水性锈转化涂料在叉车涂装前处理上的应用

胡星晔*，谢志强

（1.福建船政交通职业学院，福建 福州 350007；2.厦门托唯机电有限公司，福建 厦门 361000）

水性锈转化涂料在叉车涂装前处理上的应用

胡星晔1,*，谢志强2

（1.福建船政交通职业学院，福建 福州 350007；2.厦门托唯机电有限公司，福建 厦门 361000）

分别采用传统前处理工艺(抛丸+酸洗+磷化)和转化型水性带锈涂料(锈转化涂料)对某公司叉车零部件基材进行前处理，并喷涂了相同的涂层(环氧底漆+聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆+丙烯酸聚氨酯清漆)，考察了所得试板的耐蚀性、附着力、耐冲击性和柔韧性。结果表明，以改性苯丙乳液作为主要成膜物质，磷酸-丹宁酸为转锈剂的锈转化涂料处理的试板的耐蚀性与机械性能均好于传统前处理所制试板，且使用更方便，省时省工，节能环保，经济效益更好，可替代一般叉车产品涂装工艺中的除锈前处理。

水性带锈涂料；锈转化；前处理；耐蚀性，附着力

First-author’s address:Fujian Institute of Transportation Technical, Fuzhou 350007, China

钢铁的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分，对外观质量起着决定性的作用。据统计，我国每年由于金属腐蚀而造成的经济损失高达10 ～ 150亿元人民币[1]。作为粗放型工程机械的代表，我国叉车产品的外观质量一直远不如其他机械设备，大多数国内叉车油漆层的丰满度、平整度、光泽度及附着力偏低，镀层和转化膜的质量欠佳，尤其是在重腐蚀环境(酸雾、高温等)中的耐蚀性差，在使用一段时间后易出现锈渍、油漆层起泡、剥落、变色、失光等问题。随着市场对叉车性能要求的日益提高，各大叉车厂对涂装工艺，特别是防锈处理日趋重视。

叉车的涂装工序主要包括前处理→底漆喷涂→烘干→刮腻子→烘干→打磨→喷面漆→烘干→强冷→下件。在喷漆之前，首先要对表面进行除锈，以提高漆膜的附着力和防锈性。这一工序十分关键，通常可占到涂装总造价的30% ～ 40%。目前国内常用的前处理方法有酸洗、抛丸喷砂、磷化等，其中抛丸喷砂主要应用于厚板结构件和铸件，如内外门架、车架、配重、液压缸等。发动机罩、仪表架等薄板结构件采用喷丸处理易造成变形，多采用中温磷化处理。但是，在调查某公司叉车前处理工艺时发现，采用抛丸喷砂进行前处理，粉尘和噪声污染较严重，且无法彻底清除复杂作业面死角(如车架油箱的内表面边角)的锈蚀，此外还会造成钢结构减薄、强度降低等问题。虽然磷化膜在大气中耐蚀性较好，还能有效提高涂层的附着力，但工艺控制比喷丸复杂得多，所使用的镍、锰等重金属和磷酸盐等均为有毒或严重污染物质，磷化前后与过程中的污染问题尚未得到根本解决。为探索更经济环保的前处理方式，同时也能提高零部件的耐蚀性及其涂层附着力，本文探讨了转化型水性带锈涂料(锈转化涂料)在某公司叉车前处理上的应用，为其在工厂的应用提供参考。

1 水性锈转化涂料介绍

锈转化涂料能充分浸润、渗透整个疏松多孔的锈层，使铁锈黏结成连续的封闭涂层，并能钝化、转化锈层中活泼有害的铁的化合物，使其变成稳定的无害填料，充分提高漆膜的耐蚀性[2]。本文所用水性锈转化涂料的配方见表1。其中，成膜物质为改性苯丙乳液，作为绝缘性好的高分子有机化合物，其高电阻阻碍了阳极与溶液间的离子移动，起到了在腐蚀电池的溶液相中介入高电阻的效应，降低了腐蚀速率，且耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好。锈转化剂则采用磷酸-丹宁酸复合体系[m(磷酸)∶m(丹宁酸) = 7∶1，磷酸由山东振华提供，丹宁酸由四川乐山洪波林化制品提供]，避免了传统的红丹、含铬以及亚铁氰化钾体系涂料对环境和生产安全的威胁[3]。在磷酸的存在下，丹宁酸易与钢铁表面及锈层中的 Fe3+发生配位反应，生成稳定的丹宁酸铁螯合物和磷酸铁保护膜。这种致密的钝化膜不溶于水，硬度高，附着力优异，表现出卓越的防锈性能。有机胺类稳定剂能有效增强涂料的贮存稳定性，不易出现分层现象。渗透剂采用多元醇膦酸酯，对锈层具有良好的浸润作用，有助于涂料把铁锈分离并包围在涂层中，从而阻止锈蚀发展。强氧化剂钼酸钠能充分与锈转化剂反应，且无毒无味，环保性能良好。该锈转化涂料性质稳定，室温下可贮存一年以上不变质，具有环保、节能、生产成本低等优点。

表1 水性锈转化涂料配方Table 1 Formulation of the waterborne rust conversion coating

2 锈转化涂料的应用

2. 1 锈转化涂料的制备

将渗透剂和助剂加入全部去离子水中，升温至60 ～ 80 °C；再加入润湿剂，放入SFJ-400型砂磨/分散/搅拌多用机中高速分散，控制转速1 000 ～ 1 500 r/min分散15 min；随后调整转速至800 ～ 900 r/min，加入消泡剂、稳定剂、防腐剂和锈转化剂，再搅拌30 min左右，冷却至20 ～ 30 °C；然后加入高分子聚合乳液，将转速调至500 ～ 800 r/min，10 ～ 20 min后用80目滤网过滤出料。

涂料及涂膜的主要性能参考指标如表2所示。目测涂料外观，依据GB/T 1723-1993《涂料粘度测定法》检查黏度，其余指标均按GB/T l728-1979(1989)《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测定。

表2 锈转化涂料主要性能指标Table 2 Main technical indexes of the rust conversion coating

2. 2 试验样板制备

底材为某公司叉车零部件的测试样板，材质均为A3钢，分别采用喷丸、酸洗、磷化及锈转化涂料进行前处理。

2. 2. 1 对基材的处理

传统的前处理工艺(酸洗、磷化等)要求完全除锈，而本文所用锈转化涂料可在带锈或有少量油污或潮湿的钢铁表面上直接刷涂施工(漆膜未干前应避免淋雨水)。所谓带锈是指表面允许少量的铁锈存在，但不意味着不进行任何除锈处理。具体来说，就是要除去浮锈(疏松锈或鳞片状锈)、油污、杂质以及氧化皮，使锈层厚度不超过50 ～ 60 μm。即便如此，这种基材处理与传统的彻底除锈相比，仍将节省除锈工时70% ～ 80%[4]。

2. 2. 2 用不同前处理方法制备样板

表3列出了不同前处理样板的制备方法。由表3可知，酸洗和磷化工艺复杂繁琐，而刷涂锈转化涂料仅需一道工序，大大提高了施工效率。

表3 不同前处理工艺样板的制备Table 3 Preparation of samples treated by different pretreatment processes

3 锈转化涂料工艺的综合评价

3. 1 产品性能

将前处理试板用同样的涂装工艺以空气辅助式喷枪和高压无气喷枪进行喷涂。涂层包括环氧树脂底漆(干膜厚度30 ～ 40 μm)、聚氨酯中涂漆(干膜厚度50 ～ 60 μm)、聚氨酯面漆(干膜厚度40 ～ 60 μm)和双组分丙烯酸聚氨酯清漆(干膜厚度30 ～ 40 μm)，漆膜总厚度为120 ～ 160 μm。

3. 1. 1 耐蚀性

根据GB/T 1771-2007《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》，在(35 ± 2) °C下，用(50 ± 5) g/L，pH 6.2 ～ 7.2的NaCl溶液连续喷雾进行耐腐蚀试验。严格按GB/T 9271-2008《色漆和清漆 标准试板》处理试板，划痕均为透过涂层至底材的直线。公司要求一般零部件的耐盐雾时间为500 h以上。而盐雾试验除了以现象作为判定标准，时间也是判定失效的一大因素，起皱、起泡或扩蚀现象出现得越晚，则漆膜质量越好。

图1显示了经过不同前处理的试板在不同时间的加速耐盐雾试验后的情况。由图1可见，600 h盐雾试验后，只经喷丸前处理的样板，单边扩蚀2 mm，腐蚀较为严重；仅经酸洗前处理的样板，底部有大量气泡产生；经过酸洗和磷化的试样耐蚀性较好，仅有少量斑点；而经锈转化涂料前处理的样板基本无斑点，质量明显优于经酸洗、喷丸以及磷化处理的。比较不同前处理试板在连续喷雾480 h和720 h以后表面的腐蚀程度也可发现，使用锈转化涂料进行前处理的试板的腐蚀情况明显好于其他试板，即使经过720 h盐雾试验，也没有明显的扩蚀。

图1 不同前处理试板经不同时间的盐雾试验后的照片Figure 1 Photos showing the samples treated by different pretreatment processes after salt spray test for different time

上述情况表明，转化型带锈防腐涂层在金属表面形成的转化膜与传统磷化膜相比，耐蚀性要提高很多，这主要是因为它在金属表面除了能形成磷化膜外，还能形成有机酸与金属离子的钝化膜，二者交错在一起，使转化膜更加致密，所以大大增强了整体耐蚀性。

3. 1. 2 机械性能

根据GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》，测试了不同前处理试板经过480 h盐雾试验后的附着力；按GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》，在(23 ± 2) °C和相对湿度50% ± 5%条件下，以1 kg重锤在50 cm高度下冲击试板；按GB/T 1731-1993《漆膜柔韧性测定法》测试柔韧性。以上测试的结果见表4。可知经锈转化涂料前处理的试板的机械性能好于传统前处理所得试板。

表4 不同前处理试板的机械性能测试结果Table 4 Mechanical property test results of the samples treated by different pretreatment processes

3. 2 成本

根据《全国统一安装工程预算定额：第十六册——刷油、防腐蚀、绝热工程》(GYD-211-2000)分析了不同前处理工艺的成本，具体见表5。

表5 不同前处理方法的成本分析Table 5 Cost analysis of different pretreatment methods

由表5可知，几种前处理工艺中刷涂锈转化涂料成本最低。这主要是由于手工除锈工作繁重，人工成本高；喷砂工艺需要厂房和大量设备，成本投入大；酸洗磷化处理则需要3 ～ 10道工序，劳动强度大，工作效率低，能耗高，对环境污染严重；而锈转化涂料无需大型设备和大量劳动力，其主要成本仅为材料费，施工便捷，安全环保。

3. 3 配套性

锈转化涂层与后续涂层均有较好的匹配性(如环氧、聚氨酯面漆或中涂漆等)，可配套使用。在漆膜干燥后，将试板浸入5% NaCl溶液中90 d，均未出现咬底、渗色、脱落、起泡等现象。

4 结语

以改性苯丙乳液作为成膜物质，辅以磷酸-丹宁酸锈转化剂可制得锈转化涂料，经其处理的试板的耐蚀性、附着力和耐冲击性均优于传统前处理工艺，可替代一般叉车产品外防腐涂装工艺中的前处理，无毒环保，节约了综合涂装费用，具有良好的经济效益。

[1]曾德方. 新型水性除锈防锈漆的研制[J]. 现代化工, 1996, 16 (1)∶ 32-34.

[2]杨振波, 李运德, 师华. 低表面处理涂料技术现状及发展趋势[J]. 电镀与涂饰, 2009, 28 (1)∶ 61-63.

[3]吴贤官. 带锈涂料及其应用[J]. 涂料涂装与电镀, 2003 (1)∶ 34-36.

[4]杜克敏. 水性带锈涂料的现状[J]. 涂料技术与文摘, 2010, 31 (3)∶ 10-14, 23.

[ 编辑：杜娟娟 ]

Application of waterborne rust conversion coating to painting pretreatment for forklift

HU Xing-ye*, XIE Zhi-qiang

The spare parts of forklift from a company were treated by traditional pretreatment process (shot blasting + pickling + phosphating) and conversion-type water-based rust-tolerant paint (called as waterborne rust conversion coating) respectively, and then sprayed with same coatings, including epoxy primer, polyurethane midcoat, polyurethane topcoat, and acrylic polyurethane overcoat varnish. Their corrosion resistance, adhesion strength, impact strength, and flexibility were examined. The results showed that the corrosion resistance and mechanical properties of the sample treated by rust conversion coating, which is prepared with modified styrene-acrylic emulsion as binder and orthophosphoric-tannic acid as rust converter, are better than that using the traditional pretreatment. The rust conversion coating can substitute the traditional de-rusting pretreatment for common forklift parts, featuring easier use, less cost of labor/time/energy, more environmentally friendly, and greater economic benefit.

water-based rust-tolerant paint; rust conversion; pretreatment; corrosion resistance; adhesion strength

TQ630.7

B

1004 - 227X (2015) 22 - 1303 - 04

2015-07-08

2015-10-20

胡星晔（1981-），女，福建福州人，硕士，讲师，从事机械制造/材料加工成型等教学研究工作。

作者联系方式：(E-mail) jiaoyuanzhuanyong@163.com。