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，因為它決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)省投資費用。
3.5 后處理
當(dāng)涂層較厚時，會因為涂層固化前不易流平或工件形狀的原因造成甩干時涂膜不均勻。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
4.1 耐高溫
鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層是由重疊在一起的獨立鋅片、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，未鈍化過的鍍鋅層，在鹽霧試驗時一般 10 h 腐蝕掉 1 μm ；厚度為 3 μm 的彩虹色鈍化膜，經(jīng) 200 h 鹽霧試驗被蝕穿。鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層在經(jīng)過了 100 h 的鹽霧試驗后，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，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)計分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)銹點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。經(jīng)對比，結(jié)論是工件在運輸過程中，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)運輸?shù)墓ぜ谧鼷}霧試驗時，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。
