達(dá)克羅涂層技術(shù)
發(fā)布日期：2015-06-12 |
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1 什么是達(dá)克羅
達(dá)克羅是 DACROMET 譯音和縮寫，鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂復(fù)工藝是一種全新的表面處理技術(shù)。在發(fā)達(dá)國家的汽車工業(yè)、土木建筑、電力、化工、海洋工程、家用電器、鐵路、公路、橋梁、地鐵、隧道、造船、軍事工業(yè)等多種領(lǐng)域已得到極為的應(yīng)用。我國隨著該技術(shù)的逐步推廣，已在汽車、電力、錨鏈、公路、海洋工程等方面開始大量使用，并獲得了極高的評價。達(dá)克羅技術(shù)是當(dāng)今國際上金屬表面處理富有代表性的高新技術(shù)。
達(dá)克羅整套工藝設(shè)備采用全過程閉路循環(huán)的涂復(fù)方式，革新了電鍍工藝，杜絕了電鍍過程中產(chǎn)生的酸、堿、鋅、鉻等污水、廢氣的排放及污染源，達(dá)克羅是經(jīng)過脫脂 - 拋丸 - 涂復(fù) - 固化 - 冷卻 - 成品的工藝過程，使加工體形成片狀鋅粉、鋁粉及金屬鉻鹽組成的銀灰色防腐蝕涂層。在金屬表面達(dá)克羅膜層形成過程中，揮發(fā)的物質(zhì)幾乎全部是經(jīng)過氣化的水分，沒有任何污染和公害。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，已得到廣泛應(yīng)用，逐步替代了污染嚴(yán)重的電鍍鋅、電鍍、熱浸鍍鋅、熱噴鋅、機(jī)械鍍鋅、鋅基合金鍍層、氧化、磷化等多種傳統(tǒng)的表面處理工藝，從根本上減少了環(huán)境污染的發(fā)生。
達(dá)克羅發(fā)源于美國的大洋公司。 20 世紀(jì) 70 年代日本的 NDS 公司從美國的 MCII 公司買斷了在亞太地區(qū)的達(dá)克羅技術(shù)使用權(quán)，并迅速在其國內(nèi)發(fā)展了百余條涂覆生產(chǎn)線。 20 世紀(jì) 90 年代初我國引進(jìn)了數(shù)條達(dá)克羅生產(chǎn)線，引進(jìn)的生產(chǎn)線分布在天津、南京和上海，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)，達(dá)克羅這一新工藝受到了業(yè)主的歡迎，近幾年達(dá)克羅涂覆生產(chǎn)線每年以 30% ～ 50% 的速率增長，目前全國已達(dá)到 60 多條，這一發(fā)展勢頭還將繼續(xù)下去。
現(xiàn)在市場上流行的達(dá)克羅涂料可分為兩個基本的類型：含鉻達(dá)克羅涂液和無鉻達(dá)克羅涂液。目前國內(nèi)市場上流行的是含鉻的達(dá)克羅涂液，在國外，隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，無鉻化已成為一種趨勢，無鉻化涂料已開始逐步流行。在日本，有無鉻達(dá)克羅表面處理液 V505 和 V872 出售，其部分性能比有鉻的達(dá)克羅還要好。
2 鋅鉻膜（達(dá)克羅）防腐機(jī)理
鋅鉻膜（達(dá)克羅）液是一種水基處理液，金屬件可以采用浸涂、噴刷或刷涂處理，然后送進(jìn)加熱爐固化，固化溫度在 300 ℃ 左右，經(jīng) 45 ～ 60 min 的烘烤，形成鋅鉻膜（達(dá)克羅），鉻固化時，涂膜中的水分、有機(jī)類（纖維素）物質(zhì)等揮發(fā)分在揮發(fā)的同時，依靠鋅鉻膜（達(dá)克羅）母液中的高價鉻鹽的氧化性，使電極電位負(fù)值較大的單質(zhì)鋅片、鋁片漿與鐵基體反應(yīng)，形成 Fe 、 Zn 、 Al 的鉻鹽化合物無機(jī)涂層。由于膜層是與基體直接后應(yīng)獲得的，所以該防腐層極為致密，（用鍍鋅或浸鋅方法獲得的防腐層無法與之相比）該涂層在腐蝕環(huán)境下，會形成無數(shù)個原電池，即先腐蝕掉電位較負(fù)的 Al 、 Zn 鹽類，直到它們被消耗后才有可能腐蝕至基體本身。
在鋼鐵基金屬表面上，涂覆一層達(dá)克羅溶液 [ 即含有片狀鋅、鋁（鱗片一般尺寸為 0.1 ～ 0.2 × 10 × 15 μm ）、 Cr 2 O 3 及專用有機(jī)物的高分散混合水溶液 ] 、經(jīng) 300 ℃ 左右保溫烘烤一定的時間后，達(dá)克羅溶液中的 Cr +6 被還原成 Cr +3 ，生成無定形的復(fù)合鉻鹽化合物 (nCrO 3 · mCr 2 O 3 ) 。該物質(zhì)覆蓋在母材表面及鋅片、鋁片的表面，將鋅片、鋁片與鋼鐵基材表面緊密地粘結(jié)在一起。鋅片、鋁片間亦被復(fù)合鉻鹽所填塞。冷卻后的金屬表面即被覆蓋上一層很薄的銀灰色的達(dá)克羅特種高防腐涂層。
3 達(dá)克羅的涂覆工藝
3.1 預(yù)處理
（ 1 ）除油
分有機(jī)溶劑 ( 如三氯乙烯等 ) 和堿性溶液除油。經(jīng)過前處理的零件表面要求能夠被水完全浸潤。重油工件一般先采用聯(lián)合清洗機(jī)高壓清洗，或采用二氯甲烷超聲波清洗工藝，再進(jìn)行噴丸處理。油污較少的工件可以省去清洗這步，直接拋丸處理。例如某些標(biāo)準(zhǔn)件，經(jīng)搓絲機(jī)出來后，直接進(jìn)行拋丸，隨后浸達(dá)克羅液，進(jìn)爐固化。
（ 2 ）噴砂、除塵和降溫
拋丸機(jī)使用的鋼丸的直徑范圍為 0.1 ～ 0 .6 mm ，用壓縮空氣除塵，除去的粉塵經(jīng)專門的集粉器收集后集中處理，經(jīng)拋丸除塵后的零件溫度高達(dá) 60 ℃ 左右 , 待降至 20 ℃ 時方可進(jìn)行下道工序。
3.2 達(dá)克羅處理
按涂履方式不同分為浸涂甩干、噴涂、刷涂等幾種方法。在決定選用哪種方式時，首先要考慮的是要覆蓋在工件上的涂層是注重功能性還是裝飾性，還要考慮涂層厚度的控制、生產(chǎn)速度、產(chǎn)品形狀和所要求的質(zhì)量。
（ 1 ）浸涂甩干：適用于標(biāo)準(zhǔn)件和其它小的工件。工件一般要浸液 10 ～ 20 s ，為使 Cr 6+ 在鋼鐵基材上充分形成鈍化膜；離心甩干時應(yīng)該正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)各兩次，每次 10 ～ 20 s 。對于特殊件要用夾具，難甩的零件要用人工輔助，比如用棒在離心筐中攪一下，將筐中的工件的位置變化一下，使積存在角落里的涂液能被順利甩離工件。甩液機(jī)的轉(zhuǎn)速要適當(dāng)，太快太慢都不利，總之是要保證零件上不能有積液、掛液、氣泡、漏涂等。通過多次正反轉(zhuǎn)甩液、多次調(diào)整甩干速度，根據(jù)實(shí)際上的涂覆效果來確定工件的加入量、甩液機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動的時間等工藝參數(shù)。
（ 2 ）噴涂、刷涂：一般用于大件，用于難浸涂、難離心甩干的零件。噴涂的涂層均勻，涂層較厚，結(jié)合力差但光潔度好，抗腐蝕性強(qiáng)但效率低，施工中要注意安全，噴涂時達(dá)克羅液的粘度要適當(dāng)?shù)慕档汀Ｓ捎趪娡繒r，從噴槍出來的涂液呈圓形，所以噴槍與工件的距離、槍的移動速度、空氣的壓力、噴槍的單位時間內(nèi)的噴涂量等最佳工藝參數(shù)，都須通過反復(fù)摸索才能獲得。
3.3 固化
經(jīng)達(dá)克羅液浸漬處理后的工件經(jīng)甩干，放置于不銹鋼網(wǎng)帶輸送帶上，對小的工件，需帶上手套，進(jìn)行人工分理，要求工件間不互相粘連。對于較大的工件，例如地鐵螺栓，須放置在專門的料架上，再將料架放在網(wǎng)帶上入固化爐烘烤固化。固化溫度為 280 ～ 330 ℃，時間 25~40 min 。
固化分為兩個階段：在第一階段中工件吸熱升溫，稱為預(yù)熱，溫度控制在 60 ～ 80 ℃、 10 min 。此階段中須注意升溫不可過急，應(yīng)讓工件緩緩吸熱，讓涂層中的水分逐漸逸出，以避免涂層起泡，產(chǎn)生缺陷。第二階段為涂層的高溫固化，此時固化爐中的溫度一定要控制在工藝要求的范圍內(nèi)，不可過高或過低，因?yàn)樗鼪Q定了涂層在工件上的最終性能。
3.4 冷卻
由于固化的溫度較高，須對固化好的工件進(jìn)行強(qiáng)冷，以縮短冷卻的時間，減小固化爐的長度，節(jié)省投資費(fèi)用。
3.5 后處理
當(dāng)涂層較厚時，會因?yàn)橥繉庸袒安灰琢髌交蚬ぜ螤畹脑蛟斐伤Ω蓵r涂膜不均勻。固化后出現(xiàn)外觀粗糙、粉化的現(xiàn)象。這時需要對工件表面作少許修正，常用的方法是：用優(yōu)質(zhì)的硬毛刷清理工件表面。
4 鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層特點(diǎn)
4.1 耐高溫
鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層是由重疊在一起的獨(dú)立鋅片、鉻酸聚合物單元組成。鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層中的鉻酸聚合物層不含結(jié)晶水，因此在高溫狀態(tài)下的抗腐蝕能力也表現(xiàn)出極佳的品質(zhì)。鋅鉻膜（達(dá)克羅）防腐膜的固化溫度在 300 ℃ 左右，所以工件即使長時間處于高溫下，外觀也不會變色，耐熱腐蝕性極好。經(jīng)試驗(yàn)，未鈍化過的鍍鋅層，在鹽霧試驗(yàn)時一般 10 h 腐蝕掉 1 μm ；厚度為 3 μm 的彩虹色鈍化膜，經(jīng) 200 h 鹽霧試驗(yàn)被蝕穿。鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層在經(jīng)過了 100 h 的鹽霧試驗(yàn)后，才被腐蝕掉 1 μm 。
4.2 高耐蝕
鋅鉻膜（達(dá)克羅）工藝比傳統(tǒng)的表面鍍鋅處理工藝，使工件的耐蝕性提高了 7 ～ 10 倍。鋅鉻膜（達(dá)克羅）液能滲入細(xì)微的空隙處，如幾何形狀復(fù)雜的盲孔等，它的滲透性很好。用它處理過的彈簧，能產(chǎn)生良好的耐腐涂層。它不但可以處理鐵及其合金，還可以處理輕金屬（鋁等）及其合金，適用于鋼鐵、鑄鐵、鋁質(zhì)合金等零部件的表面防腐處理。
氫脆是傳統(tǒng)鍍鋅工藝不能完全克服的弊病。由于工藝特點(diǎn)決定了鋅鉻膜（達(dá)克羅）在處理過程中不進(jìn)行任何酸處理、也不存在電鍍時的滲氫問題，加上涂層在高溫下固化，所以從工藝上保證了鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層不會存在氫脆。這使它可以被應(yīng)用在抗拉強(qiáng)度要求高的高強(qiáng)度零件防腐處理。
4.3 環(huán)保
電鍍等表面處理時由于酸、堿、鹽的使用，多少總有三廢的排放問題存在。鋅鉻膜（達(dá)克羅）工藝采用了閉路循環(huán)的方式，在前處理中，除下的油和粉塵用專門的設(shè)備收集處理；在涂復(fù)、固化時，不存在傳統(tǒng)電鍍工藝過程中產(chǎn)生的酸、堿、含鉻等重金屬的污水問題，產(chǎn)生的僅僅是從涂層中蒸發(fā)出來的水汽，經(jīng)測定，不含國家規(guī)定控制的有害物質(zhì)。
4.4 可再涂裝
鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層呈亞光銀灰色，可以在上面進(jìn)行再涂裝。這一點(diǎn)，滿足了那些對外觀質(zhì)量要求較高的工件的涂復(fù)要求，例如自行車上的緊固件，網(wǎng)籃等，在涂覆了鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層后，還須上一層上光漆。
4.5 安全問題
達(dá)克羅涂料明顯比一般的溶劑涂料安全。溶劑霧氣容易引起火災(zāi)，而且危害工廠工人的健康。達(dá)克羅液是水溶性不燃的，在工件的涂覆和固化過程中，只有少量水蒸汽生成，操作工人帶上口罩防護(hù)即可。而對于大多數(shù)液體涂料來說，要求使用笨重的防毒面具。
5 尖角銹點(diǎn)及處理
涂覆過鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層的工件，從理論上講其耐蝕性要比電鍍鋅好，但在實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，部分標(biāo)準(zhǔn)件在使用不久發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)點(diǎn)蝕，仔細(xì)分析了工件的制作過程，沒發(fā)現(xiàn)明顯的不足之處，經(jīng)過對大量出現(xiàn)問題的工件的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)銹點(diǎn)的位置絕大部分在工件的尖角處，但并不是所有的尖角處均會出現(xiàn)銹點(diǎn)。經(jīng)對比，結(jié)論是工件在運(yùn)輸過程中，由于振動和摩擦，尖角處的涂層最容易被破壞，這也解釋了為什么未經(jīng)運(yùn)輸?shù)墓ぜ谧鼷}霧試驗(yàn)時，其尖角處的耐蝕性仍是很好。
為了解決這一問題，主要還是從涂層的完整性方面去動腦筋。鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層本身的強(qiáng)度并不高，硬度只有 1 H ，為了保持涂層的完整性，一則可以改變涂層的配方，增加塑性，這點(diǎn)對于一般的用戶是無法做到的，對于鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂料供應(yīng)商來講，他輕易也不愿更改配方。另一方法是在鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層之上再加上一層保護(hù)涂層，用以維持涂層在運(yùn)輸過程中的完整性�？刹捎玫耐繉硬簧�，經(jīng)過篩選，我們使用了水性防腐封閉劑，其優(yōu)點(diǎn)是價格低廉，使用后增加成本不多。水性防腐封閉劑的母液，可按 1 ︰ 4 的比例配制成工作液，每公斤涂液可涂覆 10 m 2 左右的面積，并能提高涂層整體防腐性能。另一種可選用的鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層增強(qiáng)涂料是聚四氟乙烯，在工作涂覆了鋅鉻膜（達(dá)克羅）固化后再上一層聚四氟乙烯涂料，然后進(jìn)爐 250 ℃ 下固化，其成本要比水性防腐封閉劑高，但涂覆了聚四氟乙烯的工件，其尖角處的防腐能力得到了很好的保證，圓滿地解決了本問題。
