彩涂高耐久产品表面麻点缺陷原因分析及其对涂层性能影响研究

汤晓东，钱婷婷，马新荣，朱彰荣，吴银义

(1.马钢股份公司冷轧总厂；2. 马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243041)

彩涂板是一种在镀锌、镀铝锌、镀锌铝镁、冷轧基材表面涂覆聚酯、硅改、高耐久、聚偏氟乙烯树脂等不同种类涂料后，经烘烤固化得到的一种铁基高附加值产品。彩涂板作为冶金和化工行业相结合的重要产品，无论是美观功能的发挥还是服役性能的要求，表面质量都尤为关键，若控制不好，生产中极易出现气泡、缩孔、爆孔、针眼等麻面缺陷[1]-[3]。

本文针对某钢厂彩涂线生产的某批次建筑用高耐久灰色彩涂产品，常规工艺条件下涂层上表面出现麻点类缺陷，针对该缺陷，利用扫描电镜、能谱仪对其进行分析，研究了该缺陷产生原因并提出解决对策，同时对其耐蚀性能进行研究，为同类彩涂板麻面类缺陷的研究提供了技术参考。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验所用材料为出现麻点缺陷的灰色高耐久镀铝锌建筑彩涂板，正面涂层厚度为25 μm，厚度0.65 mm，双面锌层重量100 g/m2。

1.2 微观形貌及能谱分析

采用放大镜对不同线速(80 m/min、75 m/min、60 m/min)下板面缺陷部位的微观形貌进行观察。进一步地，选择线速为80 m/min时的麻点缺陷，利用能谱仪对麻点缺陷凸起部位以及正常部位的成分进行分析。

1.3 盐雾实验分析

1.3.1 实验材料

表1 实验材料属性

1.3.2 耐中性盐雾试验

实验方案：样板的处理包括：封边+平板、封边+划叉。中性盐雾实验，实验箱内的温度保持在(35±2)℃，氯化钠溶液的浓度为(50±5)g/L，每80cm2水平面内，每小时收集的降雾量平均为(1.0-2.0)ml之间。

实验周期：500小时；实验过程中，定期对样板进行观察，记录涂层起泡、破坏处腐蚀等实验现象。

实验设备：盐雾实验箱。

1.4 耐酸碱性能测试

将四周及背面封边试样在5%的硫酸溶液和5%的氢氧化钠溶液中浸泡，观察样板表面起泡、开裂等情况。

2 结果与讨论

2.1 微观形貌及EDS能谱分析

2.1.1 微观形貌

采用放大镜对不同线速(80 m/min、75 m/min、60 m/min)下板面缺陷部位的微观形貌进行分析，如图1所示，麻点缺陷形貌基本类似，均呈气泡形状，但是单位面积内数量以及孔径不一。线速度为60 m/min时无麻点缺陷。从图中可知，产线工艺速度的降低对气泡的密度有所改善。

2.1.2 EDS能谱分析

进一步地，选择线速为80 m/min时的麻点缺陷，利用能谱仪对麻点缺陷凸起部位以及正常部位的成分进行分析，如图2-图4所示。

图1 不同线速麻点缺陷微观形貌(放大镜)

通过试验结果可以发现，麻点缺陷部位的成分主要是碳、氧、钛和硅元素，麻点缺陷其他部位和板面正常部位的成分一致，均含有碳、氧、钛和硅，但是含量差别很大。缺陷部位钛含量较高，高达25.39%，硅含量仅为0.30%，而正常部位钛含量达9.09%，硅含量相比颗粒部位有大幅上升，为1.12%。通过试验结果可以发现，缺陷处富钛元素，但硅元素较少。

图2 麻点缺陷及周围部位能谱分析

图3 麻点缺陷部位能谱

图4 正常部位能谱

2.2 盐雾3000小时对涂层性能的影响

根据GB/T 12754的规定，结合从上述盐雾结果看，60 m/min的结果与75 m/min和80 m/min有麻点缺陷的板面情况基本一致。因此，从盐雾加速试验的方法评估其耐蚀性的角度，本文描述的缺陷对产品的耐蚀性并无影响。

表5 盐雾试验图片

2.3 酸碱浸泡对涂层性能的影响

实验过程中，定期对样板进行观察，记录涂层起泡、裸边腐蚀等实验现象，根据GB/T1766 中的0 级要求，在5%的硫酸溶液和5%的氢氧化钠溶液中浸泡24小时的三个线速度下样品涂层正面表面无起泡、开裂，色差、光泽度变化，都满足耐酸碱准标要求。延长试验时间至600小时，发现麻点缺陷的耐酸性能有差异，在800小时，耐碱性出现异常，麻点部位有微泡现象。

图6 600小时耐硫酸

图7 800小时耐氢氧化钠

根据上述结果分析，麻点缺陷部位属于正常涂层，涂层致密度也是完好的，只是麻点处的钛白粉聚集，钛白粉的耐酸碱性能不如树脂，因此，会出现起微泡的现象。

2.2 缺陷产生原因及改善措施

2.2.1 缺陷产生原因

从SEM和EDS检测结果显示异常元素为Ti。为分析Ti的来源，线上单涂底漆，未见上述缺陷。因此，推断该缺陷产生原因为面漆内的钛白粉分散不均，与稀释剂匹配不良，涂覆过程产生气泡。

同时，某钢彩涂机使用三辊逆涂涂布，涂覆辊和带料辊均高速同方向转动，涂覆辊和带料辊相对速度很大。如产线线速是100 m/min时，切点处的相对速度达到245 m/min-280 m/min。相比其它厂家的两辊逆涂和三辊低速涂布方式，同样线速下切点处相对速度在60 m/min-100 m/min。因此初步判断在高剪切力作用下，涂料流平性能下降，从而产生高线速下板面麻点缺陷，降低线速后，流平时间延长，缺陷改善[4]-[6]。

2.2.2 改善措施

为了保证涂层表面质量，控制涂料的流平性，进行稀释剂数量及种类的调整。流平实际就是表面张力均化的过程，若涂料分散性不好，涂层固化过程会逐渐形成气泡炸裂后产生麻点等缺陷。某钢彩涂产线的烘干固化是五段式炉温，高低沸点溶剂的挥发梯度设置需要适应产线的工艺窗口。因此，通过线下调整涂料配方内的溶剂组成比例，再次上线后基本解决了表面橘皮及缩孔问题，具体调整结果见表2。

表2 灰色系产品的溶剂成分调整前后对比

3 结语

彩涂的表面质量和理化性能是考核产品合格的两大方面，而此类麻点缺陷在产线较为常见，但是其产生的原因不尽相同。本文所述缺陷的原因主要是面漆钛白粉的分散性不好，与稀释剂不匹配，导致钛白粉颗粒聚集；另外，产品对不同产线的工艺适应性有局限，针对具体产线工艺需要进行摸索后固化。结合GB/T 12754的规定，麻点缺陷与正常板面除表观上有不同外，耐中性盐雾及酸碱性能满足产品的使用要求，但从延长酸碱试验时长来看，由于麻点处的钛白粉聚集钛白粉的耐酸碱性能不如树脂，因此，会出现起微泡的现象。综上，良好的板面需要涂料以及工艺的相互配合适应。