熱鍍鋅板的涂裝前處理技術

金正祥，周傳昆，朱洪宇，楊 濤

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引言

熱鍍鋅板在各行各業的應用逐年增加[1]，生產工藝日趨成熟，成本優勢越來越大。在電力行業，電氣箱體既要滿足外表面美觀要求，又要兼備內表面防腐和等電位功能。涂料雖然具備優良的防腐性能及外觀，但大多數屬于絕緣材質，無法滿足內表面等電位的要求；使用碳鋼板+電鍍或熱鍍鋅板能滿足內表面防腐和等電位要求，但不能滿足所有箱式產品外觀需求。因此，形成了這類箱體的特殊涂裝工藝——采用碳鋼板+電鍍鋅+外表面噴涂的工藝模式或熱鍍鋅板+外表面噴涂的工藝模式，相比前者采用熱鍍鋅板噴涂，優勢更明顯。

熱鍍鋅板經落料、折彎、焊接、流轉等工序后，表面鍍鋅層容易被劃傷、污染，切口無鍍層易生銹，焊縫爆鋅，增加涂裝能改善產品外觀。鍍層+涂層雙層防護結構提高了產品的耐腐蝕性能，延長了產品的使用壽命，使得鈑金機箱類產品能適應更惡劣的使用環境。因此，為獲得更好的涂層與鍍層的附著力，做好前處理是關鍵。本研究旨在推薦熱鍍鋅板涂裝前的幾種前處理技術。

1 熱鍍鋅板的前處理技術

鋅是一種活潑金屬，與空氣中的氧氣進行氧化反應，在48 h內鍍鋅層表面就會形成氫氧化鋅等自然氧化物。一般的熱鍍鋅板在熱鍍鋅之后有一道防護膜工序，封閉或降低鋅層表面孔隙率，阻止鋅的氧化，以增強板材的耐腐蝕能力，但在噴涂前，這種轉化膜經長時間放置及機加工產生的油污、灰塵，直接涂裝會降低鍍層與涂層的附著力。為了去除熱鍍鋅表面所附著的各種異物（如油污、銹蝕、灰塵、氧化膜等），提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對熱鍍鋅板表面進行前處理。熱鍍鋅板的常用前處理方式包括打磨、噴砂或掃砂、酒精或有機溶劑擦拭、化學前處理等。

1.1 打磨

即利用拋盤、拋光機打磨鍍鋅板表面，選用80目~120目的砂紙，在不破壞鍍鋅層的情況下增加表面粗糙度，增強涂層與鍍層的有效接觸面積，提高層間附著力。打磨工藝下，產品結構比較平整，可采用自動化設備實現，不規則產品可使用手工氣動拋盤打磨，同樣可以得到良好的附著力。但手工打磨的勞動強度大，結構復雜的產品打磨難度較大，易出現打磨力度分布不均，鍍鋅層表面粗化程度不均勻，甚至可能打磨掉鍍鋅層等問題。

1.2 噴砂或掃砂

噴砂或掃砂工藝是采用壓縮空氣為動力形成高速噴射束，將噴料（玻璃砂、金剛砂、鐵砂等）等高速噴射到待處理工件表面，使工件外表面發生變化。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度。相對于碳鋼板，熱鍍鋅板材的噴砂工藝使用的沙粒粒徑更小，氣壓更低。箱體類產品使用較多的板材壁厚在0.8 mm~2 mm，受產品結構強度影響，復雜的箱體結構和門板，強度較高，噴砂過程中變形量較?。惠^大的箱體結構，板材薄，無加強筋的情況下，噴砂時會有變形?？赏ㄟ^選擇更細或質地更軟的砂粒、降低噴砂的壓力或適當加大噴砂距離等方式解決變形問題，如選用80目（粒徑≤0.2 mm）以上的石英砂，氣壓0.6 MPa~0.8 MPa，距離100 mm~150 mm。

經噴砂或掃砂作業，鍍鋅層厚度便會降低約0.5μm~0.8μm，再用干燥潔凈的高壓氣槍清理表面灰塵。受環境影響，噴砂或掃砂作業后，鋅層表面氧化層或其他轉化膜層被徹底破壞，鋅層裸露在空氣中，48 h以內表面再形成氧化層，因此噴涂作業最好在24 h以內進行，正常生產的產品應在1 h以內上線噴涂。

該工藝的特點是鋅層表面氧化皮或鈍化層去除比較徹底，粗化了工件表面，增強了與涂層的接觸面積，適合批量生產，不易出現附著力差等質量問題。

1.3 酒精或有機溶劑擦拭

酒精或有機溶劑擦拭是指使用酒精或其他具有溶解性質的有機揮發物，用擦拭布浸濕，去除待處理工件表面的油污、灰塵等雜質，使得工件表面處理獲得一定的清潔度。該工藝是大多數使用熱鍍鋅板的廠家涂裝前常用的一種前處理方式。碳鋼板的前處理，含除油、除銹、轉化膜（磷化、硅烷、陶化等）等，這些工序設備投入成本高，改成鍍鋅板后，將加工成型產品使用酒精或有機溶劑擦拭，清理產品在機加工過程中的灰塵、油污、指紋等污物，再上線噴涂，前期的設備投入低，也大幅度縮短了生產周期。圖1為電氣柜門噴塑流水線上線前使用酒精擦拭。

鍍鋅板經酒精或有機溶劑擦拭再噴涂也能獲得良好的附著力，該工藝的優點是沒有破壞鍍鋅表面，鍍鋅層與涂層達到雙層防腐的效果，具有更好的防腐效果。缺點是大量生產時擦拭布更換不及時，易造成鍍鋅層表面二次污染，最終會影響涂層的附著力。

圖1 電氣柜門噴塑前酒精擦拭

1.4 化學前處理

熱鍍鋅板噴涂前化學處理，主要工序包括脫脂和轉化膜處理。蔡寶良等采用鋅系磷化膜能得到很好的涂層附著力[2]，隨著無磷排放的環保要求，采用硅烷處理、陶瓷轉化膜等環保型轉化膜工藝也能提高鍍鋅層與涂層結合力[3-4]，適合流水線生產。

熱鍍鋅板表面處理狀態有多種，不同表面處理的鍍鋅板材，涂裝前化學處理工藝也有不同，表1給出了鋼板及鋼帶的鍍層種類、鍍層表面結構、表面處理的分類和代號。作為替代碳鋼板噴涂用的熱鍍鋅板，宜選用不處理（U）或不涂油（C、C5、P、AF、AF5）的鍍鋅板，前處理可減少轉化膜工藝。

表1 鋼板及鋼帶的鍍層種類、鍍層表面結構、表面處理的分類和代號

化學前處理的特點首先是不受產品結構影響，即使復雜結構箱體，也可以通過增加排氣排液的工藝孔來實現；其次適合批量生產，相對前處理成本低?；瘜W前處理過程應嚴格監控工藝參數，出現脫塑、局部起泡、膜層開裂等附著力差的質量問題時有發生，影響生產。

綜上所述，熱鍍鋅板的表面處理類型、厚度和產品結構，是影響前處理工藝選擇的主要因素，此外還要考慮現有的設備條件、產品的量和成本比例。4種前處理工藝適用的產品綜合對比，見表2。

表2 鍍鋅板的前處理工藝對比

2 試驗

2.1 試驗材料及工藝

試驗樣板選用SGCC熱鍍鋅鋼板，規格：DC51D+Z-50/50-M-FC-AF5，樣板尺寸（mm）：150*80*1.0。試驗樣板的前處理工藝、參數及數量見表3。

表3 樣板的前處理工藝、參數及數量

2.2 性能測試

噴涂后附著力采用劃格法，按照GB/T 9286的標準要求，選用2 mm間隔的劃格刀測試鍍鋅層與噴塑膜層附著力。

沖擊試驗按照GB/T 1732進行，落地高度為50 cm，樣板正沖和反沖各1次。

將試樣按照劃叉法，沿對角線方向劃開，按照GB/T 10125進行中性鹽霧（NSS）試驗，采用連續噴霧方式，持續240 h。以試樣對角線兩邊的腐蝕擴散、起泡、剝落程度來評價涂層耐蝕性和附著力。

3 結果與分析

3.1 手工打磨、噴砂前后鍍鋅層厚度對比

從表4可以看出，手工打磨后鍍鋅層厚度降低了約1.2μm，噴細砂相對比較均勻，膜厚降低了0.6μm，對鍍鋅層的影響不大。

表4 手工打磨、噴細砂前后樣板鍍鋅層厚度對比（單位：μm）

3.2 附著力測試

對樣板進行膜層厚度、附著力、沖擊、劃痕鹽霧腐蝕試驗，試驗結果見表5。

表5 涂層附著力性能測試

從表4、表5可以看出，打磨、噴砂會降低熱鍍鋅厚度，其中打磨對鍍層厚度影響比較大，且不均勻，使得雙層防護體系打了折扣。雖然四種前處理工藝都能獲得合格的膜層附著力，經240 h連續鹽霧噴霧試驗，劃痕處腐蝕擴散≤2 mm，也無起泡、剝落等現象，但在實際應用過程當中，特別是使用環境比較惡劣的情況下，酒精或有機溶劑擦拭工藝是推薦噴涂前處理工藝，不僅前期設備投資成本低，后續使用成本相對低廉，且對熱鍍鋅板表面處理狀態也不受限制，還能得到較好的涂層附著力，確保了雙涂層防護體系。

4 結語

通過對熱鍍鋅板涂裝前四種前處理技術的特點分析和試驗驗證，4種前處理工藝優缺點明顯，也都能獲得合格的膜層附著力。日產量較?。ㄐ∮?00件）的情況下，推薦使用酒精或有機溶劑擦拭的工藝，但應注意現場通風和勤換擦拭布，不僅減少設備的投資、節約成本，也能獲得較好的涂層質量。為減少現場易揮發有機物的排放，可選擇噴細砂工藝，雖然鍍鋅層有少量損失，但損失部分比較均勻，涂層與鍍層仍然得到較高質量的雙層防護體系。日產量在500件以上的情況下，推薦使用化學處理工藝，建設脫脂+轉化膜+涂裝的自動化流水線，前期的設備投資平分到總產量中，前處理的實際成本也會隨之降低，降本增效的同時，也要加強對產線各參數監控管理，確保涂層質量。