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(guó)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(guó)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(kāi)始大量使用,并獲得了極高的評(píng)價(jià)。達(dá)克羅技術(shù)是當(dāng)今國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)脫脂 - 拋丸 - 涂復(fù) - 固化 - 冷卻 - 成品的工藝過(guò)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(guò)程中,揮發(fā)的物質(zhì)幾乎全部是經(jīng)過(guò)氣化的水分,沒(méi)有任何污染和公害。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)的大洋公司。 20 世紀(jì) 70 年代日本的 NDS 公司從美國(guó)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(guó)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(guó)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(shí)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(zhǎng),目前全國(guó)已達(dá)到 60 多條,這一發(fā)展勢(shì)頭還將繼續(xù)下去。
現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的達(dá)克羅涂料可分為兩個(gè)基本的類型:含鉻達(dá)克羅涂液和無(wú)鉻達(dá)克羅涂液。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上流行的是含鉻的達(dá)克羅涂液,在國(guó)外,隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),無(wú)鉻化已成為一種趨勢(shì),無(wú)鉻化涂料已開(kāi)始逐步流行。在日本,有無(wú)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。
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(shí),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(shí),依靠鋅鉻膜(達(dá)克羅)母液中的高價(jià)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(wú)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(wú)法與之相比)該涂層在腐蝕環(huán)境下,會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)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(shí)間后,達(dá)克羅溶液中的 Cr +6 被還原成 Cr +3 ,生成無(wú)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。
3.1 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(guò)前處理的零件表面要求能夠被水完全浸潤(rùn)。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(lái)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(shí)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(shí),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(shí)應(yīng)該正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)各兩次,每次 10 ~ 20 s 。對(duì)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(guò)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(lái)確定工件的加入量、甩液機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)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(shí)達(dá)克羅液的粘度要適當(dāng)?shù)慕档?。由于噴涂時(shí),從噴槍出來(lái)的涂液呈圓形,所以噴槍與工件的距離、槍的移動(dòng)速度、空氣的壓力、噴槍的單位時(shí)間內(nèi)的噴涂量等最佳工藝參數(shù),都須通過(guò)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(duì)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(duì)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(shí)間 25~40 min 。
固化分為兩個(gè)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(guò)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(shí)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(guò)高或過(guò)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(duì)固化好的工件進(jìn)行強(qiáng)冷,以縮短冷卻的時(shí)間,減小固化爐的長(zhǎng)度,節(jié)省投資費(fèi)用。
3.5 后處理
當(dāng)涂層較厚時(shí),會(huì)因?yàn)橥繉庸袒安灰琢髌交蚬ぜ螤畹脑蛟斐伤Ω蓵r(shí)涂膜不均勻。固化后出現(xiàn)外觀粗糙、粉化的現(xiàn)象。這時(shí)需要對(duì)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。
4.1 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(zhǎng)時(shí)間處于高溫下,外觀也不會(huì)變色,耐熱腐蝕性極好。經(jīng)試驗(yàn),未鈍化過(guò)的鍍鋅層,在鹽霧試驗(yàn)時(shí)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(guò)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(guò)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(guò)程中不進(jìn)行任何酸處理、也不存在電鍍時(shí)的滲氫問(wèn)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(huì)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(shí)由于酸、堿、鹽的使用,多少總有三廢的排放問(wèn)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(shí),不存在傳統(tǒng)電鍍工藝過(guò)程中產(chǎn)生的酸、堿、含鉻等重金屬的污水問(wèn)題,產(chǎn)生的僅僅是從涂層中蒸發(fā)出來(lái)的水汽,經(jīng)測(cè)定,不含國(guó)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(duì)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(wèn)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(guò)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(duì)于大多數(shù)液體涂料來(lái)說(shuō),要求使用笨重的防毒面具。
涂覆過(guò)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(guò)程,沒(méi)發(fā)現(xiàn)明顯的不足之處,經(jīng)過(guò)對(duì)大量出現(xiàn)問(wèn)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(huì)出現(xiàn)銹點(diǎn)。經(jīng)對(duì)比,結(jié)論是工件在運(yùn)輸過(guò)程中,由于振動(dòng)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(shí),其尖角處的耐蝕性仍是很好。
為了解決這一問(wèn)題,主要還是從涂層的完整性方面去動(dòng)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(duì)于一般的用戶是無(wú)法做到的,對(duì)于鋅鉻膜(達(dá)克羅)涂料供應(yīng)商來(lái)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(guò)程中的完整性??刹捎玫耐繉硬簧?,經(jīng)過(guò)篩選,我們使用了水性防腐封閉劑,其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)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(wèn)題。