一种钢结构表面处理及涂装的新工艺一种钢结构表面处理及涂装的新工艺

1 前言


  随着我国铁路运输几次大提速,对铁路机车车辆的设计、生产水平的要求也越来越高。产品升级换代成了各铁路机车车辆制造厂的当务之急。机车车辆用钢结构的设计越来越多地采用优质的性能钢板,传统钢结构的表面处理及涂装工艺已经不能适应生产发展的要求,迫切需要找到一种满足设计和工艺要求的表面处理新工艺。 

  2 表面处理及涂装工艺的要点钢结构涂装前,为了使涂层与基体具有良好的粘结性能,须对待涂装的钢材表面及附近区域进行预处理。其表面须洁净,不允许有灰尘、油污、水渍或其它污垢和疏松氧化物。其次,喷涂时,涂层与基体的结合一般以机械结合为主,因此,在不影响喷涂质量的前提下,涂层与基体应尽可能地增大接触面积,适当的粗糙度有助于提高涂膜附着力,延长涂层的寿命。有关资料介绍:醇酸涂料用于手工表面除锈,其涂层的使用寿命为2～3a,喷砂处理达Sa2.5级的使用寿命可为10a。钢材表面预处理质量直接影响涂装工程表观质量及涂层使用寿命,而钢结构表面处理的清洁度以及粗糙度直接影响到涂层的使用寿命。为尽可能增大涂层与基体的接触面积,一般采用机械粗化和喷砂粗化的方法。机械粗化包括喷丸处理、人工打磨和抛光处理。喷砂粗化是选用直径为1～2mm干燥且有棱角的黄砂或石英砂,利用压缩空气将砂粒从喷砂枪的枪嘴射到钢材表面,利用砂粒的冲击和摩擦作用,将钢材表面的氧化皮、铁锈、油漆膜、油脂等污物除去,同时获得具有一定粗糙度表面的工艺方法。一般来说,钢材等级越高,对其表面处理要求越高。经喷砂处理的钢结构表面,表面积约为不进行喷砂处理钢材表面积的90倍,大大增加了涂层与基体之间的接触面积。这对有些涂料涂膜,特别是

  3 原工艺存在的问题以前,对机车车辆钢结构用钢材(包括板材和型材)进行表面处理的方法,一种是只进行简单的除锈,经冷、热加工后,组焊成钢结构,再对钢结构表面喷涂底漆。这种工艺方法经多种车型的现场应用,证明防腐效果欠佳。另一种工艺方法是,钢材表面先经过化学处理(一般是磷化处理),之后直接喷涂底漆,然后再组焊成钢结构。其缺点是常常出现底漆与磷化膜配套性不好的问题,导致底漆附着力降低等现象。再有,近年来还采用一种工艺方法,钢材先进行喷砂处理,然后直接喷涂底漆,也存在防腐差的问题,甚至影响到下一道工序。

4 新工艺方案的确定针对原工艺存在的问题,为达到工艺、设计的要求,同时兼顾工艺的继承性和延续性,以上述理论为依据,通过试验,决定采用喷砂和预涂底漆相结合的表面处理及涂装工艺。

  4.1 试验材料

  (1) 底材样板:选择近年来常用的优质富铬钢板(N4003),规格为150mm×80mm×1.5mm,共24块。

  (2) 油漆:

  1预涂底漆:选用磁铁环氧酯防锈漆。由于经过预处理的钢材在组焊成钢结构时,需要经过焊接和切割、打磨等工序,其漆层表面不可避免地存有大量划痕和脱落等缺陷,所以选择目前机车车辆钢结构常用的耐高温、受热影响小、防腐性能强的磁铁环氧酯防锈漆作钢材表面的预涂底漆。

  2底漆:选用磷酸聚氨酯底漆。钢结构组焊成形后,为了修补其表面缺陷,同时也为下一步刮腻子或涂面漆做准备,一般需要对钢结构再喷涂1遍底漆。要求该底漆与下道工序用的腻子和面漆配套性要好。经生产验证,磷酸锌聚氨酯底漆完全能够满足此项要求。 

  4.2 试验过程

  4.2.1 样板的表面处理将样板分为A、B两组,各12块,其中A组采用喷砂处理,B组不经喷砂处理,用240#砂布打磨。用有机溶剂将两组样板表面清洗干净,冷风吹干,放入干燥器。

  4.2.2 样板漆膜的制备A、B组样板各取6块,喷涂1道磷酸锌聚氨酯底漆,干燥待用;再取A、B组另6块样板,先喷涂1道磁铁环氧酯防锈漆,干燥48h后,再喷涂1道磷酸锌聚氨酯底漆,干燥待用。

  4.2.3 性能试验(1)对制备好漆膜的A组、B组样板,分别测量厚度,然后做如下性能试验:1附着力测试:采用附着力测试仪测试,按GB/T1720进行。2耐盐水性能试验:用3%NaCl溶液,按GB/T1763进行试验。(2)将喷涂了2道底漆的试板做工艺配套性试验。

  (1) 附着力。

  涂装后的板材防腐能力取决于涂膜附着力的大小,附着力越大,板材防腐能力越强。由表1可以看出:漆膜厚度,经喷砂处理的样板比未经喷砂处理的厚;附着力,经喷砂处理的样板不小于未经喷砂处理样板的。

  (2) 耐盐水性。

  耐盐水性是指将样板浸入盐水,在规定的温度下浸泡,观察其被侵蚀的程度。耐盐水性是衡量漆膜以及材质防腐能力的一个重要指标。由表1可以看出:同样经喷砂处理和喷涂底漆,喷涂预涂底漆的样板比未喷涂预涂底漆的样板防腐能力强;同样喷涂2道底漆,经喷砂处理的样板防腐能力比未经喷砂处理的强。

(3) 工艺配套性。

油漆的工艺配套性是指两种油漆涂在一起时,层与层之间是否出现“咬底”、脱落、起泡、起皱等现象。不出现这些现象,就说明配套性良好。可以看出:不管是喷砂处理的样板还是未经喷砂处理的样板,不同漆种的磁铁环氧酯防锈漆与磷酸锌聚氨酯底漆工艺配套性良好,无起泡、“咬底”等现象。这说明:经过喷砂处理后,再喷涂磁铁环氧酯防锈漆作为预处理的钢材,组焊成钢结构后是可以再喷涂一层磷酸锌聚氨酯底漆的。
5 结论经过试验,确定了钢结构表面处理及涂装的新工艺,即采用喷砂和预涂底漆相结合的表面处理工艺:钢材首先进行喷砂处理,增大粗糙度,然后再喷涂1道磁铁环氧酯防锈漆作为预涂底漆,以防止钢材喷砂后的腐蚀,待钢结构组焊成形后,喷涂1道磷酸锌聚氨酯底漆。该工艺从1999年开始,已成功地应用于斯里兰卡动车组等几个车型上,未出现任何质量问题,表明该工艺完全符合设计和工艺要求,达到了预期效果。