涂装工艺学(二)

涂装工艺学张学敏

编著第

4

章

涂装前表面

处

理4.1

涂装前表面处理的作用与方法4.4

磷化处理4.5

氧化处理4.2

除锈

4.3

除油4.6

塑料表面处理1.

提高涂层对材料表面的附着力如：打磨粗化、化学转化膜、涂特种防锈涂料2.

提高涂层对金属基体的腐蚀防护保护能力3.

提高基体表面平整度材料表面过分光滑对附着力不利§

4.1

涂装前处理的作用和方法一

.

涂装前处理的作用第

4

章

涂装前表面

处

理1.

除油a.

溶剂脱脂法：

多用三氯乙烯蒸气。蒸气有毒，且需专用设备，但节水（不用水洗）b.

水剂脱脂法：

成本低，脱脂能力大，适合流水线生产c.

乳液脱脂法：

去污力强，时间短，用于重油污及工序间清洗d.

电解脱脂法：

设备投入大，洗后表面活性高，不适用于涂装前处理§

4.1

涂装前处理的作用和方法二

.

涂装前处理的方法和特点第

4

章

涂装前表面

处

理2.

除锈a.

酸洗除锈：

费用低，效率高。酸雾对设备损害大，对材料溶解损失大b.

电解除锈：

可得平整、光滑表面，对精度有要求时采用c.

碱液除锈：

费用高，效率低，一般很少采用d.

手工除锈：

用于少量、局部除锈，但除锈不彻底e.

机械除锈：

适于大批量作业、铸件型砂和重锈清理§

4.1

涂装前处理的作用和方法第

4

章

涂装前表面

处

理3.

化学覆膜a.

磷化处理：

主要用于钢铁、镀锌板的涂装前处理，可提高涂层的附着力和防护性

b.

氧化处理：

可分化学氧化和阳极氧化。阳极氧化主要用于铝合金表面形成氧化膜

;

铬酸化学氧化可用于锌合金与铝合金。涂层前处理主要还是用化学氧化§

4.1

涂装前处理的作用和方法第

4

章

涂装前表面

处

理4.

塑料表面处理a.

物理方法：

主要是溶剂腐蚀，使材料表面多孔粗化，但需立即涂装b.

化学方法：

通过铬酸氧化，材料表面形成活性基团c.

物理化学方法

：包括火焰喷射、等离子处理、紫外线照射、电晕处理等§

4.1

涂装前处理的作用和方法第

4

章

涂装前表面

处

理方法选择主要考虑以下方面：a.

材质b.

材料表面状态c.

涂层质量要求d.

表面处理的技术经济性§

4.1

涂装前处理的作用和方法三

.

涂装前处理方法的选择第

4

章

涂装前表面

处

理主要采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸及其他有机酸和氢氟酸的复合酸液锈蚀物中

FeO

易溶解，

Fe

3

O

4

较难溶解，

Fe

2

O

3

最难溶解1.

酸洗液a.

盐酸浓度：

5%--20%

（

超过

20%

，挥发性显著增加

）提高温度对溶锈作用增加不显著，故只

常温使用§

4.2

除锈一

.

化学除锈第

4

章

涂装前表面

处

理1.

酸洗液b.

硫酸浓度：

20%--40%常温下除锈能力较弱，故需升至中温使用。酸洗液中

Fe

2+

浓度超过

80—120g/L

时，酸洗能力变得很弱，需换槽液。硫酸酸洗时，金属过腐蚀严重，同时产生大量氢气易造成材料氢脆c.

硝酸对金属具氧化性，能防止金属过腐蚀（浓度低于

18%

时，金属腐蚀性增加）；酸洗时散发氮氧化物气体，需采取劳动保护

措施§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理1.

酸洗液d.

磷酸磷酸盐溶解度低，因此磷酸除锈能力较弱，磷酸成本高，但正在酸洗时形成磷酸盐转化膜，具缓蚀性。e.

其他

酸很少单独使用，主要是加入前述酸中增强除锈能力§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理2.

酸洗缓蚀剂

酸洗时大量金属被溶解，造成金属材料损失大，同时产生氢气易氢脆，并影响槽液寿命。因此，需加入缓蚀剂，其按在金属表面形成保护膜类型，分三种：a.

吸附型缓蚀剂：如有机胺类、硫醇、炔醇等b.

氧化型缓蚀剂：如硝酸介质中的重铬酸钾、氯酸钾等c.

成膜型缓蚀剂：如

AsCl

3

、

SbCl

3§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理a.

盐酸酸洗缓蚀剂

：有机类的有硫脲系、酰胺系、咪唑啉系、季铵盐系、松香胺系、有机胺系和杂环酮胺类、炔醇类、硫醇类等化合物。一般的有乌洛托品、若丁等

b.

硫酸酸洗缓蚀剂：

主要是若丁系列，硫脲及其衍生物。卤素类亦有缓蚀作用，

I

-

>Br

-

>Cl

-

,

因此也可加

1%

盐酸或

4%

食盐作硫酸酸洗缓蚀剂c.

硝酸酸洗缓蚀剂

：因其有氧化性，缓蚀剂较少。尿素、

重铬酸钾、氯酸钾、肼、硫脲及其衍生物、生物碱都可§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理3.

酸洗工艺a.

酸洗除锈配方如：盐酸

10%--15%

，乌洛托品

0.3%--0.5%

，常温使用b.

酸洗注意事项①

易产生酸雾，需设置通风排气装置②

带油污工件，应先除油再除锈③

酸洗后第一道水洗温度，应与酸洗温度一致④

酸洗时间尽可能短§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理1.

手工除锈：

尖头锤、刮刀、铲刀、钢丝刷、砂布等。劳动强度大，效率低且除锈不彻底。2.

喷砂抛丸除锈喷砂除锈是利用压缩空气将砂推（吸）入喷枪，从喷嘴喷出撞击工件而除锈。设备分压力式、吸入式和自流式三种。抛丸除锈是利用叶轮高速转动，将铁丸以高速抛出，撞击工件除锈。§

4.2

除锈二

.

机械除锈第

4

章

涂装前表面

处

理3.

除锈质量等级：

参照

GB8923-88§

4.2

除锈第

4

章

涂装前表面

处

理

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

一

.

表面活性与表面活性剂

的性质

1.

表面张力与表面活性降低溶剂表面张力的物质性质，称为表面活性表面张力

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

2

表面活性剂及其分子结构特点

无机盐、酸、

碱等

低碳醇、羧酸等

表面活性剂

浓度三种溶质浓度与表面张力关系疏水基（亲油基）

亲水基

表面活性剂的分子结构HLB－亲水亲油平衡值HLB表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

3.

表面活性剂的性质

a.

表面活性剂的胶束化（

临界胶束浓度

CMC

）HLB－亲水亲油平衡值HLB表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

3.

表面活性剂的性质lN

s-l

s-gb.

表面活性剂的润湿作用

l-

M

g

g

A

s

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

3.

表面活性剂的性质

c.

表面活性剂的发泡作用

发泡剂的疏水基要求有较长的直链（C14—C16).工业清洗剂要求泡沬越少越好

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.3

除油

3.

表面活性剂的性质

d.

表面活性剂的乳化作用油水强烈振荡水包油型

(O/W)油包水型

(W/O)3.

表面活性剂的性质e.

固体粒子在液相中的分散作用§

4.3

除油第

4

章

涂装前表面

处

理

一般不溶性固体如尘土、烟灰、污垢一类的颗粒在水中容易下沉，当在水中加入表面活性剂后，就能使固体粒子分割成极细的微粒而分散悬浮在溶液中，这种促使固体粒子粉碎、均匀地分散于液体中的作用，叫作分散作用f.

表面活性剂的增溶作用

表面活性剂在水溶液中形成胶团以后，使不溶于或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加，这种作用称为表面活性剂的

增溶作用。在cmc到达以前并没有增溶作用，而且表面活性剂浓度愈高生成的胶团数愈多，增溶作用愈强。§

4.3

除油二

.

清洗剂的除油机理第

4

章

涂装前表面

处

理污垢种类：1.

水溶性的无机物或有机物；2.

水不溶性无机物；3.

水不溶性的非极性有机物；如润湿油、凡士林等；4.

水不溶性极性有机物；如动植物油脂。污垢的吸附主要由物理吸附和化学吸附所致§

4.3

除油三

.

水基清洗剂的组成与应用第

4

章

涂装前表面

处

理1.

表面活性剂通常分为阴离子型、阳离子型、两性表面活性剂和非离子表面活性剂四类。水基清洗剂主要采用阴离子型和非离子型两类。2.

表面活性剂的复配作为清洗剂的

表面活性剂的

HLB

值须在

13-15

间，因此用多种表面活性剂进行复配。§

4.3

除油三

.

水基清洗剂的组成与应用第

4

章

涂装前表面

处

理3.

表面活性剂与助洗剂的复配助洗剂作用：a.

软化水质；b.

调节

PH

值；c.

提高表面活性剂渗透、增溶作用；d.

缓蚀防锈。常用助洗剂有三聚磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠、

EDTA

、有机硅消泡剂§

4.3

除油三

.

水基清洗剂的组成与应用第

4

章

涂装前表面

处

理4.

清洗工艺a.

清洗剂选择；b.

工艺方式选择；常用有浸渍、喷射、电解和超声波等浸渍法：可用于复杂工件，设备简单，但清洗效果差喷射法：清洗效果好，时间短，不适用于复杂工件，不允许有很多泡沫。§

4.4

磷化处理一

.

磷化膜的种类、组成和结构第

4

章

涂装前表面

处

理1.

磷化分类a.

按处理金属分：钢铁、锌和铝合金b.

按用途分：耐磨、防锈、涂装、冷成型加工用、绝缘用；c.

按施工工艺：喷磷化、浸磷化、涂覆磷化。2.

磷化膜的组成与结构a.

磷酸铁膜：单斜晶的水合磷酸铁与无定形氧化铁混合物b.

磷酸锌膜：斜方晶的水合磷酸锌；c.

磷酸锰盐膜：单斜晶的酸性磷酸锰盐§

4.4

磷化处理二

.

磷化膜的一般特性第

4

章

涂装前表面

处

理1.

磷化结晶水合度与热稳定性磷化膜的水合分子一般

2-4

个，受热时脱去结晶水。2.

磷化膜的孔隙率孔隙率为每平方毫米一百到几百个3

.

磷化膜的重量或厚度膜的重量可用剥膜溶液溶解后用差重法测定。不同应用场合要求不一样。§

4.4

磷化处理二

.

磷化膜的一般特性第

4

章

涂装前表面

处

理4.

磷化膜的介电性能磷化膜的为难溶无机盐，具有电绝缘性。5.

磷化膜的机械性能如磷酸锰膜硬度最大，磷酸铁膜延展性较好6

.

磷化膜的重溶解性磷酸锌膜易被强酸、强碱溶解§

4.4

磷化处理二

.

磷化膜的一般特性第

4

章

涂装前表面

处

理7.

磷化膜的性能评价与检测a.

外观：色调、光泽、斑点、均匀性、晶粒粗细、浮灰等b.

重量测定：如铁基体上磷酸锌用

5%

铬酐溶液

75

℃

浸

5-15

分钟后称重。c.

孔隙率测定：有硫酸铜点滴实验（要求变色时间

60S

以上）、铁试验、电化学测量等方法。d.

粗糙度测量e.

热稳定性测量§

4.4

磷化处理二

.

磷化膜的一般特性第

4

章

涂装前表面

处

理7.

磷化膜的性能评价与检测f.

介电性测量g.

耐腐蚀性检测：盐雾试验（

ASTM

B117

）、潮湿试验

(ASTMD1735)

、浸水试验

(ASTM

D870)

第

4

章

涂装前表面

处

理§

4.4

磷化处理

三

.

磷化成膜的影响因素1.

游离酸度（

FA

）

2.

总酸度（

TA

）

3.

锌离子浓度

4.

氧化性促进剂

5.

温度6.

其他金属离子7.

晶粒整理添加剂8.

扩散过程9.

金属及其表面状况§

4.4

磷化处理四

.

磷化工艺与设备第

4

章

涂装前表面

处

理1.

水洗第一道水质控制：

2000μs/cm第二道水质控制：

200μs/cm第三道水质控制：

﹤

200μs/cm2.

表面调整3.

钝化封闭4.

磷化工艺设备§

4.5

氧化处理一

.

化学氧化第

4

章

涂装前表面

处

理1.

铝合金化学氧化氧化剂配方：碳酸钠

50-60g/L

，铬酸钠

15g/L工艺条件：

95-100

℃

，

20-30min2.

.

锌合金化学氧化锌合金转化膜多用磷化法，但高速流水线作业时，采用碱性化学氧化法§

4.5

氧化处理二

.

铝阳极氧化第

4

章

涂装前表面

处

理1.

硫酸阳极氧化配方：硫酸

20%

，氯化钠

≦

0.02%工艺条件：

20-22

℃

，

30-60min

，电压

12-20V

，电流密度

2-2.5A/dm22.

铬酸阳极氧化配方：铬酸

20-30g/L工艺条件：

PH=0.6

，

40

℃

，

40min

，电流密度

0.3-0.8A/dm2§

4.5

塑料表面处理一

.

一般处理第

4

章

涂装前表面

处

理1.

退火2.

脱脂砂纸打磨、溶剂擦拭及水性清洗剂洗涤3.

除尘§

4.5

塑料表面处理二

.

化学处理第

4

章

涂装前表面

处

理1.

铬酸氧化主要用于

PE

、

PP

材料2.

磷酸水解尼龙、聚甲醛3.

氨解含酯键塑料，如双酚

A

聚碳酸酯§

4.5

塑料表面处理二

.

化学处理第

4

章

涂装前表面

处

理4.

偶联剂处理有机硅或钛偶联剂5.

气体处理氟塑料用锂蒸汽、聚烯烃用臭氧§

4.5

塑料表面处理三

.

物理化学处理第

4

章

涂装前表面

处

理1.

溶剂腐蚀聚烯烃、聚酯用氯化溶剂；热固性塑料用甲苯、丙酮溶剂；

PS/ABS

用溶解力弱的乙醇溶剂2.

紫外线辐射3.

等离子体处理4.

火焰处理§

4.5

塑料表面处理四

.

塑料表面处理评价第

4

章

涂装前表面

处

理1.

水润湿法浸水中，取出后看水膜是否完整，并在一定时间内不破裂。2.

品红着色法§

5.1

空气喷涂一

.

空气喷涂设备第

5

章

涂装方法与装

备1.

空气压缩机最大气压

0.7MPa

，容量根据喷枪耗气量而定，保证任一喷枪喷少压力

2.

涂料输送罐容积一般

20-120L

，涂料施加压力

第

5

章

涂装方法与装

备§

5.1

空气喷涂

一

.

空气喷涂设备

3.

喷枪吸上式重力式压送式§

5.1

空气喷涂二

.

空气喷涂操作方法第

5

章

涂装方法与装

备1.

涂料雾化特性

雾化颗粒细，雾化效果就好，涂膜外观质量也好。空气耗量与涂料流出量的比值对雾化效果影响很大。2.

涂料流出量一般通过调整针阀来调整，需较大幅度调整时，通过更换不同口径喷枪进行。§

5.1

空气喷涂二

.

空气喷涂操作方法第

5

章

涂装方法与装

备3.

喷雾幅度4.

涂料雾沉积量与膜厚均匀性涂料雾沉积量与喷涂距离成反比。小型喷枪喷涂距离15-25cm,

大型喷枪喷涂距离

20-30cm

。膜厚均匀性与喷枪移动速度及图形搭接有关。喷枪一般以

30-60cm/s

匀速移动；图形搭接采用

1/2-1/35.

涂料粘度对雾化性影响§

5.1

空气喷涂三

.

环保型空气喷涂第

5

章

涂装方法与装

备一般空气喷涂压力

0.4MPa

，最大空气流量

500L/min;HVLP

喷涂空气压力

0.07MPa

，比普通空气喷涂节约涂料

20-70%.§

5.1

空气喷涂四

.

加热喷涂第

5

章

涂装方法与装

备

1.

原理

是指将涂料加热并保持在某一较高温度（一般70

℃

）下，使涂料粘度大幅降低，然后利用空气喷涂。2.

特点a.

可节省

30%

溶剂；b.

涂料固成份高，一次涂膜厚，缩短作业周期；c.

喷涂粘度恒定，膜厚与外观均匀一致；d.

改善涂膜流平性，提高涂膜光泽。§

5.2

高压无气喷涂一

.

原理与特点第

5

章

涂装方法与装

备1.

原理

利用高压泵，涂料以

10-25MPa

高压，以

100m/s

速度从喷枪喷出，与空气激烈冲击而雾化并射到被涂物上。2.

特点a.

涂装效率高。比空气喷涂高

3

倍以上；b.

对复杂工件涂覆效果好；c.

可喷涂高、低粘度涂料；d.

涂料利用率高，环境污染低；e.

喷出量及喷幅不能调节，外观质量差。§

5.2

高压无气喷涂二

.

喷涂设备第

5

章

涂装方法与装

备高压无气喷涂设备由动力源、柱塞泵、蓄压过滤器、输涂料管、喷枪、压力控制器和涂料容器组成。§

5.2

高压无气喷涂二

.

喷涂设备第

5

章

涂装方法与装

备1.

动力源有压缩空气、电动、液压和小型汽油机驱动等几种。2.

柱塞泵

柱塞泵即高压泵，分单动型和复动型两种。按动力源各类分为：气动高压泵、油压泵、电动高压泵

。§

5.2

高压无气喷涂二

.

喷涂设备第

5

章

涂装方法与装

备3.

高压喷枪由枪体、针阀、喷嘴、扳机组成。喷嘴的喷射角度一般

30

0

-80

0

，幅度

8-75cm

。4.

蓄压过滤器作用主要是稳定涂料压力。5.

涂料输送管要求耐溶剂和耐高压（

25MPa

以上），最好是用尼龙或聚四氟乙烯内外两层，中间夹不锈钢丝。§

5.2

高压无气喷涂三

.

高压无气喷涂工艺条件第

5

章

涂装方法与装

备1.

涂料喷出量Q=kd

2

(p/ρ)

1/2Q—

涂料喷出量，

L/mink—

常数d—

喷嘴口径，

mmp—

涂料压力，

Mpaρ—

涂料密度，

g/cm

3§

5.2

高压无气喷涂三

.

高压无气喷涂工艺条件第

5

章

涂装方法与装

备2.

喷涂条件

第

5

章

涂装方法与装

备§

5.3

静电喷涂

一

.

静电喷涂原理静电喷涂电压一般在（

6-10

）

*10

4

V

之间§

5.3

静电喷涂二

.

静电涂装的特点第

5

章

涂装方法与装

备1.

涂料利用率高（对于管状、小件利用率高达

80%

以上）；2.

漆雾飞散少，改善了作业环境；3.

边角部位有一定的涂膜厚度，防护性好；4.

涂膜外观质量好，生产效率高；5.

复杂工件受电场屏蔽或电场分布不均时，需手工补喷；6.

对涂料、溶剂的导电性及溶剂挥发性有特殊要求；7.

对安全操作有严格规定。§

5.3

静电喷涂三

.

静电涂装的类型第

5

章

涂装方法与装

备1.

离心式静电喷涂a.

盘式静电喷涂旋盘转速

4000-6000r/minb.

旋杯式静电喷涂旋杯转还一般

2000r/min

，最高可达

6000r/min2.

空气雾化式静电喷涂3.

液压雾化静电喷涂§

5.3

静电喷涂四

.

静电涂装的影响因素第

5

章

涂装方法与装

备1.

静电压静电效果随电压的提高而增强，但在

1*10

5

V

以上时，涂料附着率随电压提高不再明显增加。2.

喷枪与工件的距离距离过短，会产生火花放电，距离太远，涂料附着率会降低。一般距离取

250-350mm

3.

静电喷枪的布置喷枪间的距离以喷幅的

1.5

倍

来确定，一般在

800mm

左右。§

5.3

静电喷涂四

.

静电涂装的影响因素第

5

章

涂装方法与装

备4.

挂具装挂的工件应离悬链或地面应不少于

1m

。5.

旋杯口径6.

喷出量喷出量在保证静电效果的情况下，越大越好。7.

涂料的特性要求涂料的电阻一般在

100MΩ.cm

以上，采用极性溶剂提高涂料的导电性。涂料粘度一般在

20s

左右。§

5.4

粉末涂装一

.

粉末涂装的特点第

5

章

涂装方法与装

备1.

涂料利用率高，达

90%

以上，且低污染；2.

适合自动化生产，生产效率高；3.

涂膜厚，一道涂膜厚达

100-300um4.

烘烤温度高，涂膜易变色；5.

设备专用，换色不方便；6.

烘烤后涂膜缺陷不易修补；7.

外观装饰性差；8.

涂层附着力较差

。§

5.4

粉末涂装二

.

粉末涂装方法第

5

章

涂装方法与装

备1.

火焰喷射法树脂易分解，很少用2.

流化床法适于厚壁小工件，膜厚一般

100-300um3.

静电流化床法工件不需预热4.

静电喷涂法膜厚一般

50-200um

，外观较好。粉末涂装应用最广的方法。5.

粉末电泳法膜厚一般

50-200um§

5.4

粉末涂装三

.

粉末静电喷涂设备与工艺第

5

章

涂装方法与装

备由供粉器、静电发生器、静电喷涂机、喷涂室、粉末回收系统和烘干室等组成

.静电发生器输出电压要达

60-100KV

，电流低于

300uA

。供粉器分压力式、抽吸式和机械式三种。粉末涂料的体积电阻一般以

10

10

-10

14

Ω.cm

为宜。喷涂电压

60-90KV

，喷涂距离约

250mm

为宜。

第

5

章

涂装方法与装

备§

5.5

电泳涂装

一

.

电泳涂装的原理电泳涂装中有四个过程：电泳、电解、电沉积、电渗§

5.5

电泳涂装二

.

电泳涂装的特点第

5

章

涂装方法与装

备1.

有利于实现自动流水线生产，涂装节奏快（约

3min

）；2.

涂膜厚度均匀；3.

较好的边缘、内腔及焊缝涂膜覆盖性；4.

优越的环保、安全作业性；5.

涂料利用率高达

95%

以上；6.

涂膜外观好，无流痕；7.

烘干温度高（

180

℃

）；8.

设备投入大，管理要求严；9.

多种金属不宜同时涂装；10.

挂具清理工作量大；11.

非导电性材料不能电泳涂装；12.

箱形等漂浮性工件不适宜电泳。§

5.5

电泳涂装三

.

电泳涂装工艺参数控制第

5

章

涂装方法与装

备1.

工艺过程脱脂

----

水洗

----

表调

----

磷化

----

水洗

----

去离子水洗

----

滴干

----

电泳沉积

----

超滤液冲冼

----

去离子水冲洗

----

烘干2.

工艺参数控制a.

槽液固成分电泳原漆固成分一般

40-60%

，槽液固成分阳极电泳

10-15%

，阴极电泳为

20%

。b.PH

值阳极电泳

，阴极电泳

。c.

电导率阴极电泳

1000-2000us/cm

。§

5.5