文/江丽
徐州重型机械有限公司
摘要：通过对抛丸后喷漆、脱脂磷化后喷粉、脱脂磷化后电泳等不同涂层工艺的耐盐雾、色差等性能验证分析，指出了ISO12944—2017中C3大气腐蚀级别、5~15a中等耐久性年限的不同工艺的涂层配套要求。为行业涂装工艺设计提供参考意义，确保涂装工艺涂层质量的可靠性，切实满足客户对涂装外观防护的要求。
关键词：大气腐蚀级别、耐久性、涂装工艺设计、涂层耐盐雾性能
Design of Coating System for Construction Machinery
Jiang Li
(Xuzhou Heavy Machinery Co., Ltd., Xuzhou, Jiangsu 221004, China)
Abstract:The salt spray resistance, color difference and other properties of film via different coating process are investigated. The requirements of coating system are pointed out according to requirements of ISO 12944. These requirements are useful for modification of the coating process in practical engineering projects and enable good film appearance and coating quality as required by customers.
Keywords：atmospheric corrosion grade; durability; coating process design; coating salt spray resistance
0 引言
目前行业内大多厂家的涂装工艺设计只是根据经验或行业借鉴，各个厂家涂料涂层体系及涂料质量都有一定的差异性。随着涂料行业不断发展，涂料性能也在不断提升，单凭经验或相互借鉴，缺乏对涂料涂层体系最真实、系统的性能验证，或导致涂层涂装后不能满足客户要求的外观防护需求，或导致实际涂装标准远高于客户的需求而带来成本压力，这样均不利于公司的发展。本文介绍了依据大气腐蚀级别、防腐耐久性年限，如何科学地设计并验证满足客户需求的涂料、涂层配套体系。
1 零部件防腐设计依据
零部件防腐蚀应依据产品所处的大气腐蚀环境及其需服役的年限（耐久性年限）进行设计。
涂装防护工艺设计者在选定防护涂料体系及零部件涂装工艺时，首先也要考虑部件服役期间所处的腐蚀环境级别、气候类型及产品设计规定的耐久性年限。以此为涂装工艺设计前提，选择耐腐蚀性能适宜的防护涂料体系及涂装工艺。
1.1 大气腐蚀环境级别
依据ISO 12944-2017，大气环境一般被分为C1很低（空气洁净）、C2低（低污染水平的大气，大部分是乡村地带)、C3（城市和工业大气，中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域）、C4（中等含盐度的工业区和沿海区域）、C5-I很高（高湿度和恶劣大气的工业区域）、C5-M 很高（高含盐度的沿海和海上区域）6类大气腐蚀性级别。工程机械产品所处的大气环境一般为C3及以上，大部分产品都处于C3环境，部分产品处于C4或C4以上。
1.2 涂层的耐久性年限
一般情况下涂层体系提供的有效保护期比结构件的服役期要短。依据ISO 12944-2—2017，涂层的耐久性范围分3种：低（L）2~5 a；中等（M）5~15a；高（H）15a以上。依据工程机械产品的使用年限，一般工程机械产品涂层防护年限为中等（M）5~15a。
1.3 设计涂层的耐盐雾性能要求
依据ISO12944-6—2018 ，设计钢铁基材上的涂层时应考虑其涂层体系的耐盐雾性能满足表1要求。
1.4 工程机械产品一般防护需求
工程机械常规产品一般处于大气腐蚀环境C3（中）级别。根据工程机械产品的使用年限，涂装防护工艺设计按照中等（M）5~15a耐久性作为主要参考年限，涂层的耐盐雾性能需满足NSS≥240h。
2 基于钢材腐蚀保护的涂装工艺设计
根据零部件（涂装件）的不同类型、外观装饰性质量要求、大气腐蚀环境级别，设计者应依据涂装现场施工可行性、有效性和经济性的原则，综合选择满足零部件涂层耐久性的前处理工艺和涂层防护工艺方案。
2.1 确定腐蚀级别、外观耐久性要求
确定钢结构所处的腐蚀环境（大气候）属于哪种等级（参见ISO 12944-2—2017），并确定是否有一些特殊情况（小环境）存在而导致钢结构处在更高级别腐蚀环境。确定客户对产品的外观耐久性需求，一般不作特别说明，外观耐久性均按照中等（M）5~15a设计。
2.2 选择涂装工艺
根据钢铁基材零部件结构形状、制造工艺路线和涂装质量标准等要求，在产能负荷满足要求的前提下，考虑专线专用的原则，建议几种零部件典型涂装工艺方案设计如下：
驾驶室、操纵室A+类外观覆盖件，选用2C2B或3C2B涂装体系,即电泳底漆+面漆（或中涂+面漆）。前处理采用脱脂硅烷处理工艺；
覆盖件组一般为冷轧钢板或镀锌钢板，外观覆盖件可选用防腐、耐老化性能均较优秀的单涂层聚酯粉末工艺。前处理采用脱脂磷化或脱脂硅烷处理工艺；
中大型结构件组，一般为热轧钢板，表面有氧化皮等，并常带空腔结构，涂层需要耐候性和一定的外观装饰性。涂装工艺可选用两涂层（底漆+面漆）工艺，前处理采用除油+抛丸处理；
管状件、中小金属件组，可采用静电粉末涂装工艺。前处理采用抛丸+脱脂硅烷处理；
港机和海洋平台钢结构组，按重防腐涂装标准（双组份环氧富锌底漆+环氧云铁中涂+聚氨酯面漆涂层体系）执行。前处理采用除油+抛丸处理[1]；
值得注意的是，目前环保政策日趋严格，建议涂料选用低VOC型涂料（如水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料），低温固化型涂料。
3 工艺涂层设计
本节重点介绍对于需服役于C3大气腐蚀环境下，达到5~15a中等耐久性设计年限的产品，耐中性盐雾性能须达到NSS≥240h的零部件钢材表面涂装工艺涂层设计流程。其他不同防腐需求依据表1中耐盐雾性能要求设计验证。
3.1 确定涂料体系
工程机械可选用的防护涂料体系主要包括：双组分环氧底漆与双组分聚氨酯面漆配套体系；聚酯粉末涂料体系；阴极电泳底漆与氨基烤漆配套体系等。
3.2 确定涂装前处理工艺
零部件涂装前处理工艺的选择需遵循环保、适用于现场的工艺原则，对于带可见缺陷的工件在涂装前应进行非常彻底处理，达到P3等级，即表面无重大可见缺陷。大型结构件一般采用抛丸前处理，薄板件、小件前处理采用脱脂磷化或脱脂硅烷处理工艺。
3.3 验证涂层耐盐雾性能
3.3.1 抛丸后喷漆试板耐中性盐雾试验
依据表2中品牌A涂料的4种现场工艺方案试板耐腐蚀性能检测结果可知，双组分环氧底漆+双组分聚氨酯面漆涂层配套工艺2、3、4要明显优于涂层配套工艺1，前3个配套工艺NSS≥240h，满足C3腐蚀环境下5~15a中等耐久性年限设计要求，满足零部件漆膜防腐性能的要求。根据经济性原则，采用品牌A涂料，建议涂层体系设计为双组分环氧底漆50~70μm+双组分聚氨酯面漆40~60μm。
3.3.2 脱脂磷化粉末喷涂试板耐中性盐雾试验
依据表3中品牌B聚酯粉末的3种现场工艺方案试板（前处理采用脱脂磷化工艺）耐腐蚀性能检测结果可知，采用脱脂磷化前处理、喷粉工艺的工件，总涂膜厚度≥80μm，喷粉件NSS≥240h，满足C3腐蚀环境下5~15a中等耐久性年限设计要求。根据经济性原则，采用品牌B聚酯粉末，建议涂层体系设计为聚酯粉末80~100μm。
3.3.3 脱脂磷化电泳底漆试板耐中性盐雾试验
品牌C阴极电泳漆试验试板，采用脱脂磷化工艺，电泳漆厚度≥20μm，电泳工艺件漆膜耐盐雾性能NSS≥480h，满足C3腐蚀环境下5~15a中等耐久性年限设计要求，满足零部件漆膜防腐性能的要求。
电泳底漆后面漆膜厚设计要求：依据表4，经试验验证，颜色遮盖力相对较弱的面漆厚度需达到40μm，基本满足漆膜色差一致性；颜色遮盖力较强的面漆，其厚度达到30μm，基本满足漆膜色差一致性。
根据经济性原则，采用品牌C阴极电泳底漆与品牌C氨基烘漆涂料，建议遮盖力相对较弱的颜色涂层体系设计为阴极电泳底漆≥20m+面漆40~60μm；遮盖力相对较强的颜色涂层体系设计为阴极电泳底漆≥20μm+面漆30~50μm。
4 结语
（1）中大型结构件，优先选择抛丸前处理、喷漆工艺，采用品牌A 涂料，建议涂层体系设计为底漆50~70μm+面漆40~60μm，可满足涂层外观要求；
（2）管类件、小型结构件、薄板类件，优先选择脱脂磷化前处理、喷粉工艺，采用品牌B聚酯类粉末，建议涂层体系设计为聚酯粉末80~100μm，可满足涂层外观要求；
（3）驾驶室等高外观薄板件，优先选择脱脂磷化前处理、阴极电泳底漆+氨基烘漆工艺，采用品牌C阴极电泳底漆与品牌C氨基烘漆涂料，建议遮盖力相对较弱的颜色涂层体系设计为阴极电泳底漆≥20μm+面漆40~60μm；遮盖力相对较强的颜色涂层体系设计为阴极电泳底漆≥20μm+面漆30~50μm，可满足涂层外观要求。
参考文献：
[1] 王锡春. 涂装车间设计手册[M]. 第二版, 北京：化学工业出版社，2013.
本文转载自《涂层与防护》2022年5月第43卷第5期
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