应用粉末静电喷涂工艺的弹条防腐涂层附着力及防锈性能研究

张松琦 张远庆 于毫勇 吕明奎

（北京铁科首钢轨道技术股份有限公司，北京102206）

弹条作为铁路扣件的重要零部件，须具有良好的防腐性能。目前铁路行业多采用粉末静电喷涂防腐处理。粉末静电喷涂是用喷粉设备把粉末涂料喷涂到工件表面，粉末在静电作用下均匀地吸附于工件表面形成粉状涂层。粉状涂层在一定温度下烘烤后，经胶化、流平、固化后成膜，形成防腐涂层［1］。粉末静电喷涂工艺主要应用于金属表面涂装，具有自动化程度高、防腐性能好、环境污染小、经济效益显著、涂膜性能优异等优势［2］。

粉末涂料喷涂产品的涂层须具有一定附着力，才能牢固地黏附在被涂覆件表面，实现粉末涂料的使用价值［3］。附着力反映了涂层与被涂覆件表面结合的牢靠程度，是粉末涂料涂膜性能的重要指标之一。涂层对被涂覆件的保护在很大程度上受涂层与基材之间附着力的影响，而附着力的大小与涂料本身性能、基材的表面状态有关［4］。

有机涂层中的含氧极性基团（如羟基、羧基）可以与金属表面化学转化膜残留的水分子形成氢键，当有机涂层处于湿度较高的环境中时，水分子会渗透到涂层与转化膜结合的界面，使氢键断裂，造成涂层附着力降低。再将涂层重新置于干燥环境中，虽然有些涂层存在自愈性，可恢复其附着力，但若水分子反复渗透，就会使涂层发生不可逆的脱落［5-7］。

粉末静电喷涂工艺的基本流程为：工件前处理→喷粉→固化。前处理目的是为了清理工件表面的锈蚀、油污、灰尘等，并在基体表面生成一层能够增加防腐涂层附着力的膜。

本文采用抛丸、抛丸+陶化2种前处理工艺对弹条进行静电喷涂防腐处理，并通过划格试验、中性盐雾及二氧化硫试验，分析正常生产过程中弹条静电喷涂防腐涂层的附着力及防锈性能，并分析了不同防腐涂层厚度的弹条喷砂后的防锈性能。

1 喷涂试验

1.1 试件制备

选取材质为60Si2Mn的弹条，采取3种工艺制备防腐弹条试件。喷粉选用阿克苏诺贝尔粉末涂料厂家生产的聚酯粉末，型号为JN136O。

1）工艺1

对弹条进行抛丸处理后，直接进入喷粉室进行喷粉。弹条喷粉完成后进入固化炉，固化温度为200～230℃，固化时间约30 min。制备好的防腐弹条防腐涂层厚度约120μm。

2）工艺2

对弹条进行抛丸处理后，用陶化液浸泡2～3 min，随后清水浸泡并取出吹干。之后进行喷粉、固化，同工艺1。制备好的防腐弹条防腐涂层厚度约120μm。

3）工艺3

采用与工艺1相同的前处理及喷粉、固化工艺，分别制备防腐涂层厚度为180，200，230，250μm的防腐弹条试件。

为保证试件的完整性，防腐涂层的厚度均采用漆膜测厚仪测量。

1.2 试验方法

1.2.1 附着力试验

1）干附着力试验。按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，在防腐弹条试件上用单刃切割刀进行划格检测，并评价其试验面的分级。划格位置为弹条中肢上表面。

2）湿附着力试验。先在室温条件下将防腐弹条试件用清水浸泡24 h，再进行划格检测（同干附着力试验）。

1.2.2 防锈性能试验

防锈性能试验包括中性盐雾试验和二氧化硫试验。

1）中性盐雾试验。包括2种试验方式：①按照GB/T 10125—2012《人造气氛腐蚀试验：盐雾试验》，直接对防腐弹条试件进行120 h中性盐雾试验；②先按照Q/CR 563—2017《弹条Ⅰ型扣件》对防腐弹条试件进行喷砂，再进行120 h中性盐雾试验。

2）二氧化硫试验。包括2种试验方式：①按照GB/T 9789—2008《金属和其他无机覆盖层通常凝露条件下的二氧化硫腐蚀试验》，直接对防腐弹条试件进行120 h二氧化硫试验；②先对防腐弹条试件按照Q/CR 563—2017进行喷砂，再进行48 h二氧化硫试验。

防锈性能试验完成后，观察试件锈蚀情况，其中喷砂试件观察喷砂区域锈蚀情况，均按GB/T 6461—2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》进行评级。

2 试验结果与分析

2.1 附着力

取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件，进行干附着力试验，评级结果见表1。再取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件，浸泡24 h后进行湿附着力试验，评级结果见表2。

表1 干附着力试验评级结果

表2 湿附着力试验评级结果

由表1、表2可知，前处理过程中是否采用陶化液处理对防腐涂层的干附着力测试结果影响不大，但进行湿附着力测试时，前处理过程采用陶化液处理的防腐涂层附着力更优。

2.2 防锈性能

2.2.1 耐中性盐雾性能

取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件直接进行120 h中性盐雾试验，试验结束后试件均无明显锈蚀（图1（a））。再取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件，喷砂后进行120 h中性盐雾试验，试验结束后喷砂区域均出现明显锈蚀（图1（b））。对试验后的试件进行评级，结果见表3。可知：采用粉末静电喷涂的防腐涂层具有良好的耐中性盐雾性能；但经喷砂处理后，无论前处理工序中是否增加陶化处理，喷砂区域的耐中性盐雾性能都很差。

图1 中性盐雾试验结果（防腐涂层厚120μm）

表3 中性盐雾试验评级结果（防腐涂层厚120μm）

对按工艺3制备的不同防腐涂层厚度的试件喷砂后进行120 h中性盐雾试验。每种厚度取3件试件。防腐涂层厚度大于200μm时，其喷砂区域经120 h中性盐雾试验后未发现明显锈蚀（图2）。对试验后的试件进行评级，结果见表4。可知，防腐涂层厚度大于200μm的防腐弹条具有良好的耐中性盐雾性能。这是因为静电喷涂防腐涂层硬度较低，仅有1H至2H铅笔的硬度［8］，耐喷砂性较差。增加防腐涂层厚度可降低喷砂对涂层的破坏程度，使喷砂区域具有良好的耐中性盐雾性能。

图2 中性盐雾试验结果（防腐涂层厚度大于200μm）

表4 不同防腐涂层厚度试件的中性盐雾试验评级结果

2.2.2 耐二氧化硫性能

取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件直接进行120 h二氧化硫试验，试验结束后试件均无明显锈蚀（图3（a））。再取按工艺1和工艺2处理的防腐弹条试件各6件，喷砂后进行48 h二氧化硫试验，试验结束后喷砂区域均出现明显锈蚀（图3（b））。对试验后的试件进行评级，结果见表5。可知，采用粉末静电喷涂的防腐涂层具有良好的耐二氧化硫性能；但经喷砂处理后，无论前处理工序中是否增加陶化处理，喷砂区域的耐二氧化硫性能较差。

图3 二氧化硫试验结果（防腐涂层厚120μm）

表5 二氧化硫试验评级结果（防腐涂层厚120μm）

对按工艺3制备的不同防腐涂层厚度的试件进行喷砂后48 h二氧化硫试验。每种厚度取3件试件。防腐涂层厚度大于200μm时，喷砂区域经48 h二氧化硫试验后未发现明显锈蚀（图4）。对试验后的试件进行评级，结果见表6。可知，防腐涂层厚度大于200μm的防腐弹条具有良好的耐二氧化硫性能，原因与耐中性盐雾性能相同。

图4 二氧化硫性试验结果（防腐涂层厚度大于200μm）

表6 不同防腐涂层厚度试件的二氧化硫试验评级结果

3 结论

1）应用粉末静电喷涂工艺的弹条防腐涂层具有良好的附着力。弹条使用环境水分多会对其附着力有一定的影响，可在前处理过程中增加陶化处理。

2）粉末静电喷涂防腐涂层具有良好的耐中性盐雾及耐二氧化硫性能，防锈性能良好。

3）当粉末静电喷涂防腐涂层厚度不低于200μm时，弹条经喷砂处理后仍具有良好的耐中性盐雾及耐二氧化硫性能。