低表面处理涂料在客车防腐中的应用

曹祖军，何婷，周良，刘庚林，孙颖

（中车时代电动汽车股份有限公司，湖南 株洲 412007）

客车车身骨架材料以钢铁为主，为提高其防腐性能，目前主流的高防腐方式为整车阴极电泳[1-3]。但整车电泳过程中受到局部存在倒扣的“碗状”结构影响，电泳过程排气不畅，造成“碗状”结构顶部不上漆[4]。在经过电泳烘烤后，电泳不上漆的区域会发生腐蚀。而这些腐蚀区域操作空间有限，很难彻底除锈后修补底漆。此外在客车运营过程中，底盘区域因受磕碰划伤、石子撞击、积水浸泡等影响而出现骨架腐蚀。底盘骨架的零部件多且复杂，造成腐蚀区域的除锈修补工作异常困难。低表面处理涂料中的带锈涂料可在一定程度的锈蚀表面涂装，起到一般防锈涂料在除锈表面施工所取得的效果[5-8]。为此，开展低表面处理涂料应用研究，在除锈不能达到St3级的情况下进行涂装作业，减少打磨工作量，提高作业效率，降低涂装成本，并保证防腐蚀性能满足要求。

本工作对比试验了6种不同类型的低表面涂料在锈板上涂覆后的性能，分析其性能差异并提出低表面处理涂料在客车防腐中的应用方案。

1 样板的制备

1.1 锈板的制备

基材为车身用SPCC板(涂油冷轧板)，裁剪为尺寸150 mm × 75 mm × 1 mm的样板。将样板置于由碳酸钠、氢氧化钠、聚醚类活化剂、螯合剂、乳化剂等组成的低温脱脂剂液中，5 min后取出清洗。经过脱脂处理的样板表面水膜完整，无水滴凝聚则说明除油干净。再将样板放入0.05 mol/L硫酸溶液中浸泡10 min，使样板表面活化，取出后用水清洗。样板间隔悬挂，放置于室内7 d，其间每天对样板喷水一次。

1.2 带漆板的制备

取部分裁剪好的样板随车电泳，得到电泳板。再取部分电泳板喷涂面漆，干燥后得到面漆板。电泳板和面漆板表面不打磨，在涂覆时分别刷涂一遍选用的低表面处理涂料，涂层干燥并养护7 d后测试附着力。

对照样板的制备是先进行脱脂、活化处理，清洗干净立即吹干后涂覆油漆。

1.3 涂料的选择与涂覆

选用市场上常用的环保型(水性涂料或高固含涂料)低表面处理涂料，见表1所示。对照试验为溶剂型的双组分环氧底漆。

表1 低表面处理涂料样品信息和编号Table 1 Information and codes of surface-tolerant coating samples

严格按照低表面处理涂料的产品说明书及施工要求进行样板制备。先去除样板表面浮锈，再采用刷涂的方式对锈板分别涂覆上述7种涂料，涂刷过程中控制好力度和速度，均匀刷涂一遍，干膜厚度为(40 ± 5) μm。刷涂好的样板以自然通风的方式干燥。干燥后的样板养护7 d才进行性能测试。锈板涂层及对照板涂层制备后的表面状态如图1所示。

图1 涂覆6种低表面处理涂料前后的锈板和对照板的表面状态Figure 1 Surface conditions of the control plate and the rusty plates uncoated and coated with six kinds of surface-tolerant paints

2 附着力试验

2.1 测试方法

锈板表面涂层的附着力检测参照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 涂膜的划格试验》和GB/T 5210-2006《色漆和清漆 拉开法附着力试验》。对照板和电泳漆板、面漆板与低表面处理涂料的配套性附着力检测参照GB/T 9286-1998进行测试和评价。

2.2 测试结果与分析

由表2 可知，不同厂家的低表面处理涂料的附着力参差不齐，A和C厂家的低表面处理涂料的附着力不满足要求(划格法≤1级，拉开法≥3 MPa)，与电泳漆、面漆的配套性也不如其他4种涂料。性能好的低表面处理涂料(如B、D、E、F)在锈板的附着力可与双组分环氧底漆在除锈彻底的钢板上的附着力相媲美(均达到0级)，其原因可能是它们与锈层发生了反应或进行了渗透，将锈层转化成涂层的一部分，增加了其附着力。

3 涂层的耐蚀性

3.1 耐蚀性的测定与评价方法

耐水性和耐盐水性测试参照GB/T 30648.2-2015《色漆和清漆 耐液体性的测定 第2部分：浸水法》进行。其中，耐水性测试样板在(40 ± 1) °C的去离子水中浸泡360 h后进行评价，耐盐水性测试样板在(40 ± 1) °C的5%氯化钠溶液中浸泡240 h后进行评价。

耐酸、耐碱测试参照GB/T 30648.1-2014《色漆和清漆 耐液体性的测定 第1部分：浸入除水之外的液体中》进行。其中，耐酸性测试样板在(25 ± 1) °C的0.05 mol/L硫酸溶液中浸泡48 h后进行评价；耐碱性测试样板在(25 ± 1) °C的0.1 mol/L氢氧化钠溶液中浸泡48 h后进行评价。

耐液体性试验测试后的评价参照GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》中起泡密度等级和起泡大小等级对涂层的起泡情况进行评价。例如：起泡2(S2)表示漆膜起泡密度为2级，起泡大小为S3级。同理，生锈评价对照GB/T 1766-2008中锈点(斑)数量等级和锈点大小等级进行评价。涂层的变色情况采用目视比色法，对照GB/T 1766-2008中的变色程度和变色等级进行评价。

3.2 涂层耐蚀性的测试结果和分析

由表3可知，单组分低表面处理涂料在耐蚀性上表现较差，出现漆膜起泡、基材锈蚀等现象。水性低表面处理涂料(产品A、C)在耐酸性、耐水性及耐盐水测试中，膜层起泡更为严重。原因可能是所选水性低表面处理涂料本身受树脂体系的极性基团、颜料中的水溶性盐及漆膜中的各类助剂的影响，耐水性不够好[9]。产品A、C在耐碱性测试中，漆膜未出现起泡现象，而是出现基材腐蚀。这可能是由于这两款产品为酸性体系，膜层在碱性环境下会溶解变薄，直至露出基材，造成基材腐蚀。对比产品A、B、C可发现，产品B的各项性能明显优于A和C。这是因为产品B为转化与稳定复合型低表面涂料，能将铁锈转化并稳定成致密的防护膜，而产品 A、C为转化型，通过涂料中的酸类物质与铁锈反应形成防护膜层。转化型低表面处理涂料需控制涂覆量，过量涂覆易造成涂料中多余的酸腐蚀基材，导致其防护性能不好。

表3 各锈板涂层和对照板涂层耐蚀性测试结果Table 3 Corrosion resistance test results of coatings on rusty plate and control plate

双组分低表面处理涂料(产品E、F)耐蚀性能优异，其耐蚀性可与在除锈彻底基材上应用的双组分环氧底漆达到相同的性能效果。

综合附着力和耐蚀性测试的结果分析，产品B、E、F可满足在带锈工件上的使用，根据实际使用情况来调整施工膜厚，也可通过搭配面漆来进一步提高防腐性能。

4 低表面处理涂料在客车防腐中的应用方案

客车制造过程存在腐蚀而需修补的部位主要是车身和底盘的“碗状”结构区域，如前后围与顶盖交接内侧、弧杆件弯弧内凹处、组焊件拱型结构等。而车辆运营过程出现腐蚀而需修补的部位主要集中在底盘骨架和轮拱区域。典型的修补区域如图2所示。

图2 典型的修补区域Figure 2 Typical areas needing repair

通过对不同种类低表面处理涂料的施工性能和产品性能分析，面对客车制造过程及运营过程存在的腐蚀修补，制定方案如下：

(1) 车身和底盘区域电泳不上漆的部位补漆选用产品B、E、F均可。E、F产品的价格相对较高，且应用过程需注意准确调配和调配后的可用时间，所以优选单组分的产品B，便于施工。车身内使用产品B时的防腐性能可满足要求，而应用在底盘区域时，因后道工序会对底盘区域喷涂防腐漆及底盘装甲，所以底盘补漆区域的防腐性能可得到保证。

(2) 应对售后现场底盘防腐区域补漆可选用产品E或F。防腐要求高(如在沿海、高寒地区使用)时，优选产品E，因为这是一款富锌涂料，高含量的锌、铝粉兼具良好的阴极保护作用和屏蔽作用，赋予了涂层更好的防腐性能。

5 结语

低表面处理涂料种类繁多，产品质量参差不齐。通过对不同种类低表面处理涂料的施工性和产品性能分析而优选出的低表面处理涂料可在无需严格除锈的条件下获得与除锈彻底的基材上施工时具有同等防腐效果的漆膜，省去了复杂的除锈工序，降低了劳动强度，有效地实现了提质增效。针对客车不同部位与不同使用场景的防腐需求，应优选最合适的产品，在成本和性能方面取得平衡。