镁合金涂装工艺.doc

本文摘自汽车工艺与材料2004年第9期镁合金压铸制品的涂装工艺刘祖明摘要：综述了本人在力劲集团多年来从事镁合金压铸件表面处理技术研究中所总结的经验，重点介绍了压铸镁合金制品涂装工艺的前处理、喷漆及固化工艺等，并对在实际生产中的工艺选择路线进行了归纳总结。关键词：镁合金 涂装工艺 0 前言随着现代科技的发展，曾经困扰镁合金产业的相关技术问题如压铸问题、回收问题已经相继得到解决，而镁合金产品后段工序表面处理工艺正变得越来越重要了。适当的表面处理能使产品具有保护性和装饰性，并可赋予某些特殊功能。对于活泼的镁来说，通过表面技术获得保护性肯定重要，但面对越来越激烈的竞争和越来越挑剔的顾客，现代产品更需要具有较高的装饰性和功能性。毫无疑问，涂装以其成本低、投资小、效果好、工艺简单等独有优势成为各制造商的首选。本文以镁合金的涂装工艺为主线，对镁合金表面处理及涂装工程的关键环节做了概括性的介绍，内容包括镁合金前处理工艺、涂装工艺与装备、涂料与固化工艺等方面的内容，意在使读者通过本文能对镁合金的涂装工艺有一个全面的概括性的了解。1、镁合金涂装的目的与要求1.1、对工件的防护性：空气中的水分、酸碱盐、微生物、紫外线及其他腐蚀性介质，很容易使活泼的镁受腐蚀，使其逐步损坏，产品经涂装后，形成一层耐腐蚀的牢固附着的连续涂层，使其基体与腐蚀介质隔离，从而防止或减缓因腐蚀而引起的损坏。1.2、对工件的装饰性：目前镁合金工件多用于电子电器等高品质高档次产品，除其性能要求外，其装饰性已变得非常重要，运用涂料颜色的多样性和涂装施工的技巧，使产品获得不同色彩、光泽、花纹等的装饰性涂层，给人以赏心悦目的感觉，从而提高附加价值，扩大产品的应用范围。1.3、赋于产品特殊功能：某些具有特殊组成的专用涂料形成的涂层，能赋于产品某些特殊性能，如：防火、绝热、绝缘、防辐射等等。1.4、镁合金涂装的总体要求：为了达到涂装的上述目的，不仅要考虑涂料本身的用途和性能，还应考虑涂装施工工艺，因为涂料的性能和作用是靠涂层体现出来的，因此，选择涂料品种，合适的涂装工艺和涂装设备及作业环境是互相促进，互相制约的，为保证涂层质量，对涂装的要求如下：1明确涂装目的，认真分析涂料性能和用途，正确选购涂料。2制定一套科学、先进、合理的涂装工艺规程，内容包括：l 涂料品种l 详细涂装工序及其技术条件l 使用的设备及工具l 质量标准和检测l 验收标准和方法3严格进行表面前处理。4选择最佳涂装工艺及设备。5保证涂层干燥条件。6严格监控质量。7及时处理涂层缺陷。2、镁合金前处理工艺镁合金的前处理是整个涂装工艺中重要的一环，目前应用于生产的成熟工艺有多种选择，具体选用哪种工艺要看产品的用途及其性能要求。2.1、镁合金制品性能要求2.1.1、汽车、摩托车、工具类的性能要求（一）、一般机械性能：硬度、强度、抗冲击性、抗疲劳性等。（二）、保护性：耐腐蚀性、耐化学性、耐候性、防污染性。（三）、装饰性：着色性、光泽性等。（四）、可加工性：如焊接性、粘接性等2.1.2、电子、通讯制品类的性能要求（一）、一般机械性能：硬度、强度、抗冲击性、抗疲劳性等。（二）、保护性：耐腐蚀性、耐化学性、耐候性、防污染性。（三）、热传导性（四）、导电性（五）、电磁屏蔽性（六）、可加工性：如焊接性、粘接性等（七）、装饰性：着色性、光泽性等。大多数产品零件不会对全部性能提出较高要求，通常只针对其产品的部分性能提出高要求，以便降低技术门槛，降低产品综合成本。2.2、镁合金制品前处理主要技术类别涂装前处理主要应用化学转化膜法，目前应用较多的有下列几种：（一）、铬系无机盐转化膜。以铬酸和重铬酸为主要成份的水溶液化学处理工艺，生成的铬酸盐复合膜耐蚀性好，涂装附着力强，具有自动修复能力。目前相关工艺已比较成熟，但其生产过程对环保不利，已逐渐被其它非铬系处理工艺所取代。（二）、非铬系无机盐转化膜。目前以磷酸盐、锰酸盐系列为主，皮膜耐蚀性已接近铬化膜，其它各项性能指标也都达到要求。由于环保要求所至，逐渐成为当前研究和生产所采用的主流工艺。（三）、非铬系有机转化膜。最早研发于日本，国内部分外资企业已开始引进运用于生产，主要针对既要求高耐蚀性又须具备良好导电性能的3C制品。（四）、化学氧化膜。通过各种化学氧化方法获得的转化膜，主要应用于要求不高的低端产品的涂装前处理及工序间临时防护处理。国内航天航空、军工企业早在60年代已有比较成熟的处理工艺。另外，微弧氧化、化学镀镍等其它技术处理后也常进喷涂，其各性能也较好。下表为几种常用化学转化膜的性能比较见表一：表一 化学处理膜的比较2.3、镁合金制品前处理流程表二是一个完整的典型前处理工艺流程，可得高品质前处理半成品，如产品品质要求较低，可适当减少工序，其中每一格代表一个处理槽。热水洗50-60、2分钟脱脂一原料A 2-2.5%(按体积)75、5min水洗、3分钟脱脂二原料B 8%(按体积) 55、10min水洗、1分钟热水洗50-60、2分钟水洗、2分钟酸洗原料C25、2分钟水洗、3分钟皮膜转换原料D25、2min水洗、3分钟纯水洗DI水：电导率80us/cm、硬度0.1mg/l、含盐率50mg/l 3-5分钟、常温烘干60-80、15分钟表二：典型前处理工艺流程示意图3、镁合金喷涂工艺3.1、镁合金制品用涂料3.1.1、镁合金制品涂料的选择原则1、 根据涂饰目的选择：是以装饰为主，还是以机械性能为主，还是两者兼顾，要有所侧重。2、 根据被涂物工作环境要求来选择：如一般室内工作环境与室外恶劣环境。3、 根据施工条件等来选择：如设备对涂料种类的限制。4、 根据综合经济效益来选择：品质与成本要有一个最佳平衡点。5、 根据底材性质来选择：特别是底漆，镁合金用底漆必须具有良好的抗碱性。3.1.2、镁合金制品涂料的选择原则涂层体系的选择受合金种类、使用环境、外观各性能要求以及成本的支配，但是所有的有机涂层系统都必须遵循溶剂、烤漆程序、底漆与面漆兼容性的限制。下面以底漆与面漆的选择为例进行说明：一、底漆的选择与其配方基础：镁制品的底漆必须以耐碱的漆料为基础，如聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、烘干型酚醛脂和乙烯基环氧树脂，为了加强其防腐性能，能常在这些漆料里加入铬酸锌或二氧化钛。但无论配方如何变化，镁制品的底漆通常都配有环氧树脂，因其具有良好的抗碱性。对于苛刻的海洋或其它盐性恶劣环境，需要添加有阻化性的原料，如铬酸锶或其它铬酸盐。镁的底漆里不得使用重金属原料如铅或铜的化合物等，同样道理，成功用于钢铁的底漆或其所用的锌粉原料是不能用于镁合金的。还有一种以电泳涂装工艺为基础的阴极电沉积环氧底漆用于镁十分有效，并已在国外广泛用于汽车及计算机工业的镁压铸件。电泳涂装工艺可提供良好的附着力及均涂性，从而可在复杂的表面上沉积均匀的底涂层。二、面漆的选择与其配方基础：实际上任何类型的面漆都可以用于涂有底漆的镁制品，一般只须遵循两个基本要求：一是面漆与底漆的兼容性，并具有良好的保护作用；二是作为抵御环境的第一道防线，面漆必须经得住所有的工作条件的考验。一般情况下，面漆的选择还要考虑经济合理性，及与现有车间条件与设备情况的兼容性。成功用于镁的面漆涂层包括醇酸树脂、环氧树脂、聚脂、丙烯酸树脂与聚氨基甲酯。而且自干漆和烤干漆都在广泛使用。另外，粉末树脂涂层也已广泛用于镁的表面涂层，其不存在溶剂是一个有益于环境的重要因素，这将是以后的重要发展方向。3.2、镁合金制品涂装工艺和设备的选用原则：在选择合适的涂料体系后，便应按照规定的技术要求，选用合适的施工工艺和施工设备。通常必须考虑以下内容：1根据工件的形状，面积大小，生产数量，生产规格及其表面形态选择合适的施工工艺。2根据所用涂料的特性选择适宜的涂装设备。3被涂物的使用环境条件及对涂膜质量和性能的要求。4根据被涂工件表面情况及使用条件选择合理的前处理设备。5选用高效，节能设备。6要重视环保因素。3.3、镁合金涂装的固化工艺:涂料的成膜过程就是涂层的固化过程，方法如表三所示：固化工艺分类固化方法 固化（干燥）自然干燥在常温状态下干燥，俗称自干或气干加热固化低温固化100以下烘干中温固化100150烘干高温固化150以上烘干照射固化紫外线固化紫外线照射电子束固化电子束照射表三：涂料的固化工艺目前，镁合金等到有色金属或合金的涂装仍以热固化涂料为主，且多采用中温热固化，也有少量辐射固化涂料的应用，但由于其技术成熟度及管理上的局限，其实用性还不太大。3.4、喷涂作业要点在喷涂作业时，要掌握好喷涂距离、喷枪运行速度、喷雾图形的搭接等要领，才能获得满意的喷涂效果。(一)喷涂距离：喷涂距离是指喷枪前端与被涂物之间的距离，在一般情况下，使用大型喷枪喷涂时，喷涂距离应为（2030）cm，使用小型喷枪喷涂时，喷涂距离应为（1525）cm。喷涂时，喷涂距离保持恒定是确保漆膜厚度均匀一致的重要因素之一。（二）喷枪运行速度：喷涂作业时，喷枪运行速度要适当，并保持恒定。喷枪的运行速度一般应控制在（3060）cm/s范围内，当运行速度低于30cm/s时，形成的漆膜厚，易产生流挂；当运行速度大于60cm/s时，形成的漆膜薄，易产生漏底的缺陷。被涂物小且表面凹凸不平时，运行速度可慢一点，被涂物大且表面较平整时，可在增加涂料喷出量的前提下，运行速度可快一点。（三）喷雾图形的搭接：喷雾图形搭接是指喷涂时，喷雾图形之间的部分重叠。由于喷雾图形中部漆膜较厚，边沿较薄，喷涂时必须使前后喷雾图形相互搭接，才能使漆膜均匀一致。控制相互搭接的宽度，对漆膜厚度的均匀性关系密切。搭接的宽度应视喷雾图形的形状不同而各有差异，椭圆形、橄榄形和圆形三种喷雾图形的平整度是有差别的。一般情况下，按照下表所推荐的搭接宽度进行喷涂，可获得平整的漆膜：喷雾图形的搭接喷雾图形形状重叠宽度搭接间距椭圆形橄榄形圆形1/41/31/23/42/31/2（四）涂料的粘度：涂料的粘度也是喷涂作业要注意的问题。涂料的粘度将影响漆膜的平整度及漆膜厚度。3.5、镁合金制品涂装环境要求81采光好，亮度均匀。2适当的温度和湿度。3良好的空气清洁度。4通风良好，换气适当。5防火防爆。4、总结综上所述，镁合金的涂装工艺跟其它合金制品的涂装工艺既有相通之处，又有许多不同点。现有压铸企业中如铝合金、锌合金压铸企业大都建有涂装线，如果新上镁合金压铸项目，可在原有涂装线上进行技术改造或适当增加一些设备即可进行生产，这将有利于节约企业资金，减轻企业负担。当然这可能会对生产工艺有所影响，从而最终影响产品质量。如果企业是新介入压铸行业投资镁合金压铸项目，新建全新涂装线将有利于企业市场竞争。不过，不管什么情况，都必须考虑镁合金压铸工艺及后续加工对涂装工艺的影响，都必须考虑品质与成本的关系。4.1、镁合金压铸汽摩零件、电动工具制品类表面处理工艺总结推荐镁合金汽摩零件、电动工具制品受 力非受力受 力非受力高品质路线：微弧氧化+喷粉+喷漆+抛光低成本路线：化成膜处理+喷粉+喷漆+抛光高品质路线：微弧氧化+喷漆+抛光低成本路线：化成膜处理+喷漆+抛光高品质路线：微弧氧化+喷粉低成本路线：化成膜处理+喷粉高品质路线：微弧氧化低成本路线：化学氧化电镀、化学镀、气相沉积等装饰件非装饰件特殊件备注：1、装饰件与非装饰件：以装饰功能为重点的为装饰件，装饰功能不重要的为非装饰件。2、受力件与非受力件：要求耐磨、耐压、防撞、受力、高耐蚀性等的为受力件，只要求耐蚀性的为非受力件。3、镁合金表面处理具有多种工艺技术及表现形式，上述资料仅供参考。4.2、镁合金压铸电子制品类表面处理工艺总结推荐镁合金3C制品功能件非功能功能件非功能高品质路线：化学镀、非铬系转化膜+喷漆+抛光低成本路线：铬系转化膜+喷漆+抛光高品质路线：微弧氧化或非铬系转化膜+喷漆+抛光低成本路线：铬系转化膜+喷漆+抛光高品质路线：非铬系化学氧化、化学镀低成本路线：化学氧化高品质路线：微弧氧化低成本路线：化学氧化电镀、化学镀、气相沉积等装饰件非装饰件特殊件备注：1、装饰件与非装饰件：以装饰功能为重点的为装饰件，装饰功能不重要的为非装饰件。2、功能件与非功能件：要求导电、散热、焊接、高耐蚀性的为功能件，只要求耐蚀性的为非功能件。3、镁合金表面处理具有多种工艺技术及表现形式，上述资料仅供参考。