一種鋼結構表面處理及涂裝的新工藝

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1、前言
    隨著我國鐵路運輸幾次大提速，對鐵路機車車輛的設計、生產水平的要求也越來越高。產品升級換代成了各鐵路機車車輛制造廠的當務之急。機車車輛用鋼結構的設計越來越多地采用優(yōu)質的高性能鋼板，傳統(tǒng)鋼結構的表面處理及涂裝工藝已經(jīng)不能適應生產發(fā)展的要求，迫切需要找到一種滿足設計和工藝要求的表面處理新工藝。
    2、表面處理及涂裝工藝的要點鋼結構涂裝前，為了使涂層與基體具有良好的粘結性能，必須對待涂裝的鋼材表面及附近區(qū)域進行預處理。首先,其表面必須潔凈，不允許有灰塵、油污、水漬或其它污垢和疏松氧化物。其次，噴涂時，涂層與基體的結合一般以機械結合為主，因此,在不影響噴涂質量的前提下，涂層與基體應盡可能地增大接觸面積，適當?shù)拇植诙扔兄谔岣咄磕じ街Γ娱L涂層的壽命。有關資料介紹:醇酸涂料用于手工表面除銹，其涂層的使用壽命為2～3a，噴砂處理達Sa2.5級的使用壽命可為10a。鋼材表面預處理質量直接影響涂裝工程表觀質量及涂層使用壽命，而鋼結構表面處理的清潔度以及粗糙度直接影響到涂層的使用壽命。為盡可能增大涂層與基體的接觸面積，一般采用機械粗化和噴砂粗化的方法。機械粗化包括噴丸處理、人工打磨和拋光處理。噴砂粗化是選用直徑為1～2mm干燥且有棱角的黃砂或石英砂，利用壓縮空氣將砂粒從噴砂槍的槍嘴高速噴射到鋼材表面，利用砂粒的沖擊和摩擦作用,將鋼材表面的氧化皮、鐵銹、油漆膜、油脂等污物除去，同時獲得具有一定粗糙度表面的工藝方法。一般來說,鋼材等級越高，對其表面處理要求越高。經(jīng)噴砂處理的鋼結構表面，表面積約為不進行噴砂處理鋼材表面積的90倍，大大增加了涂層與基體之間的接觸面積。這對有些涂料涂膜，特別是無機富鋅類涂料涂膜的附著力影響極大。 
    3、原工藝存在的問題以前，對機車車輛鋼結構用鋼材(包括板材和型材)進行表面處理的方法，一種是只進行簡單的除銹，經(jīng)冷、熱加工后,組焊成鋼結構，再對鋼結構表面噴涂底漆。這種工藝方法經(jīng)多種車型的現(xiàn)場應用，證明防腐效果欠佳。另一種工藝方法是，鋼材表面先經(jīng)過化學處理(一般是磷化處理)，之后直接噴涂底漆，然后再組焊成鋼結構。其缺點是常常出現(xiàn)底漆與磷化膜配套性不好的問題,導致底漆附著力降低等現(xiàn)象。再有，近年來還采用一種工藝方法，鋼材先進行噴砂處理，然后直接噴涂底漆，也存在防腐差的問題，甚至影響到下一道工序。
    4、新工藝方案的確定針對原工藝存在的問題，為達到工藝、設計的要求，同時兼顧工藝的繼承性和延續(xù)性，以上述理論為依據(jù)，通過試驗，決定采用噴砂和預涂底漆相結合的表面處理及涂裝工藝。
    4.1 試驗材料
    (1)  底材樣板:選擇近年來常用的優(yōu)質富鉻鋼板(N4003)，規(guī)格為150mm×80mm×1.5mm，共24塊。
    (2)  油漆:
    1、預涂底漆:選用磁鐵環(huán)氧酯防銹漆。由于經(jīng)過預處理的鋼材在組焊成鋼結構時，需要經(jīng)過焊接和切割、打磨等工序，其漆層表面不可避免地存有大量劃痕和脫落等缺陷，所以選擇目前機車車輛鋼結構常用的耐高溫、受熱影響小、防腐性能強的磁鐵環(huán)氧酯防銹漆作鋼材表面的預涂底漆。
    2、底漆:選用磷酸聚氨酯底漆。鋼結構組焊成形后，為了修補其表面缺陷，同時也為下一步刮膩子或涂面漆做準備，一般需要對鋼結構再噴涂1遍底漆。要求該底漆與下道工序用的膩子和面漆配套性要好。經(jīng)生產驗證，磷酸鋅聚氨酯底漆完全能夠滿足此項要求。 
    4.2     試驗過程
    4.2.1  樣板的表面處理將樣板分為A、B兩組，各12塊，其中A組采用噴砂處理，B組不經(jīng)噴砂處理，僅用240#砂布打磨。用有機溶劑將兩組樣板表面清洗干凈，冷風吹干，放入干燥器。
    4.2.2  樣板漆膜的制備A、B組樣板各取6塊，噴涂1道磷酸鋅聚氨酯底漆，干燥待用；再取A、B組另6塊樣板，先噴涂1道磁鐵環(huán)氧酯防銹漆，干燥48h后，再噴涂1道磷酸鋅聚氨酯底漆，干燥待用。
    4.2.3 性能試驗
    (1)對制備好漆膜的A組、B組樣板，分別測量厚度，然后做如下性能試驗:
    1、附著力測試:采用附著力測試儀測試,按GB/T1720進行。
    2、耐鹽水性能試驗:用3%NaCl溶液,按GB/T1763進行試驗。
    (2)將噴涂了2道底漆的試板做工藝配套性試驗。
    (1)  附著力。
    涂裝后的板材防腐能力取決于涂膜附著力的大小，附著力越大，板材防腐能力越強。由表1可以看出:漆膜厚度，經(jīng)噴砂處理的樣板比未經(jīng)噴砂處理的厚；附著力，經(jīng)噴砂處理的樣板不小于未經(jīng)噴砂處理樣板的。
    (2)  耐鹽水性。
    耐鹽水性是指將樣板浸入鹽水，在規(guī)定的溫度下浸泡，觀察其被侵蝕的程度。耐鹽水性是衡量漆膜以及材質防腐能力的一個重要指標。由表1可以看出:同樣經(jīng)噴砂處理和噴涂底漆,噴涂預涂底漆的樣板比未噴涂預涂底漆的樣板防腐能力強；同樣噴涂2道底漆，經(jīng)噴砂處理的樣板防腐能力比未經(jīng)噴砂處理的強。
    (3)  工藝配套性。
    油漆的工藝配套性是指兩種油漆涂在一起時，層與層之間是否出現(xiàn)“咬底”、脫落、起泡、起皺等現(xiàn)象。不出現(xiàn)這些現(xiàn)象，就說明配套性良好?？梢钥闯?不管是噴砂處理的樣板還是未經(jīng)噴砂處理的樣板,不同漆種的磁鐵環(huán)氧酯防銹漆與磷酸鋅聚氨酯底漆工藝配套性良好，無起泡、“咬底”等現(xiàn)象。這說明:經(jīng)過噴砂處理后,再噴涂磁鐵環(huán)氧酯防銹漆作為預處理的鋼材，組焊成鋼結構后是可以再噴涂一層磷酸鋅聚氨酯底漆的。
    5、結論經(jīng)過試驗，最終確定了鋼結構表面處理及涂裝的新工藝，即采用噴砂和預涂底漆相結合的表面處理工藝：鋼材首先進行噴砂處理，增大粗糙度，然后再噴涂1道磁鐵環(huán)氧酯防銹漆作為預涂底漆，以防止鋼材噴砂后的腐蝕，待鋼結構組焊成形后，最后噴涂1道磷酸鋅聚氨酯底漆。該工藝從1999年開始，已成功地應用于斯里蘭卡動車組等幾個車型上，未出現(xiàn)任何質量問題，表明該工藝完全符合設計和工藝要求，達到了預期效果。