2中可以看出，循環鹽霧試驗后基材腐蝕剝離寬度均小于標準限值，說明涂層在金屬表面具有良好的耐腐蝕性能，可有效地阻止劃痕處腐蝕的擴散發展。

2.1.2 銅加速醋酸鹽霧試驗

銅加速醋酸鹽霧試驗是在氯化鈉溶液中加入一定量的氯化銅和乙酸，鹽霧腐蝕性更強，主要應用于快速檢驗鋁及鋁合金件的耐腐蝕性能。10天銅加速醋酸鹽霧試驗后的鋁標準漆板形貌和腐蝕剝離寬度分別如圖6和表3所示。

從圖6和表3可以看出，試驗后樣品表面沒有發生明顯腐蝕現象，涂層無起泡和剝落現象，說明鋁板表面涂層良好，平整致密，耐鹽霧腐蝕性能優越。在人工劃痕涂層破壞的區域，腐蝕擴展造成的涂層剝離寬度遠小于標準限值，符合標準要求，這表明噴漆生產工藝中磷化、電泳和噴漆等工藝質量均穩定可靠。

2.1.3 室外暴曬試驗

室外暴曬試驗周期長，區域性特點強，但能較為真實地反映車身涂層所處的實際環境，室外暴曬現場如圖7所示。在室外暴曬期間每周噴灑一次3%的氯化鈉溶液，模擬腐蝕性較強的沿海大氣環境。

12個月室外暴曬試驗結束后，除去人工劃痕處起泡剝離的涂層，部分樣品試驗后形貌如圖8a和8b所示，觀察樣品表面，僅發現涂層表面略有失光，沒有發生明顯腐蝕現象，涂層無起泡和剝離，經過室外暴曬試驗表明，涂層耐腐蝕老化性能良好。

12個月室外暴曬試驗后基材腐蝕剝離寬度如表4所示。兩種基材的漆板腐蝕剝離寬度均符合標準要求，其中鋁漆板在人工劃痕處沒有發生起泡剝離，說明鋁板對噴灑鹽水溶液的室外暴曬不敏感，劃痕處露出的鋁基材在空氣中氧化而變得穩定，阻止了腐蝕的進一步發展。

2.2 涂層機械性能試驗

涂層的機械性能試驗項目中，劃格和劃痕試驗是快速評價涂層附著力和固化效果的簡易方法。石子沖擊試驗是通過模擬汽車在行駛中車身涂層受到砂粒和碎石等顆粒物的損傷破壞，評估涂層對基材的保護效果，判斷涂層是否達到標準中耐機械損傷的要求^[9]。四項試驗可以在同一試樣表面進行，從不同的角度全面評價涂層的機械性能。

車身漆板和標準漆板的機械性能測試結果如表5和表6所示，部分樣品測試后的形貌如圖9a和圖9b所示。

從表5、表6、圖9a和圖9b中可以看出，所有樣品的涂層四項機械性能測試結果均符合標準要求，充分說明涂層質量穩定可靠，對基材具有良好的保護效果。劃格試驗中，涂層表面劃線處平滑，方格內均沒有發生涂層脫落，涂層附著力優良。劃痕試驗中，劃痕邊緣平整光滑，無明顯毛刺鋸齒狀及連帶剝落，符合標準要求。石子沖擊試驗結果的兩個評定等級，分別表示石子在漆膜上的沖擊痕跡和達到基材的破壞等級，均符合標準的要求。在石子沖擊痕跡區域進行高壓水沖擊試驗，未發現涂層脫落，說明此區域涂層附著力仍然良好，完全滿足標準要求。

2.3 涂膠粘接性能試驗

2.3.1 涂膠漆板鹽霧試驗

在噴漆車間所用的膠是汽車生產中用量最大的一類，涂膠主要應用于焊縫密封和底板抗石擊等方面，對汽車密封、防漏和耐腐蝕等功能起著重要的作用^[10]。70天循環鹽霧試驗結束后，涂膠漆板除去劃痕處膠層及剝離涂層后形貌如圖10所示，基材腐蝕剝離寬度如表7所示。

從圖10和表7中可以看出，在人工劃痕區域兩側，電泳涂層有腐蝕剝離現象，但剝離寬度符合標準要求。在其他區域，去除膠層可見電泳漆表面良好，未發現腐蝕和起泡剝離現象，表明涂膠在電泳板表面粘接密封良好，在70天的循環鹽霧試驗中，涂膠有效屏蔽了鹽霧的滲透和腐蝕，對電泳層和基材起到了較好的防護效果。

2.3.2 涂膠附著力試驗

電泳漆板的涂膠附著力試驗后形貌如圖11所示，涂膠附著力測試顯示，涂膠在電泳板上的粘接破壞模式是內聚破壞，說明涂膠在電泳板上的粘接牢固，符合標準要求，涂膠和電泳漆的兼容匹配性良好，說明在生產過程中，涂膠工藝過程質量穩定可靠。在生產中，涂膠的使用可有效增加對某些部位電泳漆的保護，協同提高整車的防腐效果。

3 結語

在汽車生產制造中，噴漆車間包括預處理、電泳、密封、噴涂和注蠟等工序，工序之間相互作用影響，都是保證汽車防腐老化和外觀的重要工藝過程，噴漆車身涂層的質量穩定對整車防腐具有重要作用。本文從不同的測試項目對噴漆車間的車身涂層質量進行全面監控，既有劃格、劃痕、石子沖擊和涂膠附著力等短周期試驗，可以快速評價涂層性能，也

有中長周期的鹽霧試驗和室外暴曬試驗，這些測試從不同角度充分檢驗涂層的各項性能質量。

（1）防腐性能試驗結果顯示，循環鹽霧、銅加速醋酸鹽霧和室外暴曬試驗后，相關試樣表面均無明顯腐蝕，涂層無起泡剝離現象，劃痕處腐蝕剝離寬度均滿足標準要求，說明涂層具有良好的耐腐蝕性能，有效地阻止了腐蝕擴散發展。

（2）涂層機械性能試驗結果顯示，劃格、劃痕、石子沖擊和高壓水沖擊試驗結果均符合標準要求，充分說明涂層質量穩定可靠，耐機械損傷性能好，對基材具有良好的保護效果。

（3）涂膠粘接性能試驗結果顯示，涂膠與電泳漆兼容性好，在電泳漆板上的粘接破壞模式屬于內聚破壞，涂膠在電泳漆表面粘接密封良好，可有效屏蔽鹽霧的滲透腐蝕，對電泳層和基材起到較好的防護作用。

參考文獻

[1] DIN EN ISO 11997-1-2018：Paints and varnishes-determination of resistance to cyclic corrosion conditions-part 1：wet （salt fog）/dry/?humid[S]. European Committee for Standardization， 2018.

[2] DIN EN ISO 9227-2017： Corrosion tests in artificial atmospheres- salt spray tests[S]. European Committee for Standardization， 2017.

[3] DIN EN ISO 2409-2013： Paints and varnishes-cross-cut test[S]. European Committee for Standardization， 2013.

[4] MBN 10494-5-2016： Paint test methods-part 5： technical mechanical tests[S].Mercedes-Benz， 2016.

[5] DIN EN ISO20567-1-2017： Paints and varnishes-determination of stone-chip resistance of coatings-part 1：multi impact testing[S]. European Committee for Standardization， 2017.

[6] DBL 6070-2013： Supply specification seam sealing compounds for body area[S].Mercedes-Benz， 2013.

[7] 田永，韋俊.汽車金屬零件循環鹽霧試驗標準概述[J].電鍍與涂飾， 2012，31（8）：43-47.

[8] 毛章卓，顧宏，袁楊等.不同類型車身涂層的耐候性及循環腐蝕測試結果比較[J].上海涂料，2017，55（2）：53-56.

[9] 邵偉蓀，張健，顧慧琳.汽車車身涂層抗碎石沖擊能力的測試[J].材料保護，1993，26（4）：33-34.

[10] 李靜.我國汽車膠粘劑/密封膠的現狀與發展[J].粘結，2007，28（3）： 45-47.