铸件用水性漆常见问题分析及解决措施
时间：2023-06-15 22:25:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
时 晓，马新侠，吴雅茹，王晓丽，刘汉彬
（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊 261001）
随着国家对环保重视程度地不断加强，各种环保政策发布，对中国涂料行业的发展产生巨大的影响。其中，禁止使用高VOCs 含量的溶剂型涂料，推广水性等低VOCs 含量涂料等措施成为重点。2016 年发布的《国家鼓励的有毒有害原料（产品）替代品目录（2016 年版）》就提出各类水性涂料替代溶剂型涂料。水性漆与油性漆相比，使用无色无毒的水作为溶剂，减少有机溶剂的使用，大大降低了涂料中VOCs 的排放量和环境污染，属于绿色环保涂料[1]。
工业涂料领域，尤其是汽车领域更为强调使用水性涂料。发动机缸体、缸盖铸件在加工装配前需要喷涂底漆进行防锈，避免在加工过程中出现锈蚀，影响产品最终整机喷漆效果。如果底漆出现问题，需要对铸件进行重新抛丸喷漆，造成人力和成本的浪费。本文主要针对铸件用水性底漆使用过程中常见的问题包括闪锈、脱漆、漆面白点及漆渣等进行分析并提出相应的解决措施。
1.1 缺陷分析
漆渣主要表现为水性漆喷涂后表面有颗粒状异物凸起于涂膜表面，漆面粗糙度大。其根本原因为喷漆雾化过程中雾化不充分，存在大小不一的液滴或其中存在颗粒物，粘附于漆膜表面形成凸起，见图1。
图1 漆渣缺陷图
1.2 漆渣来源分析
漆渣产生的根本原因是漆面存在颗粒度较大的杂质，无论是漆块或灰尘，影响其漆膜光洁度。
喷漆系统虽然流程较短，但其中杂质来源及异常点较多。常见的空气喷漆系统主要由空压机、油水分离器、压力控制器、涂料贮存罐以及喷枪组成（见图2）。喷漆过程为空气在通过空压机及油水分离器后到达压力控制器，受压力控制器调节后输出稳定压力的压缩空气，通过一条管路直接进入喷枪，另一条进入涂料贮存罐为喷枪提供涂料，喷枪内涂料在压缩空气作用下雾化喷出。压缩空气及涂料管路内基本具备过滤环节。完成后，使用清洗剂冲洗涂料管路。以上多个环节都存在有杂质或影响雾化的可能性。
图2 喷漆系统示意图
漆膜表面漆渣来源主要分为三个：一是喷漆系统中带来的杂质或液滴；
二是喷漆雾化不充分产生的小液滴；
三是铸件表面清洁度差，表面存在浮灰杂质。
1.3 漆渣解决方案
根据漆渣的来源，我们有以下解决方案。
一是排查铸件表面是否存在较大颗粒浮灰或杂质。喷漆施工前对铸件进行两次及以上的清吹，有条件的可以进行湿法清理，减少表面大颗粒杂质。
二是排查喷漆工具雾化喷嘴雾化效果，如果雾化效果不好，极易在铸件表面形成漆渣。
首先，检查雾化喷嘴每次施工完成后是否清洗到位，是否存在漆渣残留，避免影响雾化效果。
其次，水性漆本身特性问题，对于单组分水性漆可能为水性漆粘度大或本身细度不足，导致雾化不良；
对于双组分水性漆可能为固化反应速度快，在喷射雾化过程已经固化，形成漆渣，以上两个问题均可以通过调整水性漆组分进行解决。
三是排查喷漆系统中是否存在杂质或影响雾化的大颗粒物。（1）涂料管清洗效果差，存在硬化漆渣。可以调整清洗溶剂与水的比例、调整清洗溶剂温度以及清洗方式进行改善。采用清洗溶剂和压缩空气间隙式交替清洗效果较好[2]。（2）压缩空气中存在杂质，随漆一同被施工至铸件表面。检查压缩控制过滤环节是否出现破损或过滤不良情况。（3）喷漆环境温湿度控制不足，在水性漆施工窗口之外。过高的施工温度和过低的湿度导致漆雾提前干燥固化，最终表现为漆面漆渣。
2.1 缺陷表现
闪锈主要表现为水性漆喷涂后漆面短时间内出现深红黑色锈斑，通常形状为直径2mm～4mm的圆形，见图3。铸铁类铸件，尤其是蠕墨铸铁铸件在施工水性漆的过程中极易出现该缺陷。闪锈经常发生在漆膜较厚或夹角凹槽处及其附近，一旦发生需将闪锈区域打磨光滑后重新补漆。
图3 闪锈缺陷图
2.2 缺陷原因分析
闪锈产生的根本原因是水性涂料与铸件表面形成的微电流腐蚀。水性漆以水为主要分散介质，属于导体，与铸件存在电位差的不同区域形成微小电池，同时水的比热容较大，挥发速率慢，这样在水性涂料成膜过程的短时间内发生了电离腐蚀，形成闪锈。铸铁中的石墨作为有效阴极，能够加速基体腐蚀，理论上石墨表面积越大，腐蚀情况越严重，因此石墨由片状向蠕虫状再向球状过度，腐蚀程度会降低[3]。但实际生产中，蠕墨铸铁的闪锈率要高于片状石墨，分析认为，蠕墨铸铁中参与蠕化反应的Mg 元素较为活泼，促进了微电池的电化学腐蚀。
2.3 闪锈解决方案
根据闪锈问题产生的原因分析，我们有两方面的解决方案。
一是改进水性漆配方，减少配方内离子的引入，选择对底材有钝化作用的原料，从而减少微电池的形成，减少腐蚀源。我们可以与供应商进行沟通，避免使用阴离子型的分散剂以及引入有机杂环化合物类防锈颜料，将水性漆pH 值控制在9.0～9.5 以上，通过强碱钝化基材表面，保持防闪锈性能[4]。
二是提高水性漆表干速度，减少腐蚀时间。（1）使用挥发速率快的助剂，提高表干速度，减少闪锈可能性；
（2）控制喷漆件温湿度，水性漆施工最佳窗口温度10～35℃，湿度在40%～70%，尽可能施工后立刻进行高温烘干[5]；
（3）控制首次喷漆的漆膜厚度，如漆膜厚度要求较大，可分多次涂装来满足要求。
3.1 缺陷表现
铸件脱漆缺陷主要表现为铸件漆面起皮脱落或在后续加工清洗过程中发生脱落。
3.2 脱漆原因分析
铸件脱漆产生的根本原因是铸件底漆本身原因或因外界因素（如切削液、清洗剂或机油）等造成的附着力下降或是冲击力超出附着力情况。
根据脱漆区域与不脱漆区域的界限情况，界限明显的通常是附着力低导致的成片脱落，界限不明显的是由于本身附着力受外界因素降低或加工清洗力过大导致的渐进式脱漆，见图4。
图4 脱漆缺陷图
3.3 脱漆解决方案
根据脱漆缺陷的原因分析，重点解决附着力低以及可能导致附着力下降的外界因素。
一是确保铸件漆面的附着力的措施。（1）做好铸件清吹，提高铸件表面清洁度，避免灰尘颗粒对附着力的影响。（2）选择合适的漆膜厚度，满足性能的前提下尽可能降低单次施工的漆膜厚度，避免起皮缺陷，降低成本。（3）如有条件，施工后高温烘干可以有效提高漆膜附着力和质量。
二是减少可能会导致附着力下降的外界因素。（1）调整水性漆组份或加工过程各类试剂，避免漆膜与后续加工清洗过程各类试剂发生反应，造成的附着力降低。（2）及时更换加工切削液，避免切削液过度使用产生盐分堆积，破坏漆膜。（3）加工清洗过程，尽可能采用旋转式清洗设备，避免长时间冲刷固定区域，同时控制清洗压力和清洗温度，可以有效避免脱漆问题的发生。
4.1 缺陷表现
白点主要表现为水性漆喷涂后漆膜表面有白色颗粒凸起于涂膜表面，使用工具打磨后可以去除且不再重复产生，见图5。
图5 白点缺陷图
4.2 白点原因分析
通过对喷漆环境进行144 天的温湿度监控，见图6，发现白点缺陷通常出现在湿度大于80%的环境下，尤其是低温高湿的环境下，极易出现白点情况。分析认为白点缺陷为水性漆中盐碱类组分的非常规析出，低温导致盐碱类组份在溶剂中的溶解度下降，同时高湿环境延长了漆膜的干燥时间，使得盐碱类组份能充分聚集析出，形成白色颗粒。析出完成后或漆膜干燥后自然不再重复产生。
图6 环境温湿度监控图
4.3 白点解决方案
根据白点原因的分析，我们有以下解决方案。
一是调整水性漆组分配比。（1）调整水性漆中防锈助剂的比例，通常水性漆会使用盐碱类助剂调整pH 值至9.0 以上，来降低闪锈几率，可以采用铁红等还原性物质来取代盐碱类助剂。（2）提高干燥速度，减少析出时间。
二是控制喷漆环境温湿度，将环境温湿度控制在水性漆的施工窗口内，对于异常天气要有排风除湿等措施。
本文主要总结了水性漆在铸铁件上施工出现的常见问题分析及解决措施，运用因果链思维提供快速排查解决问题的思路。
（1）漆渣问题可以通过提高铸件表面清洁度、改进雾化效果以及系统排查喷漆系统内杂质进行解决。
（2）闪锈问题可以通过优化水性漆成分、增加防闪锈助剂以及提高干燥速度来进行解决。
（3）脱漆问题可以通过提高铸件表面清洁度、改进漆膜施工厚度、提高干燥速度以及优化加工清洗工艺来进行解决。
（4）白点问题可以通过优化水性漆碱性助剂、提高干燥速度以及控制喷漆环境温湿度进行解决。
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