鑄件用水性漆常見問題分析及解決措施

時(shí) 曉，馬新俠，吳雅茹，王曉麗，劉漢彬

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261001）

隨著國家對環(huán)保重視程度地不斷加強(qiáng)，各種環(huán)保政策發(fā)布，對中國涂料行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。其中，禁止使用高VOCs 含量的溶劑型涂料，推廣水性等低VOCs 含量涂料等措施成為重點(diǎn)。2016 年發(fā)布的《國家鼓勵的有毒有害原料（產(chǎn)品）替代品目錄（2016 年版）》就提出各類水性涂料替代溶劑型涂料。水性漆與油性漆相比，使用無色無毒的水作為溶劑，減少有機(jī)溶劑的使用，大大降低了涂料中VOCs 的排放量和環(huán)境污染，屬于綠色環(huán)保涂料[1]。

工業(yè)涂料領(lǐng)域，尤其是汽車領(lǐng)域更為強(qiáng)調(diào)使用水性涂料。發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋鑄件在加工裝配前需要噴涂底漆進(jìn)行防銹，避免在加工過程中出現(xiàn)銹蝕，影響產(chǎn)品最終整機(jī)噴漆效果。如果底漆出現(xiàn)問題，需要對鑄件進(jìn)行重新拋丸噴漆，造成人力和成本的浪費(fèi)。本文主要針對鑄件用水性底漆使用過程中常見的問題包括閃銹、脫漆、漆面白點(diǎn)及漆渣等進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決措施。

1 漆渣

1.1 缺陷分析

漆渣主要表現(xiàn)為水性漆噴涂后表面有顆粒狀異物凸起于涂膜表面，漆面粗糙度大。其根本原因?yàn)閲娖犰F化過程中霧化不充分，存在大小不一的液滴或其中存在顆粒物，粘附于漆膜表面形成凸起，見圖1。

圖1 漆渣缺陷圖

1.2 漆渣來源分析

漆渣產(chǎn)生的根本原因是漆面存在顆粒度較大的雜質(zhì)，無論是漆塊或灰塵，影響其漆膜光潔度。

噴漆系統(tǒng)雖然流程較短，但其中雜質(zhì)來源及異常點(diǎn)較多。常見的空氣噴漆系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、油水分離器、壓力控制器、涂料貯存罐以及噴槍組成（見圖2）。噴漆過程為空氣在通過空壓機(jī)及油水分離器后到達(dá)壓力控制器，受壓力控制器調(diào)節(jié)后輸出穩(wěn)定壓力的壓縮空氣，通過一條管路直接進(jìn)入噴槍，另一條進(jìn)入涂料貯存罐為噴槍提供涂料，噴槍內(nèi)涂料在壓縮空氣作用下霧化噴出。壓縮空氣及涂料管路內(nèi)基本具備過濾環(huán)節(jié)。完成后，使用清洗劑沖洗涂料管路。以上多個(gè)環(huán)節(jié)都存在有雜質(zhì)或影響霧化的可能性。

圖2 噴漆系統(tǒng)示意圖

漆膜表面漆渣來源主要分為三個(gè)：一是噴漆系統(tǒng)中帶來的雜質(zhì)或液滴；二是噴漆霧化不充分產(chǎn)生的小液滴；三是鑄件表面清潔度差，表面存在浮灰雜質(zhì)。

1.3 漆渣解決方案

根據(jù)漆渣的來源，我們有以下解決方案。

一是排查鑄件表面是否存在較大顆粒浮灰或雜質(zhì)。噴漆施工前對鑄件進(jìn)行兩次及以上的清吹，有條件的可以進(jìn)行濕法清理，減少表面大顆粒雜質(zhì)。

二是排查噴漆工具霧化噴嘴霧化效果，如果霧化效果不好，極易在鑄件表面形成漆渣。

首先，檢查霧化噴嘴每次施工完成后是否清洗到位，是否存在漆渣殘留，避免影響霧化效果。

其次，水性漆本身特性問題，對于單組分水性漆可能為水性漆粘度大或本身細(xì)度不足，導(dǎo)致霧化不良；對于雙組分水性漆可能為固化反應(yīng)速度快，在噴射霧化過程已經(jīng)固化，形成漆渣，以上兩個(gè)問題均可以通過調(diào)整水性漆組分進(jìn)行解決。

三是排查噴漆系統(tǒng)中是否存在雜質(zhì)或影響霧化的大顆粒物。（1）涂料管清洗效果差，存在硬化漆渣。可以調(diào)整清洗溶劑與水的比例、調(diào)整清洗溶劑溫度以及清洗方式進(jìn)行改善。采用清洗溶劑和壓縮空氣間隙式交替清洗效果較好[2]。（2）壓縮空氣中存在雜質(zhì)，隨漆一同被施工至鑄件表面。檢查壓縮控制過濾環(huán)節(jié)是否出現(xiàn)破損或過濾不良情況。（3）噴漆環(huán)境溫濕度控制不足，在水性漆施工窗口之外。過高的施工溫度和過低的濕度導(dǎo)致漆霧提前干燥固化，最終表現(xiàn)為漆面漆渣。

2 閃銹

2.1 缺陷表現(xiàn)

閃銹主要表現(xiàn)為水性漆噴涂后漆面短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)深紅黑色銹斑，通常形狀為直徑2mm～4mm的圓形，見圖3。鑄鐵類鑄件，尤其是蠕墨鑄鐵鑄件在施工水性漆的過程中極易出現(xiàn)該缺陷。閃銹經(jīng)常發(fā)生在漆膜較厚或夾角凹槽處及其附近，一旦發(fā)生需將閃銹區(qū)域打磨光滑后重新補(bǔ)漆。

圖3 閃銹缺陷圖

2.2 缺陷原因分析

閃銹產(chǎn)生的根本原因是水性涂料與鑄件表面形成的微電流腐蝕。水性漆以水為主要分散介質(zhì)，屬于導(dǎo)體，與鑄件存在電位差的不同區(qū)域形成微小電池，同時(shí)水的比熱容較大，揮發(fā)速率慢，這樣在水性涂料成膜過程的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了電離腐蝕，形成閃銹。鑄鐵中的石墨作為有效陰極，能夠加速基體腐蝕，理論上石墨表面積越大，腐蝕情況越嚴(yán)重，因此石墨由片狀向蠕蟲狀再向球狀過度，腐蝕程度會降低[3]。但實(shí)際生產(chǎn)中，蠕墨鑄鐵的閃銹率要高于片狀石墨，分析認(rèn)為，蠕墨鑄鐵中參與蠕化反應(yīng)的Mg 元素較為活潑，促進(jìn)了微電池的電化學(xué)腐蝕。

2.3 閃銹解決方案

根據(jù)閃銹問題產(chǎn)生的原因分析，我們有兩方面的解決方案。

一是改進(jìn)水性漆配方，減少配方內(nèi)離子的引入，選擇對底材有鈍化作用的原料，從而減少微電池的形成，減少腐蝕源。我們可以與供應(yīng)商進(jìn)行溝通，避免使用陰離子型的分散劑以及引入有機(jī)雜環(huán)化合物類防銹顏料，將水性漆pH 值控制在9.0～9.5 以上，通過強(qiáng)堿鈍化基材表面，保持防閃銹性能[4]。

二是提高水性漆表干速度，減少腐蝕時(shí)間。（1）使用揮發(fā)速率快的助劑，提高表干速度，減少閃銹可能性；（2）控制噴漆件溫濕度，水性漆施工最佳窗口溫度10～35℃，濕度在40%～70%，盡可能施工后立刻進(jìn)行高溫烘干[5]；（3）控制首次噴漆的漆膜厚度，如漆膜厚度要求較大，可分多次涂裝來滿足要求。

3 脫漆

3.1 缺陷表現(xiàn)

鑄件脫漆缺陷主要表現(xiàn)為鑄件漆面起皮脫落或在后續(xù)加工清洗過程中發(fā)生脫落。

3.2 脫漆原因分析

鑄件脫漆產(chǎn)生的根本原因是鑄件底漆本身原因或因外界因素（如切削液、清洗劑或機(jī)油）等造成的附著力下降或是沖擊力超出附著力情況。

根據(jù)脫漆區(qū)域與不脫漆區(qū)域的界限情況，界限明顯的通常是附著力低導(dǎo)致的成片脫落，界限不明顯的是由于本身附著力受外界因素降低或加工清洗力過大導(dǎo)致的漸進(jìn)式脫漆，見圖4。

圖4 脫漆缺陷圖

3.3 脫漆解決方案

根據(jù)脫漆缺陷的原因分析，重點(diǎn)解決附著力低以及可能導(dǎo)致附著力下降的外界因素。

一是確保鑄件漆面的附著力的措施。（1）做好鑄件清吹，提高鑄件表面清潔度，避免灰塵顆粒對附著力的影響。（2）選擇合適的漆膜厚度，滿足性能的前提下盡可能降低單次施工的漆膜厚度，避免起皮缺陷，降低成本。（3）如有條件，施工后高溫烘干可以有效提高漆膜附著力和質(zhì)量。

二是減少可能會導(dǎo)致附著力下降的外界因素。（1）調(diào)整水性漆組份或加工過程各類試劑，避免漆膜與后續(xù)加工清洗過程各類試劑發(fā)生反應(yīng)，造成的附著力降低。（2）及時(shí)更換加工切削液，避免切削液過度使用產(chǎn)生鹽分堆積，破壞漆膜。（3）加工清洗過程，盡可能采用旋轉(zhuǎn)式清洗設(shè)備，避免長時(shí)間沖刷固定區(qū)域，同時(shí)控制清洗壓力和清洗溫度，可以有效避免脫漆問題的發(fā)生。

4 白點(diǎn)

4.1 缺陷表現(xiàn)

白點(diǎn)主要表現(xiàn)為水性漆噴涂后漆膜表面有白色顆粒凸起于涂膜表面，使用工具打磨后可以去除且不再重復(fù)產(chǎn)生，見圖5。

圖5 白點(diǎn)缺陷圖

4.2 白點(diǎn)原因分析

通過對噴漆環(huán)境進(jìn)行144 天的溫濕度監(jiān)控，見圖6，發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)缺陷通常出現(xiàn)在濕度大于80%的環(huán)境下，尤其是低溫高濕的環(huán)境下，極易出現(xiàn)白點(diǎn)情況。分析認(rèn)為白點(diǎn)缺陷為水性漆中鹽堿類組分的非常規(guī)析出，低溫導(dǎo)致鹽堿類組份在溶劑中的溶解度下降，同時(shí)高濕環(huán)境延長了漆膜的干燥時(shí)間，使得鹽堿類組份能充分聚集析出，形成白色顆粒。析出完成后或漆膜干燥后自然不再重復(fù)產(chǎn)生。

圖6 環(huán)境溫濕度監(jiān)控圖

4.3 白點(diǎn)解決方案

根據(jù)白點(diǎn)原因的分析，我們有以下解決方案。

一是調(diào)整水性漆組分配比。（1）調(diào)整水性漆中防銹助劑的比例，通常水性漆會使用鹽堿類助劑調(diào)整pH 值至9.0 以上，來降低閃銹幾率，可以采用鐵紅等還原性物質(zhì)來取代鹽堿類助劑。（2）提高干燥速度，減少析出時(shí)間。

二是控制噴漆環(huán)境溫濕度，將環(huán)境溫濕度控制在水性漆的施工窗口內(nèi)，對于異常天氣要有排風(fēng)除濕等措施。

5 結(jié)語

本文主要總結(jié)了水性漆在鑄鐵件上施工出現(xiàn)的常見問題分析及解決措施，運(yùn)用因果鏈思維提供快速排查解決問題的思路。

（1）漆渣問題可以通過提高鑄件表面清潔度、改進(jìn)霧化效果以及系統(tǒng)排查噴漆系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)行解決。

（2）閃銹問題可以通過優(yōu)化水性漆成分、增加防閃銹助劑以及提高干燥速度來進(jìn)行解決。

（3）脫漆問題可以通過提高鑄件表面清潔度、改進(jìn)漆膜施工厚度、提高干燥速度以及優(yōu)化加工清洗工藝來進(jìn)行解決。

（4）白點(diǎn)問題可以通過優(yōu)化水性漆堿性助劑、提高干燥速度以及控制噴漆環(huán)境溫濕度進(jìn)行解決。