电镀锌涂装性能的影响因素及改善--中国期刊网

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电镀锌涂装性能的影响因素及改善

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：李梦娜

[导读] 摘要：长期以来电镀锌及锌合金主要用作防护性镀层，广泛应用于汽车、家电等各个领域。

        身份证号码：41042119880617xxxx
        摘要：长期以来电镀锌及锌合金主要用作防护性镀层，广泛应用于汽车、家电等各个领域。为了提高电镀锌的防腐性能和装饰效果，常常在电镀锌表面增加有机涂层。电镀锌由于镀锌过程中的人工电场控制性较强，锌层的表面原子排列紧密，平整度和光亮度较高，影响涂层的附着力，导致电镀锌与有机涂层的结合力大幅降低，因此电镀锌一般不能直接涂装。目前对电镀锌涂装性的系统研究较少，文中主要通过对影响电镀锌层涂装性的因素进行分析，并列举了当前几种有效改善镀锌层涂装性能的方法。
        关键词：电镀；涂装性；复合镀层；
        在电镀锌件的涂装过程中，镀层与涂层之间的表面、界面作用是其中最重要的影响因素。电镀锌与涂层之间相互作用的影响因素主要有：润湿与吸附作用、酸碱匹配作用、化学键结合、界面扩散作用、界面的机械作用、弱界面层的作用和双电层作用。通过电镀锌层与有机涂层之间的这些相互作用可以很好地解释电镀锌表面涂装性能差的原因。
        1电镀锌涂装概述
        电镀锌钢板是为防止钢板表面遭受腐蚀，延长其使用寿命，在钢板表面涂以一层金属锌，这种涂锌的薄钢板称为电镀锌。镀锌是一种经常采用的经济而有效的防腐方法。锌的抗大气腐蚀机理包括机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌保护膜，一定程度上缓解锌的腐蚀，这层保护膜（也称白锈）受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护作用，锌与铁形成微电池时，锌作为阳极被溶解，铁作为阴极被保护。随着汽车行业对于车身的防腐能力需求越来越高，电镀锌开始逐步取代冷轧板应用于各新车型，且存在热镀锌、电镀锌、冷轧板几种材料同时存在于同一车型的情况。因此，需要进行前处理电泳工艺参数、材料上的调整，以适应多种板材材质混合过线的情况。避免出现电镀锌在前处理电泳过程中出现磷化膜刻蚀、电泳膜斑印等问题。
        2影响镀锌层涂装性能的因素
        2.1润湿及吸附作用
        润湿作用是液固体两相分子相互接触的过程，大部分液体涂料与金属基体涂装过程，都属于分子力作用[9]。在分子间作用力主导的涂装过程中，润湿是前提条件，涂料添加稀释剂可以增加涂料流动性，提高与基体的润湿效果。吸附理论认为有机涂层的结合力主要来自于分子间作用力，分子间作用力包括范德华力和氢键力。涂层有机分子与基体金属分子满足一定距离条件后，分子间就会产生作用力，从而达到有效结合的目的。然而有机涂料绝大多数为高分子聚合物，其在固体表面的吸附状况与低分子的吸附有所差异。
        2.2酸碱匹配作用及界面化学反应
        酸碱匹配作用是由于物质分子中电子的转移过程造成的。在高分子涂料中，除了饱和碳氢聚合物外，很多聚合物分子中原子都有给、受电子的能力。因此，在涂装及粘接过程中，酸碱作用是普遍存在的。偶极力在涂层粘接体系中对粘附功的作用可以忽略不计，除色散作用外，酸碱匹配作用对粘附功的贡献最大。在涂装粘接体系中，基体表面的酸碱属性有时可以通过特定的表面处理来改变，例如碱性玻璃（含20%氧化钠）表面用 5%盐酸处理后，短时间内即可将表面转变为酸性。潘慧铭等以 MMA-天然橡胶接枝聚合物为粘接剂，粘接经过丙酮处理（不改变酸碱属性），碱液处理以及酸液处理的玻璃片。结果表明，酸液处理的玻璃片的结合强度比丙酮处理及碱液处理的要高出 1 倍左右。这是由于酸性表面与粘接剂具有很好的酸碱匹配作用。黄素娟等研究了硅橡胶的酸碱作用，结果表明，含有碱性和酸性偶联剂的硅橡胶分别对酸性和碱性处理的玻璃的粘接性能明显优于不具备酸碱作用的粘接体系。
        2.3界面扩散与机械作用
        涂装体系的界面扩散作用和物质的溶解过程类似，都是一种混合的过程。在涂装体系中，扩散作用的结果产生模糊界面，甚至导致涂层界面消失。通过扩散作用在界面处就会出现相互扩散交织的现象，提高了结合力。对于电镀锌的涂装体系，由于镀层表面金属原子排列密实，与有机涂层之间不会发生溶解或溶胀现象，因此在电镀锌的涂装体系中界面扩散作用不大。机械作用力是指有机涂料充满或部分充满基体表面的空隙或凹面，涂层固化后就会使得基体表面与有机涂料之间形成各种形式的啮合结构，并且凹凸不平的表面可以起到增大接触面积的作用。为了提高涂层结合力，物体表面应当适当的进行表面粗化，使表面具有一定的粗糙度。例如金属表面通过喷砂处理增加表面粗糙度，以提高其表面与有机涂层的结合力。电镀锌层表面的锌原子之间是以金属键紧密结合起来的，原子的位置固定不变，排列规整、有序性高，大多能生成晶体结构，密度大而结构致密，表面光滑无空隙或凹面，不但金属分子不能发生扩散，就是涂料分子也不可能扩散到镀层里面去。这也是电镀锌表面涂层结合力性能差的主要原因。同时由于电镀锌层很薄，因此不能通过物理喷砂的方式来增加表面粗糙度。
        3与前处理电泳适应性验证
        3.1电镀锌与前处理 - 电泳材料适应性验证
        本司前处理材料供应商为汉高、凯密特尔，电泳材料供应商为 PPG、关西。电镀锌与前处理电泳槽液适应性验证通过在实验室进行脱脂率、刻蚀量、膜重、晶像等测量及磷化膜外观评估进行确认。基本确认在凯密特尔前处理线上，电镀锌存在较高的刻蚀量，需通过调整脱脂液 PH 改善；在汉高前处理线上，存在磷化膜外观发花现象，需用过调整磷化液阳离子、氟离子浓度改善。
                                   表 1 与涂层的粘合强度等级

        3.2电镀锌磷化膜重对漆膜性能的影响
        将不同梯度的磷化膜重下（1.0 ～ 1.5g/ m2、1.5 ～ 1.2g/m2、2.0 ～ 3.0g/m2、3.0～ 4.0g/m2）的电镀锌经电泳上膜烘烤后，进行电泳漆膜性能检测，发现在 1.0 ～ 1.5g/ m2 的磷化膜重范围内的电泳漆膜耐水性能不达标。故针对公司实际匹配情况，将磷化膜膜重标准进行重新修订为 1.8 ～ 4.0g/m2。
        3.3电镀锌预磷化板涂装脱脂刻蚀问题解决
        电镀锌预磷化板材在涂装前已有一层磷化膜（晶相 2-4μm，膜重 2.1g/m2），涂装前处理后不会再重新上磷化膜；但涂装前处理过线中原底材磷化膜被腐蚀（膜重下降 0.1 g/m2），主要产物为锌腐蚀形成的氧化锌，表现在涂膜表面的缺陷即刻蚀。虽然磷化膜重下降轻微，但腐蚀不均匀会引起凹坑状电泳斑印质量问题。
        3.3.1脱脂剂材料进行切换
        白点和电泳条状斑印问题，经分析原因是电镀锌预磷化板材在脱脂剂型号 S5176 中产生腐蚀。现场试验确认，在冷轧板和电镀锌混线生产兼容性方面，H10037/2 脱脂剂表现更好，且与后序磷化、电泳工艺性能配套，因此进行材料切换。
        3.3.2脱脂工艺参数调整
        原脱脂液控制参数及范围为：游离碱 6～ 12ml，碱比＜ 2.3。采用新材料后，为解决电镀锌刻蚀问题，根据现场参数调整验证，确定为取消“游离碱”、“总碱 / 游离碱” 两项参数的检测，增加“总碱”，“PH” 两项参数检测。参数范围为：总碱：8 ～ 20ml，PH：9.5 ～ 11.5，在此工艺条件下，刻蚀问题可完全消除。
        4结束语
        电镀锌、冷轧板几种材料同时存在于同一车型的情况，需要进行实验室模拟验证、前处理电泳材料方面的调整、工艺范围调整等。根据验证结论，重新输入新的工艺参数控制项及工艺控制范围，完善工艺控制体系。磷化处理作为另外一种常用的金属表面防护手段，可以增强电镀锌与有机涂层之间的结合力，并可进一步提高对基体的防护性，是目前最为成熟、应用最广的提高电镀锌涂装性的方法。相关人员可以结合实际情况进行投入使用。
        参考文献：
        [1]李建三.镀锌钢板磷化工艺的研究[J].电镀与环保，2003，23（3）：23—24.
        [2]张安富.镀锌系钢板的涂装性能[J].表面技术，1990（1）：19—23.
        [3]沈国良.镀锌钢材涂装[J].上海涂料，2006，44（8）：20—22.
        [4]陈慕祖.镀锌钢板涂装中的缺陷与改进[J].汽车工艺与材料，2004，33（9）：30—33.