铸铁件粉末涂装中的针孔缺陷的分析.doc

铸铁件粉末涂装中的针孔等缺陷之分析
（草稿）

摘 要：针对喷粉生产线中出现产品表面有针孔等缺陷问题，概述了铸铁件在静电粉末喷涂中因工件材质、前处理、水分烘干、粉末喷涂、粉末固化等而产生的针孔缺陷，重点分析其成因及解决方法。

关键词：针孔 高远红外辐射加热 铸铁件 粉末涂料

一． 涂装技术参数

1． 工件：铸铁件 ≤39KG 工件最大综合尺寸: 520×410×360 缝纫机机头
形状比较复杂，喷砂质量、表观比较差。
2. 工作链速：0.7m/min
3. 粉末涂料种类：环氧（热固性 江苏太仓“老虎”牌 10min，200℃）
4. 环境要求：相对湿度：60-80%， 温度： 20-30℃ （≥10℃）
5. 压缩空气要求：1）压力：0.7MPa
2）含水量：小于1.3克/m3
3）含油率：0.1ppm 0.01 m g/ m3
4）含尘量：小于1.0克/m3

附：单螺杆空压机（上海佳力士机械 0G08F 1.1 m3/h 0.85MPa）
储气罐0.28 m3
膜式高效净化器（活性炭 沈阳 德国技术）

二． 涂装工艺流程及参数

1. 前处理：大连恒利提供
锌系磷化药液， 常温
脱脂-水洗1-表调-磷化-水洗2-水洗3
要求控制磷化膜粗糙问题，锌系最佳膜厚为1.5-2克每平方米

2. 水分烘干
10min，120-220℃， 现140℃
螺旋翅片加热，循环风机
3. 喷粉
进入喷粉室工件表面温度：≤50℃
喷粉室附近干扰气流横向速度：≤0.3m/s

4. 粉末固化
高远红外辐射加热 10min，120-220℃， 现11min，240℃
循环风机
三. 铸铁件

常见铸铁件为灰口铸铁，含碳量在2%至4%之间，碳主要以石墨相存在。铸铁件表面疏松多孔，特别是当铸造质量不高的情况下，铸铁件表面缺陷更加突出，因此，铸铁喷粉比较困难，废品率较高。主要表现在涂层结合强度差，孔隙率高，容易返锈。因此在做铸铁件前处理工艺时要格外的小心。

四．针孔

1. 针孔是指涂膜表面存在像被针尖刺过的小圆孔，类似皮革毛孔，孔径约100μm。
针孔是指粉末涂料从熔融到固化的过程中，涂层中的气体从底层穿过高粘度的、已接近封闭的弹性树脂层到达涂层表面，而未逸出所形成的缺陷。突破界面者为针孔，来不及排除者为气泡。涂层中的气体可以是空气、水蒸气或氢气（镀锌层中带来的）等。根本解决方法是喷涂前彻底排除气体。小量的无法排除的气体，也可用控制烘干和喷涂条件的方法避免产生针孔或气泡。
据计算，排除涂层的空气需要26秒，在除膜开始固化前的安全熔融流平段（100—135摄氏度）升温慢些。给予足够的排气时间。或采取工件预热后喷粉的方法，均有效果。

2. 通常情况下，针孔由以下原因造成：
（1）工件脱脂除锈不彻底或磷化后水洗不净，有油污或水-----检查前处理各溶液参数是否符合要求（温度、浓度等），液面脏否，
（2）压缩空气含有过多的油和水------纸巾蒙住管口，十几分钟后观察：破口边缘是否有油和水（湿了，黄了？）及时排放压缩空气冷凝水。

. （3）粉末或设备受化学物质污染（如硅胶、玻璃胶、输送链滴油等）-----确有个案，重点检查粉房
（4）喷枪电压过高，造成涂层击穿；喷枪与工件距离太近，造成涂层击穿---调低静电压
拉远喷枪与工件之间的距离，并注意喷枪在工作时不宜对工件局部地方作长时间的停留
（5）涂层过厚,造成静电排斥,
（6）闪干不充分。烘烤升温太快，溶剂急剧挥发形成的。
（7）涂料，黏度大，流动性差，气泡释放性差。
（8）粉末受潮，含水量大，----120目筛网内无粉，可用。呈粉状散落，可用。应30℃以下，通风，干燥，6-8月保存期。粉末适当干燥处理，过筛后用。
（9）工件表面有许多毛细孔，如铸件；内有残余挥发物

另外，大多数人认为由于工件基体未完全干燥，喷粉经固化时，由于水蒸汽的蒸发是产生针孔的主要原因。但实际上工件的材质不配通常是产生针孔的根本原因。由于有些材质金属原子之间的结构不是很紧密，在强电压的情况下（喷粉所用的电压一般高达60-100KV）使金属原子排列秩序发生变化（紧密排列），造成一些细微裂纹或部分脱落，喷涂后固化时在里面的空气释放而产生针孔。若确认为工件材质原因所致，可用砂纸打磨或提高工件喷砂质量。

五. 粉末涂料

1. 粉末涂料是粉末状无溶剂涂料，在固化过程中才能熔融流动
粉末涂料中含有一定量的挥发性物质如水、低分子有机化合物等(一般小于1%)。基材表面有时也含有一些水和其它低分子物质。加热干燥（固化）时这些物质要挥发，如果粉末涂层胶化或快要胶化时仍未挥发完毕,将在涂层表面形成针孔严重时会造成涂层起泡。涂层越厚，这种现象就越严重。
若采用高远红外干燥（固化）,涂层将在短时间内达到这些物质的沸点之上；而且是由里及表的加热,与其挥发排出方向一致。这些物质就会在涂层胶化前挥发掉,不会在涂层表面形成挥发孔即针孔。
2. 利用静电均匀地喷涂至经过喷砂、除油、除锈、铬化、镀锌等前处理的工件表面上，在规定的固化温度和时间条件下进行熔融、流平和交联固化，而在工件表面形成均匀、致密和与工件结合牢固的涂层。
3. 由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性,导致粉末涂料比液体涂料更难去除表面缺陷。成膜过程可分为熔融聚结,形成涂膜,流平三个阶段。影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融粘度、体系的表面张力和膜厚。而熔融粘度尤其取决于固化温度、固化速度和升温速率。
4. 所购买的树脂，不同批次间，树脂反应基团含量的指标差别较大，常常造成配方不准，造成固化成膜后，涂膜中含有不同程度的未反应的热塑性的树脂。在冷热变化中，由于热塑性树脂的收缩率要大于热固性树脂的收缩率，因而，这种涂膜在冷却后，由于收缩率的差别形成了凸凹或褶皱，使涂膜产生针孔或细纹。这也是为什么刚从烘箱里取出来时光洁，随着逐步的冷却，就会显现出针孔或细纹的原因了。

六．高远红外辐射加热

红外辐射加热就是采用各种红外元件将能源转化为红外辐射能，对加热固化设备内所需加热固化工件进行均匀辐射；使涂膜接受到红外热辐射，产生电子、原子或分子振动,从而加热涂膜。其加热效率要远高于对流加热。这种方法适合表面类件。对于有辐照阴影类工件，一般来说，只要设计得当，将其与自然对流或强制对流加热结合起来。即可实现均匀加热。
高远红外快速加热是高强度、高密度全波段2.3-25μ（短、中、长）覆盖的远红外热辐射加热。高强度、高密度的短波段粒子可轻易地穿透涂膜,直达金属基体表面,使基体表面首先迅速加热；同理,中波段远红外粒子穿透能力次之、加热金属基体表面和涂膜中部；长波段远红外粒子用于加热涂膜。从而实现了整个涂膜的加热过程是由里及表进行的,与涂料中溶剂和交联干燥（固化）反应所产生的挥发物的排出方向一致,有利于加快干燥（固化）速度,从而实现涂膜快速加热干燥（固化）。涂膜的干燥（固化）时间可缩短至30秒-5分钟；一般为常规的1/2-1/10。

通常，工件表层和涂膜同时被加热，使传热方向与各种挥发物扩散逃逸方向一致，避免气泡、针孔等缺陷。
但对铸铁件，选用要谨慎。
升温时间过短，有机物挥发不均匀，涂膜易出现针孔、气泡、缩孔等缺陷
辐照阴影较大（形状复杂类）工件： 首先采用高远红外辐射加热使工件表面涂膜熔融、进入流平状态后。再采用断续式高远红外与内热循环风复合加热进行均热保温。即通过循环风带走辐射较强处多余的能量；使该处可以继续接受高远红外辐射，而不至于产生过固化现象。从而实现整个涂膜均匀、快速地进行干燥（固化）。
生产中远红外烘烤控制温度和时间，应视具体情况而定。它取决于远红外炉膛效率，工件薄厚。粉末种类等多种因素。粉末涂料要求固化条件是苛刻的，可选的波动范围很窄，稍有超越就会造成缺陷。

七．试验过程

1. 未经前处理-水分烘干-粉末固化 2台
2. 经前处理-固化炉中烘干-粉末固化 2台
3. 经前处理-水分烘干、固化炉中烘干-粉末固化 2台
4. 经前处理-三洋喷粉 （尚未试验） 2台
5. 经前处理- 更高温烘烤工件（客户试验） 1台
6. 经前处理-别处喷粉 （箱式炉，热风循环 ，客户试验）
7. 板件喷粉，质量相当好

八．现象观察

1.过程1、2、3、5，均无改善
2.过程6，无针孔，表观质量不错
3.过程1、2、3中，刚出炉时，针孔较少、较小，过2-4分钟逐渐增多；工件加工面上也有针孔。

九．初步结论

1. 铸铁件表面疏松多孔
2. 升温时间过短，有机物挥发不均匀，涂膜易出现针孔、气泡、缩孔等缺陷
3. 升温时间过短，溶剂急剧挥发，流平剂未起润湿和流平作用。熔融流平时的时间应长。
4. 严格控制前处理工艺，检查粉末、压缩空气的质量。
5. 提高烘干温度
6. 对流加热：适合于非金属基体及表面形状复杂工件加热。
7. 最佳加热干燥（固化）方法为高远红外或高远红外与内热循环风复合加热
8.
十．解决方法

1. 为减少针孔的影响，可采取如下措施：
　（1）严格控制表面预处理质量和喷涂工艺
　　 表面预处理好，要求工作表面不得含污点、斑点等小分子物质。
另外空压机要经常放水，静电喷涂时要控制一定的涂膜厚度，建议不要超过100um。
　（2）在粉末涂料中添加消泡助剂帮助消除气泡。
（3）若是铸铁等大工件，建议在高于粉末固化温度20℃的条件下烘烤20分钟，以避免微小气泡的存在；
（4）适当减缓升温速率，一般工件从常温升至固化温度所需的时间控制在4-5分钟为好。

技术部 张毅

2007年10月26日星期五