家电用彩涂钢板耐蚀性试验研究

家电用彩涂钢板耐蚀性试验研究

0彩涂钢板的应用彩漆钢板在家庭工业中的应用始于20世纪80年代。近年来，世界剂量超过150万吨，占彩色板总面积的10%12%。中国是家电产品生产大国,2007年家电行业钢板用量约为957万t,然而彩涂钢板在我国家电行业的用量还很低,只占家电用钢材总量的4.14%。彩涂钢板涂层表面平整,光泽范围宽且颜色丰富,可以达到普通喷涂涂层不能获得的表面效果,同时在降低家电企业成本和减少废水废气排放方面也有非常明显的优势。随着国家对环境保护力度的不断加强,以及国外独资、合资家电企业采用彩涂钢板比例的逐渐提高,彩涂钢板在家电行业的应用将逐步扩大。作为新产品在家电行业的应用,彩涂板也需要面对诸多的问题,其中耐蚀性就是主要问题之一。一般情况下,用作家电产品外板的钢板都需要进行涂装,其加工过程包括:钢板(冷轧板、镀锌板)定尺剪切—折弯(或冲压等)—焊接—脱脂—磷化—涂装。而采用彩涂板生产家电外壳则省略了脱脂、磷化和涂装的工序,只需定尺剪切—折弯(或冲压等)—联接的过程。相对于传统的后喷涂产品来说,彩涂板是预涂装的产品,剪切中存在的钢板边部切口问题,加工、搬运、仓储中的涂层划伤问题,以及冲压或者折弯后漆膜延展部位的耐蚀性问题,都需要认真研究并加以解决。1试样制备方法彩涂钢板耐蚀性测试一般采用盐雾试验的方法,家电彩涂钢板的涂层耐蚀性研究也基本沿用了该方法,但是在试样制备上增加了划线、切口、折弯、冲压等试验内容和评价方法,主要是考察彩涂板在加工中可能存在的折弯、冲压变形、以及划伤和切口等部位的耐蚀性问题。在采用盐雾试验进行试验研究的同时,我们也采用循环腐蚀试验方法(CCT)进行了部分产品的对比研究。1.1连续喷雾试验盐雾试验(SST)按照GB/T13448—2006中耐中性盐雾试验的方法进行。配制5%的NaCl溶液,使pH值保持在6.5～7.2之间,温度保持在(35±2)℃,进行连续喷雾试验。试验周期根据具体项目确定。循环腐蚀试验(CCT)按照2h盐雾试验—4h干燥(60℃)—2h湿热(50℃,95%RH)为一循环周期,进行30个周期的试验。1.2钢板切线试样的制备选取正常工艺条件下的彩涂钢板或者实验室棒涂方式制备的彩涂钢板,钢板表面要求无划伤、气泡、杂质等缺陷,按照下列方式进行样品的制备:平板试样:试样尺寸为75mm×150mm,用胶带将钢板边部封闭。划线试样:试样尺寸为75mm×150mm,用胶带将钢板边部封闭,用专用划痕刀具在样板表面划线或者划叉,划痕必须划透涂层。切口试样:试样尺寸为75mm×150mm,用胶带将钢板上下边部封闭或者四边全部不封闭。剪切样板时应注意使样板切口毛刺向下。折弯试样:试样尺寸为75mm×150mm,使用折弯机和压平仪,使样板待测面折弯180°。冲压试样:试样尺寸为150mm×150mm样板,采用冲杯仪进行冲压,试验面朝向可以根据样板的实际用途确定。1.3腐蚀蔓延评价彩涂板的耐蚀性评价主要包括对涂层起泡大小、起泡密度、划痕或切口处腐蚀蔓延距离等进行评价。其中起泡程度(大小和密度)按照GB/T1766进行评价,切口或划痕处的腐蚀蔓延距离直接采用直尺测量最大、最小和平均腐蚀蔓延宽度。2试验结果与讨论2.1家电彩涂板抗蚀性能考察家电彩涂板在盐雾试验后涂层起泡等级是最常规的涂层耐蚀性评价手段,主要用于评价漆膜完整时钢板的耐蚀能力,此种方式用于考察正常加工时家电彩涂板平面处涂层的耐蚀性能。一般情况下,认为盐雾试验中平板起泡等级与涂料本身性能、涂层工艺等相关,但是研究中发现家电彩涂板平板的起泡等级与基板种类也有着明显的关系(图1)。经过对家电彩涂板盐雾试验大量数据的总结和分析,从起泡等级的发生概率看,锌层厚度最高的热镀锌基板彩涂家电钢板在盐雾试验后的起泡等级最低,耐蚀性最高。2.2现行试验结果图2、3为某灰色彩涂板在不同实验室采用盐雾试验和循环腐蚀试验进行的耐蚀性评价结果(240h)。该样板采用热镀锌基板(镀锌量为60/60g/m2),进行环保预处理,采用环保底漆和面漆生产,产品用途为空调室外机面板。试验结果表明,不同实验室对相同条件样板的盐雾试验结果在评价划线腐蚀宽度上是一致的。从循环腐蚀试验(CCT)结果可以看出,其划线腐蚀蔓延宽度大于盐雾试验中的腐蚀蔓延宽度,因此可以说CCT试验方法在评价划线腐蚀上更为苛刻一些。3个试验结果虽然有一定的差异,但是在评价3种样板的耐蚀性趋势上是一致的。虽然有较多的人认为环保产品的耐蚀性低于非环保产品,但是采用盐雾试验方法对彩涂产品的划线腐蚀蔓延宽度进行的大量检测(图4)表明,我们开发的环保彩涂家电钢板的划线腐蚀蔓延平均宽度小于其他非环保彩涂家电钢板的宽度,这可能与开发环保家电产品时非常注重提高涂层、预处理、基板之间的结合力有关。从图中也可以看出,素色漆产品在耐划线腐蚀能力上优于金属漆(涂料中添加铝粉等作为颜料)产品。2.3彩涂钢板配方的改进试验彩涂钢板在制作家电产品外壳时,均需要定尺剪切,因此切口处的钢基板没有镀层和涂层的覆盖,是腐蚀易发之处;而对于金属漆产品来说,由于面漆中的主要颜料为铝粉,与普通素色漆相比对切口的保护作用更弱。如何从镀层和涂层的角度提高对切口的保护能力呢?我们以某银色彩涂钢板为例,从镀层厚度、涂料种类、涂层厚度等方面进行了研究。图5为采用20/20、30/30、60/60g/m2镀锌基板,实验室制备彩涂样板的盐雾试验边部切口腐蚀的情况。从图中可以看出,随着镀锌量的提高,产品边部腐蚀蔓延宽度减少。从提高底漆厚度或者面漆厚度的角度,观察漆膜厚度对彩涂钢板切口腐蚀的影响。从试验结果看(图6、7),虽然采用正常的底漆膜厚或提高面漆膜厚对降低样板切口的腐蚀蔓延宽度有效,但是与镀锌量增加对腐蚀蔓延宽度的影响相比小得多。同样的结果也表现在改进底漆和面漆的试验中(见表1),虽然改进底漆或者面漆对提高产品的耐切口腐蚀性能有所提高,但是改变幅度大约只有26%,而基板镀锌量从20/20g/m2提高到60/60g/m2,使切口腐蚀蔓延宽度降低了约84%。这说明在改进金属漆系列彩涂钢板耐切口腐蚀能力方面,提高基板镀锌量是最行之有效的措施。2.4折弯时彩涂钢板的耐蚀性能目前大部分家电产品外壳在钢板加工后采用喷涂方式完成表面涂层处理,由于是后喷涂,涂层不会出现因折弯造成的裂纹缺陷。但是彩涂板制作家电产品外壳是先涂装再加工,当折弯角度较大时,涂层会出现轻微的裂纹。裂纹出现后,彩涂板的耐蚀性也会受到相应的影响。我们对折弯之后的部分家电彩涂板进行了盐雾试验,以期研究折弯后彩涂板的耐蚀性能。图8、9为采用电镀锌基板不同颜色产品折弯后盐雾试验的结果。同样是电镀锌基板的彩涂产品,由于涂层的差异,在折弯后钢板的耐蚀性方面也存在差异。由此可以推测:折弯后彩涂钢板的耐蚀性能可能与涂层折弯后裂纹程度以及涂层与基板的附着力相关。为比较不同基板的家电彩涂钢板在折弯后耐蚀性能的差异,采用冷轧基板、电镀锌基板(20/20g/m2)和热镀锌基板(60/60g/m2)彩涂家电钢板进行了折弯后盐雾对比试验,试验结果如图10所示。随着试验时间的延长,冷轧基板彩涂家电钢板折弯处红锈面积逐步扩大,电镀锌基板彩涂家电钢板在试验时间为400h时,折弯处开始出现了红锈,而热镀锌基板彩涂家电钢板在盐雾试验400h后,折弯处仍然未出现明显的红锈痕迹。由此可见,热镀锌基板彩涂家电钢板在折弯后钢板耐蚀性最佳,这当然也和此热镀锌基板良好的镀层结合力以及折弯后裂纹程度较轻有关。2.5冲杯或杯突试验作为冲压用途的彩涂家电钢板,不仅需要基板本身具备良好的延伸率,涂层本身也需要有良好的延伸率,且能和基板附着力良好。在冲压过程中,涂层随着钢板延伸而延伸,延伸部位的涂层会相应减薄,对此部位的钢板耐蚀性存在较大的影响。考察此部位的耐蚀性可以采用冲杯或者杯突试样进行盐雾试验的方法。本文列出了采用冲杯方式考察冲杯力、冲杯深度、基板镀锌量等对黑色彩涂家电钢板耐蚀性能的影响。图11为相同冲杯深度下,在不同冲杯力时获得的冲杯进行72h盐雾试验后的图片。从图片可以看出,随着冲杯力的增加,盐雾试验后,边部涂层翘起的程度明显增加。但是在涂层延伸较为严重的部位(弧度弯折处)并未出现明显的锈蚀。图12为相同冲杯力下,不同冲杯深度试样的盐雾试验结果对比。试验结果表明,随着冲杯深度的增加,冲杯边部涂层腐蚀蔓延宽度也在增加。3复合彩涂钢板的耐蚀性通过对家电彩涂板平板、