一次硅烷綠色前處理匹配電泳涂層鹽霧試驗不良現(xiàn)象分析

邊春利 （北汽新能源汽車股份有限公司，北京 102606）

0 引言

在日趨激烈的市場競爭和日益嚴格的環(huán)保法規(guī)的影響下，提高質(zhì)量、綠色環(huán)保和降低成本必將成為汽車涂裝的發(fā)展趨勢，硅烷前處理的應用正適應了此趨勢。為驗證“冷軋板+硅烷前處理+電泳漆”的涂裝質(zhì)量、匹配性和工藝性，以識別并規(guī)避風險而進行了試驗研究。

1 冷軋板、硅烷、電泳漆匹配性的研究思路

通過1種冷軋板材和2種前處理（磷化、硅烷）及6個型號電泳漆的材料組合進行交叉對比試驗，以傳統(tǒng)磷化為基準，考察、評價硅烷前處理涂層的耐鹽霧性、附著力、硬度、杯突、耐沖擊性、粗糙度等各試驗項目差異，通過考察硅烷前處理是否能達到傳統(tǒng)磷化的水平來衡量硅烷前處理與冷軋板及電泳漆的匹配性。試驗中除耐鹽霧試驗項目的一組材料組合出現(xiàn)異常現(xiàn)象，其余大部分組合都基本正常，下面重點介紹和分析此次鹽霧試驗及出現(xiàn)的異常現(xiàn)象。

2 耐鹽霧試驗

2.1 試驗方法

根據(jù)GB/T 10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》規(guī)定，鹽霧試驗主要分為：中性鹽霧試驗（NSS）、乙酸鹽霧試驗（AASS）、銅加速乙酸鹽霧試驗（CASS）。此次試驗采用中性鹽霧試驗。

2.2 試驗條件

根據(jù)QC/T 484—1999《汽車油漆涂層》的規(guī)定：樣板要求采用膠帶封邊，中心部位用銳利的刀片按60°夾角劃兩條交叉透底的切割線，并與垂直線成30°角放置在鹽霧箱中，要求樣板之間不能互相遮擋和接觸，控制試驗溫度在（35±0.1～0.7）℃范圍內(nèi)，連續(xù)噴霧，鹽水為濃度（5±1）%的NaCl溶液，pH為6.5～7.2，鹽霧沉降量1～2.5 mL/（h·80 cm2）。

按照QC/T 484—1999標準規(guī)定，連續(xù)試驗48 h應檢查1次，2次檢查以后，每隔72 h檢查1次，每次檢查后應變換樣板放置的位置。觀察沿切割線漆膜下面的銹蝕蔓延情況，1 000 h單側(cè)銹蝕蔓延≤2 mm，且漆膜表面未切割線部分無大面積生銹、起泡和漆膜與基體分離的現(xiàn)象，視為合格。

2.3 樣板評價

使用緩慢流出的純凈水，沖洗試驗完成后的樣板，用紙巾或壓縮空氣干燥后，用刮刀刮擦樣板，刮刀垂直于樣板表面，沿整個切割線痕跡平行地來回移動刮刀，清除已經(jīng)脫落的漆膜，不能清除仍然有黏附的漆膜。15 min內(nèi)完成刮擦，如不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成，需將樣板浸沒在水中或貯存在塑料袋中以避免任何可能的干燥效應。

2.4 試驗安排

耐鹽霧試驗樣板制作安排見表1。

表1 耐鹽霧試驗樣板制作安排表Table 1 Making arrangement schedule of salt spray resistance test sample

2.5 試驗結(jié)果

不同樣板的鹽霧試驗結(jié)果見表2。由表2可見，不同電泳漆對相同底材的防腐能力有一定的差異， 除1#電泳漆外，其余電泳漆均能滿足單邊擴蝕＜2 mm的要求。前處理類型對樣板防腐能力的影響比較明顯且一致，即同一電泳漆磷化前處理的防腐能力均要好于硅烷前處理。

表2 耐鹽霧試驗結(jié)果＊Table 2 Salt spray resistance test results

3 試驗異?，F(xiàn)象

磷化+1#～6#電泳漆和硅烷+2#～6#電泳漆切割線部位前處理和電泳漆膜一起從鐵板上脫落的現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象。而硅烷+1#電泳漆分別在切割線部位和試板邊緣部位出現(xiàn)很少見的異?，F(xiàn)象，切割線部位既有緊貼切割線的硅烷和電泳漆膜一起從鐵板上脫落的現(xiàn)象，又有距離切割線稍遠的電泳漆膜從硅烷涂層上單獨脫落的現(xiàn)象，如圖1所示，深顏色的區(qū)域是擴蝕線附近硅烷和電泳漆膜層一起脫落后的已腐蝕的鋼板區(qū)，淺顏色的區(qū)域是距擴蝕線稍遠的區(qū)域，電泳漆膜從硅烷層上單獨脫落，硅烷層仍保留著，其下的鋼板并未腐蝕。試板邊緣在除去封邊膠帶和輕微觸碰時有部分電泳漆膜從硅烷層上脫落。

圖1 硅烷+1#電泳漆試板鹽霧試驗后照片F(xiàn)igure 1 Photo of silane +1# electrophoretic paint test plate after salt spray test

4 重復試驗

針對硅烷+1#電泳漆耐鹽霧試驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，安排進行了第2次試驗，見表3，以確認是否屬于偶然現(xiàn)象。

表3 第2次試驗安排Table 3 Second test arrangement

和第1次鹽霧試驗一樣，硅烷9831、9832+1#電泳漆耐鹽霧試驗后的切割線部位的電泳漆脫落方式均有從鐵板和硅烷層脫落的現(xiàn)象，試板邊緣局部也出現(xiàn)電泳漆層從硅烷層上脫落的現(xiàn)象，詳見圖2。第2次試驗現(xiàn)象與第1次基本一致，見表4，沒有質(zhì)變，說明硅烷與1#電泳漆之間的匹配性存在一定問題。

表4 第2次鹽霧試驗結(jié)果＊Table 4 Results of the 2nd salt spray test

圖2 試板鹽霧試驗后照片F(xiàn)igure 2 Photo of test plate after salt spray test

5 異?，F(xiàn)象分析

在中性鹽霧試驗過程中，切割線區(qū)域形成閉塞電池，發(fā)生金屬溶解的陽極反應，而金屬離子的水解使H+濃度增加，pH下降，對于鋼鐵材料發(fā)生如下反應：

因鹽霧中的Cl-為了保持電荷中性擴散進入切割線區(qū)生成鹽酸（HCl），金屬基體（鐵板）受鹽酸腐蝕，出現(xiàn)紅銹，隨著紅銹的發(fā)展，漆膜斷裂與基體脫離導致漆膜脫落。通常的漆膜附著力是指涂層的干附著力，即漆膜固化烘干后的附著力，而置于介質(zhì)環(huán)境后的附著力稱為濕附著力，是指漆膜暴露在高濕環(huán)境或者溶液中的附著力，因此，漆膜附著力實際上應包含漆膜與金屬表面的粘附力和漆膜本身的凝聚力，漆膜附著力越強，越能有效阻止金屬陽離子向陰極區(qū)域擴散，連續(xù)、致密的漆膜能有效阻止電解質(zhì)溶液對基體的滲透。產(chǎn)生漆膜與基體脫離的情況與基體表面平整度、處理工藝、漆膜性能等多種因素有關(guān)。漆膜從底材脫落的示意圖如圖3所示。

圖3 漆膜從底材脫落的示意圖Figure 3 Schematic diagram of paint film falling off from substrate

磷化+1#～6#電泳漆和硅烷+2#～6#電泳漆切割線部位涂膜的脫落現(xiàn)象為通常的現(xiàn)象，鹽霧只能進入鐵板與磷化、硅烷之間的界面。而硅烷+1#電泳漆切割線部位鹽霧既能進入鐵板與硅烷之間的界面，也能進入硅烷與電泳漆膜之間的界面進行腐蝕。由于試板的邊緣部位為直角，局部有毛邊，加上電泳漆的銳緣效應，使此類尖角部位的電泳漆膜較薄，鹽霧易穿透電泳漆膜進入其與硅烷之間的界面進行腐蝕。

鹽霧能夠沿硅烷與1#電泳涂層之間的界面滲透腐蝕，并使之脫離，說明1#電泳漆與硅烷匹配性存在問題，其他電泳漆則沒有匹配性問題。

6 問題探討

因首次做新材料硅烷與電泳漆的鹽霧試驗，經(jīng)驗不足，對標準的理解也不深刻，對出現(xiàn)的異常現(xiàn)象判定猶豫不定，如鹽霧試驗的結(jié)果判定時，初期只采用了因鐵板腐蝕電泳和硅烷層一體脫落的距離，即以鐵板腐蝕距離計，后經(jīng)咨詢和學習標準，最終認定凡是有電泳漆脫落的距離都應該作為試驗的結(jié)果，即應該以電泳層脫落距離計。

時間因素影響，試板從鹽霧試驗箱中拿出后應在15 min內(nèi)完成結(jié)果的判定，當然硅烷下腐蝕鐵板部分 不會因時間延長而變化，但硅烷層與電泳漆膜之間的附著力是否會隨時間延長而逐漸恢復，有待進一步試驗研究。

更接近于車輛實際使用環(huán)境的循環(huán)腐蝕試驗與連續(xù)鹽霧試驗結(jié)果的對比，也有待進一步試驗研究。

7 結(jié)語

根據(jù)兩次鹽霧試驗的結(jié)果分析，硅烷與1#電泳漆的匹配性存在問題，主要表現(xiàn)在“冷軋板+硅烷+1#電泳漆”的耐腐蝕性差，且鹽霧試驗后部分電泳漆膜從硅烷層上單獨脫落（切割線部位和試板邊緣局部），其他5個型號（2#～6#）電泳漆僅在切割線區(qū)域出現(xiàn)電泳漆和硅烷層從腐蝕的鋼板層上一起脫落的現(xiàn)象，非切割線部位無脫落，屬于正常的現(xiàn)象。