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金屬表面油污導致涂層缺陷分析

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  金屬零部件上涂層的質量,很大程度上受金屬表面污染物的影響,如礦物油和油脂。這些污染物通常在涂層的成型過程及在對金屬進行機械加工的過程中產生。對金屬材料進行噴涂之前,應先將其污染物清洗干凈,因為在金屬表面的污染物會影響金屬底材與涂層之間的附著力,令其附著力顯著降低。

  若金屬零部件的表面上附有礦物油和油脂等污染物,就會使涂層容易形成一層剝離膜,涂層的質量就會受到影響,后續的補救措施則令最后的成本提高!

  當使用有靜電電荷的粉末涂料,向零部件上進行噴涂時,由于靜電會附在于零件上,隨后經過液相(即粉末涂料)出現,從而形成封閉的涂層膜。

  為了得到一個高質量的粉末涂料處理表面,除了轉化涂層(如磷化)的應用工藝技術,更需要一個干凈的除油零部件。而后者是必不可少的,因為金屬零件底材的表面清潔程度,是粉末涂料對金屬零部件形成較高粘合強度的先決條件。

  脫脂過程通常使用堿性或酸性清潔劑對金屬零部件進行浸浴或噴淋清洗。進行脫脂時對清洗槽的參數有特定要求,如洗滌劑的濃度,溫度和油的含量等,這些條件均會影響金屬零部件的表面清潔度。

  當金屬零部件接觸到少量的腐蝕性物質時,便可脫除金屬表面的污垢。在這種情況下,對涂料的粘附性而言,金屬底材的脫脂過程變得更加重要!

不同應用之間的差別

  根據不同的行業和實際中的應用,會因不同的后續處理步驟,而對不含油脂的金屬表面上的閾值進行定義。

  例如,根據德國標準DIN Technical Report 28“防護涂料對鋼結構的腐蝕防護”中“重大型腐蝕保護”,配套用于涂層材料的涂料液表面碳含量限制在50 mgC/m2。相反地,在汽車工業中,則要求鋼表面涂布前表面碳含量少于15 mgC/m2,作為一個油脂/非油脂比較值。

  從 Dresden GmbH德累斯頓有限公司腐蝕與防護研究所(ICS)了解到,近年來大量的損壞案例,都是因為底材的表面清潔度不佳造成的。大多數情況下,這些都是由結構鋼或鍍鋅鋼構成的機械零件,因此,涂層之下可用刮刀完全從鋼基體上除掉半平方米的達1.000 mg/m2 的烴。典型的涂層損壞就如圖1和2。這些例子都能充分反映出脫脂不充分所造成的嚴重后果。

涂層與底材之間粘連性較差

圖1、圖2涂層與底材之間粘連性較差

  涂層受損后,則必須會產生一個過高的修復成本。而這些受損的零部件須返工進行重新的涂布或噴涂,零部件經過脫漆后,必須重新對金屬零部件進行更加徹底的清洗,使新涂層有更好的粘合性!

  ICS通過對表面碳含量的分析,由于分析儀器對樣品的尺寸限制(最大測量范圍為樣品直徑30 mm,長度140 mm),大型的金屬材料樣品需另外進行切割。切割好樣品表面上碳氫化合物在450至850攝氏度的溫度范圍內燃燒,釋放出二氧化碳,紅外傳感器則將在氣流當中測量二氧化碳的濃度,再根據濃度計算出金屬表面上碳的含量。

sita表面清潔度儀

圖3 SITA表面清潔度儀

  當要作進一步的分析時,除了以上的檢測方法,還可以使用新開發的SITA CleanoSpector表面清潔度儀(見圖3)對零部件表面上的雜質進行無損檢測。SITA測量技術有限公司所開發的清潔度儀能通過帶紫外光的熒光激發技術,檢測含烴的雜質。有機物所反射的強烈熒光,致使我們能夠發現附于金屬表面的油脂,令進行防腐蝕以保護產品成為了可能!而熒光的強度取決于測量點上污垢雜質的含量,其強度通過傳感器頭部的光電二極管進行測量。

測量原理

圖4 測量原理

  該款清潔度儀采用共焦測量原理,如圖4所示。通過熒光發射的激發光總會沿著相同的平行路徑進行輻射,因此,傳感器磁頭的定位是沒問題的,并且粗糙表面不對測量結果造成影響。另外,集成的target pointer測量點定位器可幫助用戶定位最佳的測量高度。該款儀器的設計以及配套便攜手提箱使儀器能夠靈活適應使用環境,均可在生產車間現場和實驗室中使用。SITA CleanoSpector清潔度儀已經在眾多應用實例中證明其便攜輕巧易操作的特點!

  清潔度儀的校準是通過無污染的干凈校準件自動設定的,其校準值會存儲在儀器中。測量和校準的次數都可以調整。

清潔度百分比

  測量結果通過清潔度百分值顯示,清潔度值為100%表示樣品表面不存在熒光雜質,而重度污染則顯示為0%的清潔度值。什么樣的清潔度百分值才算是合格?用戶可根據實際的樣品清洗過程單獨設定合格清潔度百分值。

  最后得出的清潔度值結果與樣品表面的碳含量相關,測量結果顯示,ICS中案例分析的結果是在檢測已受污染的測試板基礎上得出的。

  使用乙酸乙酯溶解腐蝕保護油,便可模擬測試板受到污染。使用此溶解后的溶液潤濕待測測試板,待板上的溶劑蒸發后,油脂便留在其表面。該測試板上的表面碳含量與上述提到的表面碳含量均通過SITA CleanoSpector表面清潔度儀進行熒光測量的。其結果是樣品表面上若干個測量點得出結果的平均值。

樣品清潔度與表面碳含量

圖5 樣品清潔度與表面碳含量的關系

  圖5 是由SITA CleanoSpector表面清潔度儀對樣品板進行檢測得到的表面碳含量函數,圖5的曲線證實了這兩種方法的結果之間的良好相關性,并表明,SITA CleanoSpector表面清潔度儀能夠檢測出附于金屬表面的油脂,至少可檢測到高達9 mg/m3的表面碳含量。SITA CleanoSpector表面清潔度儀的優勢在于其對各種零件的適用性,并不會對零件造成損壞。使用該款表面清潔度儀,例如一些復雜的應用于亞洲地區生產車間的涂層缺陷都可以進行檢測,然后,可以立即對有缺陷的涂層進行修復。

  SITA CleanoSpector清潔度儀適合用于檢查涂層前金屬零件的表面清潔度,以及監測零件的清洗過程,保證了金屬零件的清洗質量,可避免由于清洗脫脂不充分而造成的涂層缺陷。

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