1、铸铁件粉末涂装中的针孔等缺陷之分析（草稿）摘 要：针对喷粉生产线中出现产品表面有针孔等缺陷问题，概述了铸铁件在静电粉末喷涂中因工件材质、前处理、水分烘干、粉末喷涂、粉末固化等而产生的针孔缺陷，重点分析其成因及解决方法。关键词：针孔 高远红外辐射加热 铸铁件 粉末涂料 一涂装技术参数1 工件：铸铁件 39KG 工件最大综合尺寸: 520410360 缝纫机机头形状比较复杂，喷砂质量、表观比较差。2. 工作链速：0.7m/min3. 粉末涂料种类：环氧（热固性 江苏太仓“老虎”牌 10min，200）4. 环境要求：相对湿度：60-80%， 温度： 20-30 （10）5. 压缩空气要求：1）压力
2、：0.7MPa2）含水量：小于 1.3 克/m33）含油率：0.1ppm 0.01 m g/ m34）含尘量：小于 1.0 克/m3附：单螺杆空压机（上海佳力士机械 0G08F 1.1 m3/h 0.85MPa）储气罐 0.28 m3膜式高效净化器（活性炭 沈阳 德国技术）二涂装工艺流程及参数1. 前处理：大连恒利提供锌系磷化药液， 常温脱脂-水洗 1-表调- 磷化-水洗 2-水洗 3要求控制磷化膜粗糙问题，锌系最佳膜厚为 1.5-2 克每平方米2. 水分烘干10min，120-220， 现 140 螺旋翅片加热，循环风机3. 喷粉进入喷粉室工件表面温度：50喷粉室附近干扰气流横向速度：0.3
3、m/s4. 粉末固化高远红外辐射加热 10min，120-220， 现 11min，240循环风机三. 铸铁件常见铸铁件为灰口铸铁，含碳量在 2%至 4%之间，碳主要以石墨相存在。铸铁件表面疏松多孔，特别是当铸造质量不高的情况下，铸铁件表面缺陷更加突出，因此，铸铁喷粉比较困难，废品率较高。主要表现在涂层结合强度差，孔隙率高，容易返锈。因此在做铸铁件前处理工艺时要格外的小心。四针孔1. 针孔是指涂膜表面存在像被针尖刺过的小圆孔，类似皮革毛孔，孔径约 100m。针孔是指粉末涂料从熔融到固化的过程中，涂层中的气体从底层穿过高粘度的、已接近封闭的弹性树脂层到达涂层表面，而未逸出所形成的缺陷。突破界面者
4、为针孔，来不及排除者为气泡。涂层中的气体可以是空气、水蒸气或氢气（镀锌层中带来的）等。根本解决方法是喷涂前彻底排除气体。小量的无法排除的气体，也可用控制烘干和喷涂条件的方法避免产生针孔或气泡。据计算，排除涂层的空气需要 26 秒，在除膜开始固化前的安全熔融流平段（100135 摄氏度）升温慢些。给予足够的排气时间。或采取工件预热后喷粉的方法，均有效果。2. 通常情况下，针孔由以下原因造成：（1）工件脱脂除锈不彻底或磷化后水洗不净，有油污或水-检查前处理各溶液参数是否符合要求（温度、浓度等） ，液面脏否，（2）压缩空气含有过多的油和水-纸巾蒙住管口，十几分钟后观察：破口边缘是否有油和水（湿了，黄
5、了？）及时排放压缩空气冷凝水。. （3）粉末或设备受化学物质污染（如硅胶、玻璃胶、输送链滴油等）-确有个案，重点检查粉房（4）喷枪电压过高，造成涂层击穿；喷枪与工件距离太近，造成涂层击穿-调低静电压拉远喷枪与工件之间的距离，并注意喷枪在工作时不宜对工件局部地方作长时间的停留（5）涂层过厚,造成静电排斥,（6）闪干不充分。烘烤升温太快，溶剂急剧挥发形成的。（7）涂料，黏度大，流动性差，气泡释放性差。（8）粉末受潮，含水量大，-120 目筛网内无粉，可用。呈粉状散落，可用。应 30以下，通风，干燥，6-8 月保存期。粉末适当干燥处理，过筛后用。（9）工件表面有许多毛细孔，如铸件；内有残余挥发物另外
6、，大多数人认为由于工件基体未完全干燥，喷粉经固化时，由于水蒸汽的蒸发是产生针孔的主要原因。但实际上工件的材质不配通常是产生针孔的根本原因。由于有些材质金属原子之间的结构不是很紧密，在强电压的情况下（喷粉所用的电压一般高达 60-100KV）使金属原子排列秩序发生变化（紧密排列） ，造成一些细微裂纹或部分脱落，喷涂后固化时在里面的空气释放而产生针孔。若确认为工件材质原因所致，可用砂纸打磨或提高工件喷砂质量。五. 粉末涂料1. 粉末涂料是粉末状无溶剂涂料，在固化过程中才能熔融流动粉末涂料中含有一定量的挥发性物质如水、低分子有机化合物等(一般小于 1%)。基材表面有时也含有一些水和其它低分子物质。加
7、热干燥（固化）时这些物质要挥发，如果粉末涂层胶化或快要胶化时仍未挥发完毕, 将在涂层表面形成针孔严重时会造成涂层起泡。涂层越厚，这种现象就越严重。若采用高远红外干燥（固化）,涂层将在短时间内达到这些物质的沸点之上；而且是由里及表的加热,与其挥发排出方向一致。 这些物质就会在涂层胶化前挥发掉,不会在涂层表面形成挥发孔即针孔。2. 利用静电均匀地喷涂至经过喷砂、除油、除锈、铬化、镀锌等前处理的工件表面上，在规定的固化温度和时间条件下进行熔融、流平和交联固化，而在工件表面形成均匀、致密和与工件结合牢固的涂层。3. 由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性,导致粉末涂料比液体涂料更难去除表面缺陷。成膜过程可
8、分为熔融聚结,形成涂膜,流平三个阶段。影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融粘度、体系的表面张力和膜厚。而熔融粘度尤其取决于固化温度、固化速度和升温速率。4. 所购买的树脂，不同批次间，树脂反应基团含量的指标差别较大，常常造成配方不准，造成固化成膜后，涂膜中含有不同程度的未反应的热塑性的树脂。在冷热变化中，由于热塑性树脂的收缩率要大于热固性树脂的收缩率，因而，这种涂膜在冷却后，由于收缩率的差别形成了凸凹或褶皱，使涂膜产生针孔或细纹。这也是为什么刚从烘箱里取出来时光洁，随着逐步的冷却，就会显现出针孔或细纹的原因了。六高远红外辐射加热红外辐射加热就是采用各种红外元件将能源转化为红外辐射能，对加热
9、固化设备内所需加热固化工件进行均匀辐射；使涂膜接受到红外热辐射，产生电子、原子或分子振动,从而加热涂膜。其加热效率要远高于对流加热。这种方法适合表面类件。对于有辐照阴影类工件，一般来说，只要设计得当，将其与自然对流或强制对流加热结合起来。即可实现均匀加热。高远红外快速加热是高强度、高密度全波段 2.3-25（短、中、长）覆盖的远红外热辐射加热。高强度、高密度的短波段粒子可轻易地穿透涂膜,直达金属基体表面,使基体表面首先迅速加热；同理,中波段远红外粒子穿透能力次之、加热金属基体表面和涂膜中部；长波段远红外粒子用于加热涂膜。从而实现了整个涂膜的加热过程是由里及表进行的,与涂料中溶剂和交联干燥（固化
10、）反应所产生的挥发物的排出方向一致,有利于加快干燥（固化）速度,从而实现涂膜快速加热干燥（固化） 。涂膜的干燥（固化）时间可缩短至 30 秒-5 分钟；一般为常规的 1/2-1/10。通常，工件表层和涂膜同时被加热，使传热方向与各种挥发物扩散逃逸方向一致，避免气泡、针孔等缺陷。但对铸铁件，选用要谨慎。升温时间过短，有机物挥发不均匀，涂膜易出现针孔、气泡、缩孔等缺陷辐照阴影较大（形状复杂类）工件： 首先采用高远红外辐射加热使工件表面涂膜熔融、进入流平状态后。再采用断续式高远红外与内热循环风复合加热进行均热保温。即通过循环风带走辐射较强处多余的能量；使该处可以继续接受高远红外辐射，而不至于产生过固
11、化现象。从而实现整个涂膜均匀、快速地进行干燥（固化） 。生产中远红外烘烤控制温度和时间，应视具体情况而定。它取决于远红外炉膛效率，工件薄厚。粉末种类等多种因素。粉末涂料要求固化条件是苛刻的，可选的波动范围很窄，稍有超越就会造成缺陷。七试验过程1. 未经前处理-水分烘干-粉末固化 2 台2. 经前处理-固化炉中烘干-粉末固化 2 台3. 经前处理-水分烘干、固化炉中烘干 -粉末固化 2 台4. 经前处理-三洋喷粉 （尚未试验） 2 台5. 经前处理- 更高温烘烤工件（客户试验） 1 台6. 经前处理-别处喷粉 （箱式炉，热风循环 ，客户试验） 7. 板件喷粉，质量相当好八现象观察1.过程 1、2
12、、3、5，均无改善2.过程 6，无针孔，表观质量不错3.过程 1、2、3 中，刚出炉时，针孔较少、较小，过 2-4 分钟逐渐增多；工件加工面上也有针孔。九初步结论1. 铸铁件表面疏松多孔2. 升温时间过短，有机物挥发不均匀，涂膜易出现针孔、气泡、缩孔等缺陷3. 升温时间过短，溶剂急剧挥发，流平剂未起润湿和流平作用。熔融流平时的时间应长。4. 严格控制前处理工艺，检查粉末、压缩空气的质量。5. 提高烘干温度6. 对流加热：适合于非金属基体及表面形状复杂工件加热。7. 最佳加热干燥（固化）方法为高远红外或高远红外与内热循环风复合加热8. 十解决方法1. 为减少针孔的影响，可采取如下措施：（1）严格控制表面预处理质量和喷涂工艺表面预处理好，要求工作表面不得含污点、斑点等小分子物质。另外空压机要经常放水，静电喷涂时要控制一定的涂膜厚度，建议不要超过 100um。（2）在粉末涂料中添加消泡助剂帮助消除气泡。（3）若是铸铁等大工件，建议在高于粉末固化温度 20的条件下烘烤 20 分钟，以避免微小气泡的存在；（4）适当减缓升温速率，一般工件从常温升至固化温度所需的时间控制在 4-5 分钟为好。技术部 张毅2007 年 10 月 26 日星期五
