浅析金属表面处理对涂料性能的影响

摘要：文章首先对当前金属表面处理的方法进行了介绍，并在此基础上通过相关实验探讨了各类处理方法对涂层光泽、抗冲击性、抗弯曲性和耐腐蚀性等方面的影响，进而得到最佳的金属表面处理工艺。

关键词：金属表面处理；涂料性能；涂层光泽；抗冲击性；抗弯曲性；耐腐蚀性 文献标识码：A

中图分类号：TQ639 文章编号：1009-2374（2016）01-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.039

近年来，随着我国现代市场经济体制改革的不断深入，对于各个领域均提出了更高的要求，尤其是与人们生活密切相关的工业。在国家政策的号召下，近年来我国工业生产发展的脚步不断加快，如何做好金属表面处理工作也成为生产加工部门所面临的一项重大课题。科学、有效的金属表面处理工艺，对涂层的外观、附着力、抗冲击性和耐腐蚀性都有直接的影响。所以，如果想要从根本上提高涂层性能，首要任务就是选取最佳的金属表面处理工艺，只有这样才能够从根本上提高工件加工质量，使其满足生产需求。

1 金属表面处理的方法

就目前金属表面处理方面所采用的方法来看，最常见的主要有两种，即化学法和机械法。其中，化学法主要包括氧化法和磷化法，机械法则包括打磨、喷砂、抛光等。在上述诸多方法中，应用最为广泛的就是喷砂法和磷化法。喷砂法主要是以压缩空气为动力，进而形成高速喷射束将喷料喷射到所需处理的工件表面上，达到改变工件形状或外表面的目的。这种处理方法的优点在于可以有效提高工件的抗疲劳性和耐久性，同时也有利于涂料的流平和装饰。磷化作为化学法中的一种，主要是磷酸盐化学转化膜形成的一个具体过程。这种方法在实施过程中，其根本目的在于做好基体金属的保护工作，提高基体金属的附着力和防腐蚀能力。上述两种处理方法各有各的优缺点，为了能够对金属表面处理工艺进行完善，笔者尝试将二者有效结合起来，以期进一步提高涂层的综合性能。

2 实验部分

2.1 原材料及仪器

本次实验中所涉及的原材料主要包括试板（铁板）、磷化液、脱脂剂、钢丸和涂料。实验设备则主要包括Q326A型履带式喷砂机、自动磷化线、GT-7004-L盐水喷雾试验机、KGZ-1A镜向光泽度仪、TT260覆层测厚仪、QCJ漆膜冲击器、刀片、尺以及胶带等。

2.2 涂装前处理工艺

铁板脱脂处理→将铁板与钢板粘贴→置入喷砂机喷砂处理→钢板脱脂处理→置入喷砂机→钢丸喷砂处理→吹净残留碎屑→喷涂涂料。

值得注意的是，此环节一定要在30min内完成，如不采用此方法进行喷涂涂料处理，可进入自动磷化线，进入之后，试样喷涂涂料工作务必在8h内完成。

2.3 涂层性能检测

针对于涂层性能的检测主要分为四部分内容，即光泽、抗弯曲性、抗冲击性以及中性盐雾试验。钢板光泽的检测依照GB/T 9754-2007，铁板抗弯曲性检测依照GB/T 6742-2007，铁板抗冲击性的检测依照GB/T 1732-1993，中性盐雾试验依照GB/T 1771-2007，主要是对钢板以及铁路专用各种弹性元件的产品。

3 结果与讨论

3.1 不同处理工艺对光泽的影响

对涂层外观性能衡量最重要的一个指标就是涂层的光泽，涂层是涂料在一次施涂的状态下，在金属表面形成固态的连续膜，对金属表面起到防护、绝缘以及装饰等目的。对于金属表面进行处理分为磷化、喷砂和先喷砂再磷化三种工艺，需要注意的是，并不是任何处理工艺下的涂层光泽均相同，而是根据不同的处理工艺，涂层的光泽也是千差万别。根据相关实验表明，在先喷砂再磷化的处理工艺下，金属表面的光泽程度要远远高于经过喷砂处理工艺和磷化处理工艺的金属表面。如果将英砂石以高速喷射的状态将其喷射在金属的底材上，这时受到英砂石的影响，其外表面会发生一定的形态变化，具体表现为底材呈现出粗糙度不同的外表面。经过喷砂处理之后，底材表面的粗糙度也越来越大，因此，涂层的光泽度也会大大降低。将经过喷砂处理之后的底材，再次经过磷化处理之后，我们可以发现在其表面覆盖了一层极薄的而又细致密实的磷化膜，磷化膜使得底材的光泽度增加。

3.2 不同处理工艺对柔韧性的影响

处理工艺的不同对金属底材的柔韧性也会产生不同程度的影响。弯曲实验不仅能够检测涂层的柔韧性，而且还涉及到金属底材的其他性能。经过实验，我们得出以下结论，当涂层经过磷化处理后，其韧性就会降低，虽然磷化膜呈现坚硬状态，同时其耐腐蚀性非常强，正因为如此，导致磷化膜变得异常脆弱。此外，受到磷化处理工艺的作用，降低了金属底材的耐冲击性能，在挠曲以及冲击等其他外力的综合作用下，即使涂膜表面不存在任何缺陷，但是也会经常出现剥落的现象，经过对磷化、喷砂以及喷砂加磷化三种处理工艺的比较，我们最终得出一个结论：三种工艺中，经过喷砂后的涂层，柔韧性是最好的。

3.3 不同处理工艺对抗冲击性的影响

涂层瞬间变形的能力以及弹性变化就是所谓的抗冲击性。实验表明，在三种处理工艺下，按照冲击性由强到弱依次排列，分别为喷砂、喷砂后再磷化、磷化。喷砂的工作原理是，将高强度的砂粒喷射在金属的表面上，同时金属表面为不规则体现，当我们逐渐将更多的砂粒喷射在其表面上时，最终呈现机械镶嵌，从而金属表面以及涂膜的吸附力也大大增加，即使在重锤自由落于涂层上的时候，也很难给涂层带来损坏。而在经过磷化处理后，金属表面的致密薄膜变得异常脆弱，因此，很容易造成涂层损坏。

3.4 不同处理工艺对耐中性盐雾性的影响

盐雾试验是对金属表面的耐腐性进行测验的一种以模拟环境为主的试验，由人工借助相关的盐雾试验仪器来实现。我们将三种处理工艺下的盐雾性能用表1表示：

表1 三种处理工艺对耐中性盐雾性的影响

以上是在经过542h的试验得出的结果，由此我们可以看出，在三种处理工艺下，金属板面均没有出现起泡和生锈的状况，只是在划痕锈蚀方面存在着较大的差异，在磷化处理工艺下，划痕的锈蚀扩散小于0.5mm；在先经过喷砂再进行磷化的处理工艺下，此工艺下划痕的锈蚀扩散在2mm以内；在喷砂处理工艺下，此时的划痕的锈蚀扩散非常明显，达到了2～4mm。通过实验，我们可以得出以下结论：在三种处理工艺下，样板的盐雾性最好的是磷化处理工艺，这主要是因为，样板在经过磷化处理后，底材的表面形成了一层均匀的、致密的薄膜，因此，板材的吸附力不仅得以增强，同时还增强了其渗透力，而水以及氧的透过率却大大降低，因此，底材的抗腐蚀能力得以增强。导致喷砂处理工艺下，盐雾性能最差的原因是，当底材经过喷砂处理后，会增加其表面的粗糙度，而表面粗糙决定了涂料不能很好地渗入到底材中或者底材表面且不能被涂料完全覆盖，在此作用下，极易出现包裹空气的情况，从而形成缺陷，最终导致底材抗腐蚀性能大幅度降低。此外，我们对先经过喷砂再进行磷化的处理工艺在喷砂时间和石英砂粒对盐雾性的影响做了进一步的实验，表2是本次试验的结果：

表2 不同工艺条件对耐中性盐雾性的影响

通过表2可以看出：当石英砂粒的规格为0.6～0.8mm时，先经过喷砂再进行磷化处理工艺对于耐中性盐雾性没有明显的影响，而且喷砂时间对其的影响也并不明显。造成这种现状的原因就是试板在经过喷砂处理后，再进行磷化处理，磷化液就会在其表面形成一种本身固有的晶体物质，即使在喷砂时间不同以及喷砂粒径不同的情况下，都会在将粗糙的底材表面予以填平，因此，在喷砂时间不同以及喷砂粒径不同的情况下，对于涂层中性盐雾性试验的影响也就非常小。

4 不同处理工艺对弹性元件产品中性盐雾试验的影响

涂料的常规性能会受到处理工艺的影响而发生变化，我们采用通用垫板、球铰以及减震器进行试验，上述三种产品均经过喷砂或者磷化工艺进行处理。通过试验表明，减震器在未经过磷化处理下，其表面已经全部生锈，而减震器在经过磷化处理工艺之后，其表面只出现了少量的腐蚀物以及红锈，这说明了经过磷化处理后的减震器，其盐雾性要远远优于未经过磷化处理的减震器。经过中性盐雾试验后，球铰在未经过磷化处理工艺下，其表面有气泡产生，并且其表面以及轴孔位置均出现了少量的红锈；球铰在未经过磷化处理工艺下，只是在球铰的轴孔位置出现了少量的红锈，其表面并没有出现较为明显的腐蚀。这说明经过磷化处理后的球铰，其盐雾性要远远优于未经过磷化处理的球铰。经过中性盐雾试验后，通用垫板在未经过磷化处理工艺下，其表面几乎全部被红锈覆盖，当通用垫板经过磷化处理工艺后，在其表面上只附着了少量的红锈，这说明经过磷化处理后的通用垫板，其盐雾性要远远优于未经过磷化处理的通用垫板。根据上述三种产品的盐雾性的比较，我们可以得到以下结论：当产品经过磷化除磷后，其盐雾性能要远远优于未经过磷化处理的同类产品，本结论的得出与前面提到的中性盐雾试验结果保持一致。

5 结语

综上所述，在实际的工作中，我们需要采用一些处理工艺对产品进行处理，保证其涂层光泽、抗弯曲性、抗冲击性以及耐盐雾性等达到最佳状态，符合出厂要求，以此保证产品质量。通过前文对三种处理工艺的分析，我们不难看出，保证产品综合性能达到最佳的处理工艺就是先经过喷砂再进行磷化的处理工艺。但是，并不是所有的产品都可以采用这种方法，在实际的生产过程中，由于产品规格或者形状的不同以及客户的需求，有时可能会选择抛光、打磨以及其他的处理工艺，这就要求相关人员在生产的过程中对处理工艺进行灵活运用。

参考文献

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[2] 李慧，孙友松，张鹏.金属表面预处理对金属/聚合物界面粘结强度的影响[J].玻璃钢，2013，（4）.

[3] 丁宁，石敏，王蕾.硅烷化金属表面处理的研究进展及展望[J].金属功能材料，2011，（6）.

作者简介：游婉娜（1981-），女，广东人，广东省新会电器厂有限公司机械工程师，研究方向：成套配电设备机械设计。

（责任编辑：秦逊玉）