第3章 涂装前表面预处理
3.1 表面预处理基础知识
3.1.1 表面预处理包括哪些内容？
涂装前表面预处理主要包括以下三个方面内容。
1）从被涂物表面清除各种污物，以保证涂层具有优良的防腐蚀性能，确保涂层与被涂物表面具有良好的附着力。被涂工件表面污物可分为无机污物和有机污物两大类。前者包括氧化皮、锈蚀产物、焊渣、灰尘、各种盐分、水等，后者主要是旧的有机涂层和各种油污。污物的处理方法主要是脱脂、除尘、除锈、清除旧涂膜等。
2）对经清洗处理过的工件表面进行各种化学处理，以提高涂膜的附着力和耐腐蚀性。如对钢铁制件在涂装前进行磷化处理，对铝制品在涂装前进行氧化处理，对需要涂装的塑料、橡胶等制件进行涂装前化学、火焰、等离子等各种处理等。
3）采用机械方法消除被涂物的机械加工缺陷和创造涂漆所需的表面粗糙度。如用锤平的方法平整钢板表面凸凹不平的缺陷，锉掉毛刺等；对木材表面进行打磨、抛光处理等。
3.1.2 为什么要进行表面预处理？
1.保证和提高涂层的防护性能
由于钢铁涂层表面有微孔存在，所以海水仍可缓慢穿过涂膜产生电化学腐蚀。此时，含涂膜部分成为阴极，不含涂膜部分成为阳极而发生电化学腐蚀，生成FeO和H2，并进一步变成Fe3O4和Fe2O3。Fe3O4和Fe2O3的体积比Fe大得多，所以导致涂膜鼓起、涂膜被破坏。正常情况下，在涂膜未损坏或失效时，这一过程十分缓慢。
当涂层下存在未除尽的氧化皮、锈蚀物时，由于氧化皮和锈蚀物的电极电位比钢铁约高0.15～0.26V，成为阴极，而钢铁本身为阳极发生腐蚀。根据未除尽锈蚀含量的多少，腐蚀速度不同程度地加快。
2.增强涂层对物体表面的附着力
当物体表面存在油、水时，由于油、水与涂料相容性差，难以形成连续涂层，即使形成连续涂层，其涂层附着力也大大降低，使涂层过早脱落。当物体表面有灰尘时，轻者使涂层产生麻点，重者更会形成腐蚀中心，缩短涂层寿命；当物体表面存在氧化皮、锈蚀和失效旧涂膜时，会造成涂层与物体表面附着不良。因此，表面预处理的第二个作用是增强涂层对物体表面的附着力，同时为建立一个光滑、平整、美观的涂层做好必要的准备，为涂膜创造良好的基底。
3.创造合适的表面粗糙度
涂层附着在物体表面主要是依靠涂料中的极性分子与底材表面分子间的相互吸引力。钢铁在喷砂处理后，会使表面变粗糙，随着表面粗糙度值增大，表面积也显著增加，单位面积上涂层与钢铁表面的引力也成倍增大，同时还为涂层附着提供了合适的表面形状，增加了机械齿合作用，对涂层附着十分有利。但表面过于粗糙，也会带来不利影响。与光滑表面相比，使用相同的涂料量，其涂层厚度要小得多，尤其是在波峰处，涂层厚度往往不足，造成涂层过早被破坏。此外，表面粗糙度值过大还会在涂装时截留空气，造成涂层过早起泡、脱落。所以表面粗糙度直接影响涂层与底材的附着力和涂层厚度分布。
4.增强涂层与底材的配套性和相容性
表面预处理除了除锈等清洁工作外，还可包括金属表面的化学转化，主要是氧化、磷化、钝化等，经化学转化后的表面能够形成类似喷砂后具有一定表面粗糙度的结构，扩大涂层与底材表面的接触面积和附着力，提供一个与涂层和底材结合的新界面，增强涂层与底材相容性，这一点对于难以直接进行涂装的底材更有意义。同时，经处理后的表面增加了一层防护层，也提高了总体的防护性能。
3.1.3 涂装前表面脱脂的方法及其特点？
（1）溶剂脱脂法 主要采用三氯乙烯蒸气脱脂。蒸气有毒性，需在专用的封所设备中进行。一般多与磷化配合，在脱脂的同时，形成铁盐鳞化膜，形成磷化膜的耐蚀性稍优于水剂铁盐法，另外不需要冲洗水，节省水资源。
（2）水剂脱脂法 该清洗剂使用成本低，脱脂能力大，高效经济，适合于流水线使用。另外可借助超声波大大提高清洗效率。
（3）乳液脱脂法 去污力强，脱脂时间短，但脱脂后有一层疏水膜。用于重油污和工序间清洗，也可用于预清洗。
（4）电解脱脂法 设备投入大，洗后表面活性高，在涂装预处理方面不适用。
3.1.4 涂装前表面除锈的方法及其特点？
（1）酸洗除锈 处理费用低，效率高，但产生较多酸雾，对车间设备损害大；对材料溶解损失大；残留酸易使材料表面产生铁锈现象。生产线上的除锈和活化主要采用该方法。
（2）电解除锈 可得到平整、光精的表面，适合在对材料有精度要求时采用。
（3）碱液除锈 成本高，效率低，一般很少采用。
（4）手工除锈 采用钢丝剥、砂布、电动磨具手工作业，用于清理少量、局部的表面锈蚀产物，但除锈不彻底。
（5）机械除锈 采用喷砂、抛丸进行，适合于大批量作业、铸件型砂和重锈的清理，除锈较彻底。
3.1.5 涂装前表面化学覆膜的方法及其特点？
（1）磷化处理 主要用于钢铁、镀锌板的涂装前化学覆膜处理，形成的磷酸盐转化膜有阴极缓蚀作用，可提高涂层附着力和防护性。
（2）氧化处理 分化学氧化和阳极氧化。阳极氧化主要用于铝合金表面形成氧化膜；铬酸化学氧化可用于锌合金和铝合金表面形成氧化膜。要提高铝合金表面涂层的附着力，主要还是采用化学氧化处理。
3.1.6 涂装前塑料表面处理的方法及其特点？
（1）物理方法 主要是溶剂腐蚀，使材料多孔粗化，处理后必须立即涂装。另外还可通过强碱腐蚀或打磨使表面粗糙。
（2）化学方法 通过铬酸的氧化作用，使表面产生很多的极性基团，涂膜附着力得以提高。
（3）物理化学方法 包括火焰喷射、等离子体处理、紫外线照射、电晕处理等，使材料表面降解粗化并产生极性基团。
3.1.7 各种涂装表面预处理方法有何优缺点？
各种涂装表面预处理方法的优缺点见表3-1。
表3-1 各种涂装表面预处理方法的优缺点
3.1.8 怎样选择涂装前表面预处理方法？
由于涂装前表面处理剂品种多，不同表面处理剂的处理方式也各种各样，使得表面处理工艺复杂化。因此，实际生产时，表面处理方法的选择应考虑以下几个方面：
1）材质，指材料的类别和成分。
2）材料表面状态（工件的结构、形状和表面状态及污物的成分和性质等）。对同种材料，不同油污种类和锈蚀程度的表面状态，采用的处理剂要有针对性；物品的形状不一样，可采取的工艺方式也不一样。
3）涂层质量要求（依应用环境条件而定）。钢铁材料主要是提高其耐蚀性，而锌合金、铝合金、塑料主要是为了提高涂膜附着力等。
4）表面处理的技术经济性等。
5）环境保护的要求。
同时在处理时，表面预处理的质量等级应与涂层品质相一致。如果表面预处理质量太低，涂层品质达不到预期要求；如果质量等级太高，就影响到表面预处理的技术经济性。
3.1.9 涂装前表面预处理方法与材质的配套如何选择？
涂装前表面预处理方法与材质的配套选择见表3-2。
表3-2 涂装前表面预处理方法与材质的配套选择
① 铁系磷化适用于仪表、家具、农机、彩色钢板和粉末喷涂的磷化处理，常用喷淋的方式；锌钙系适合于轻工产品的磷化处理，结晶较细，成膜快；锌盐适合与各类涂层配套，但磷化膜不宜太厚（＜3μm）；电泳涂装应采用低锌磷化剂和浸渍工艺方式。
② 铝合金的化学覆膜处理以铬酸氧化应用多，磷化处理工艺操作性差。
③ 塑料表面脱膜剂用水基清洗剂难除掉，可采用溶剂擦洗或水砂纸打磨。
3.1.10 钢铁工件表面的主要污物是什么？
钢铁工件表面主要污物的类型、组成及对涂层性能的影响见表3-3。
表3-3 钢铁工件表面的主要污物类型、组成及对涂层性能的影响
（续）
