漆膜顆粒的產生原因及控制措施

毛喆，尹中秋，胡劍鋒，黃紅武，黃天勇

漆膜顆粒的產生原因及控制措施

毛喆1*，尹中秋2，胡劍鋒2，黃紅武1，黃天勇1

（1.航空工業鄭飛公司熱表處理廠，河南 鄭州 450005； 2.空軍裝備部駐鄭州地區軍事代表室，河南 鄭州 450005）

本文針對漆膜顆粒問題，從材料基體、環境、油漆以及施工四個方面對漆膜顆粒的來源進行了分析，闡述了漆膜顆粒對產品質量的影響，并對制件的前處理、周轉、噴漆環境以及操作提出了系統的控制措施，有效避免了涂膜顆粒的產生。

漆膜；顆粒；系統；控制措施

公司軍工產品均以壓縮空氣噴涂的方式，對溶劑性涂料進行涂裝，也就是常說的噴漆。噴漆操作按GJB4439—2002《軍用飛機噴漆通用要求》進行，該標準對漆膜的外觀檢查要求為漆膜表面平整、光滑、無留痕、漏噴、粗糙顆粒等現象。

在實際生產中，漆膜存在顆粒為最常見的質量問題，故解決漆膜顆?？墒巩a品噴漆質量大幅提升。從顆粒的產生來源來分，可分為材料基體上的顆粒、環境中的顆粒、油漆中的顆粒和施工造成的顆粒四種類型。

1　材料基體上的顆粒

材料基體上存在顆粒，在噴涂后，漆膜包裹顆粒，在漆膜外觀表現為存在顆粒。造成基體顆粒的常見形式有四種。

1.1　電鍍層粗糙

鋼鐵制件作為噴涂前的預處理，常采用的方式有電鍍、磷化等方式。電鍍若質量不佳，造成鍍層粗糙，磷化膜結晶粗大，都會在噴涂后形成顆粒。導致這類故障的原因是噴漆前道工序把關不嚴，即表面處理操作人員和檢驗人員認為制件后期進行噴漆能夠掩蓋鍍覆層的缺陷，便將不合格的粗糙鍍覆層的制件轉入涂裝工序，造成涂裝后表面涂層現象為凸起的小顆粒狀（如圖1所示）。

圖1　粗糙電鍍層形成的凸起顆粒

1.2　殘留的重鉻酸鉀

鋁合金材料一般進行硫酸陽極氧化后再進行噴涂，因鋁合金在進行陽極氧化時，存在氧化膜的生成與溶解兩個同時進行的過程，氧化膜的生成速度大于溶解速度，故而形成微孔狀的氧化膜層，微孔更有利于油漆的吸附與結合［1］。一般鋁合金材料陽極氧化后，表面干凈無顆粒，但對于鑄鋁類材料，由于鋁合金熔煉和澆注的過程中，都會吸入大量的氫氣，在澆注后冷卻過程中會因氫氣在鋁合金內的溶解度下降而析出，在鑄鋁表面不能排出的氫氣則會形成細小、分散的氣孔，通常稱之為針孔［2］。大型的鑄鋁件很難避免針孔，針孔的存在造成鑄鋁在陽極氧化過程中，針孔會加大、加深，在后續鋁合金氧化后采用重鉻酸鉀填充工序時，重鉻酸鉀溶液在毛細作用下進入孔內，后續的清洗很難將其清洗干凈。為了防止鑄鋁針孔內殘留水分影響噴涂質量，鑄鋁在陽極氧化后常進行烘干工序，較常采用烘箱90 ℃～100 ℃保溫1 h的方式將針孔內的水烘干。但烘干的同時，針孔內的重鉻酸鉀也從針孔內析出在制件表面，形成較小的顆粒狀附在制件氧化膜表面。

1.3　打磨漆層后的粉塵

因制件表面處理與噴漆的時間間隔有要求，一般在24 h內進行，而噴涂后的零件在組裝成產品后，還需要進行功能驗證等試驗，漆層容易受損傷，故軍工產品常采用零件噴涂底漆、組裝成產品經試驗合格后再噴涂面漆的方式。在原有底漆上噴涂面漆時，需進行打磨以露出新鮮表面以便保證后續噴涂的結合力。在對漆層打磨后，會產生漆的粉塵（如圖2所示），若去除不徹底，在噴涂時即會形成顆粒。

圖2　漆層打磨后的粉塵

1.4　其他

零件在噴漆前受到灰塵污染，或制件噴涂前進行吹砂，砂粒殘留在制件表面。這些都會導致涂層顆粒的形成。

2　環境中的顆粒

油漆從噴槍噴涂到制件表面這一過程，氣體運動符合貝努力方程（式（1））：

式中：為涂料壓力勢能，Pa；為涂料密度，kg/m3；為涂料運動速度，m/s；為涂料重力勢能，Pa。

忽略噴涂過程中涂料高度（）的影響，可以看出，噴涂過程中，涂料在壓縮氣體噴射壓力的作用下，以一定速度涂覆在零件表面，在這一過程中，零件表面因涂料的快速運動導致壓強低于周邊環境的大氣壓強，構成負壓，使周邊的空氣向處于低壓區的零件表面快速流動［3］。

若被噴涂的制件周邊有灰塵、毛絮等懸浮物，則會在噴涂過程中被吸附在制件表面，形成顆粒。有的被涂膜包裹，有的在涂膜表面形成黑色顆粒。除了空氣中灰塵外，形成這類顆粒的途徑還有很多，如施工場地地面灰塵多、涂裝工作臺殘留漆的顆粒多，或者噴漆的抽風系統上沾附的殘漆顆粒等都有可能形成此類顆粒（如圖3）。

圖3　噴涂在表面的環境浮塵和毛絮

3　油漆中的顆粒

3.1　攪拌不充分

涂料在最初設計時，考慮涂料體系各組分的作用，保證涂膜的最終性能和施工時的流變性能。涂料從生產下線入庫到使用之間有一定時間，在此存儲期間，顏料、填料會因自身的重力作用而下沉［4］。在開罐后，若對涂料不充分攪拌，則會導致涂料體系分散不均勻，涂料均勻性差，噴涂后，在工件不同位置的涂膜組成不同，導致涂料整體流平性差，不能形成光滑的涂膜，局部涂膜缺乏足夠的流動性，溶劑揮發后形成針孔，導致涂膜好似存在許多微小的顆粒（如圖4所示），嚴重時還會產生流掛現象。

圖4　類似針孔狀外形的微小顆粒

3.2　過濾不當

涂料在生產時，先將樹脂、助劑、顏料、填料、溶劑通過高速分散，再經研磨達到標準細度，然后進行后期的油漆調制階段。在涂料生產過程中，會因雜質的進入和個別粗顆粒顏料和填料的存在，導致生產的涂料存在顆粒物。在涂料存儲期間，會出現凝塊現象，即使充分攪拌也不能完全消除顆粒的存在。在噴涂時，若過濾不當，涂料中顆粒物不能過濾干凈，會在漆膜上形成顆粒（如圖5所示）。因此，在涂料施工前，應對涂料進行正確的過濾，去除涂料中的顆粒，保證施工后的涂膜質量。

圖5　涂料過濾不干凈所形成的顆粒

4　施工造成的顆粒

4.1　噴槍噴涂前調整不佳

微?；匦允菄姌尩幕咎匦?，因為霧化效果直接影響漆膜的表面質量［5］，微?；瘲l件見式（2）：

式中：0為漆霧粒子平均粒徑，μm；i為空氣使用量與涂料噴出量的比值。

由微?；娇煽闯?，增加空氣量或減少涂料噴出量，都可使i上升，進而使0降低，達到漆霧顆粒細的效果。噴漆前對噴槍調整不佳而造成空氣壓力低或過多增加涂料噴出量，都會對油漆的霧化效果差，造成漆膜表面粗糙。

4.2　噴涂方式不當

4.2.1噴槍與工件距離大

涂料從噴槍噴嘴噴出時，受剪切力和拉伸力的作用，在漆料運行中，所受的力逐漸變小，若噴涂時距離工件過大，涂料顆粒飛行時間長，稀釋劑揮發多，噴涂在工件上涂膜缺乏流平性，形成顆粒（如圖6所示）。

圖6　缺乏流平性形成的顆粒

4.2.2附著漆霧

空氣噴涂時涂料利用率低，漆霧飛散多［6］。在噴涂時，在抽風的作用下，飛散的漆霧都沿抽風方向飄移，此時，噴涂時若不考慮漆霧走向，容易造成漆霧落在漆膜上形成顆粒。在實際工作中，出現過一次噴涂一較長的L型制件，操作者將制件L面背向抽風進行噴漆，在噴涂制件底部時，造成漆霧飄附在制件上部過多，形成粗糙的顆粒。另外，在噴漆時由于壓縮空氣對制件的沖擊，引起漆膜的反彈，也會造成漆膜粗糙。在實際工作中，對于大的內腔制件，在噴涂內壁一側時，常會造成另一側因漆霧的落上造成漆膜顆粒。

5　漆膜顆粒對質量的影響

5.1　對產品性能的影響

公司軍工產品按要求一定批次機抽取產品進行例行試驗，按GJB150.9A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第9部分：濕熱試驗》進行考核，是在24 h內周期性地在高溫高濕和低溫高濕之間變化的一種濕熱試驗，共進行10個周期的試驗。其試驗的目的是在交變試驗中，產品因凝露現象生成冷凝水，漆膜屬于半透膜，冷凝水可進入漆膜降低漆膜的附著力，在試驗的干燥階段，水分離開漆膜，若漆膜附著力良好，試驗結束后，漆膜完整無缺陷。若漆膜存在由于基體存在顆粒和噴涂時因環境灰塵而導致的顆粒，在冷凝水的作用下，該處附著力降低，造成水分子聚集并形成滲透壓，使水分子滲入的數量和速度加快，漆膜的附著力更多的被破壞，造成起泡現象［7］。公司某零件是吹砂后進行噴漆，濕熱試驗后出現起泡現象，劃破泡后，發現基體粘附著小砂粒，這就是因吹砂后對殘砂清理不足，造成漆膜附著力變差而在濕熱試驗中起泡。由漆料自身和噴涂不當產生的顆粒在濕熱試驗中一般不發生起泡現象，但降低了產品外觀質量。

5.2　對產品功能的影響

因漆膜顆粒影響產品功能的現象較少，有一定特殊性。如公司某彈簧片制件，表面為冷拉材料，粗糙度為a0.8，經法蘭處理后進行噴涂B01-15丙烯酸清漆。在噴漆操作時，操作者對該批100件零件同時進行噴漆，操作時零件擺放過密，噴涂時漆霧落在部分零件表面產生顆粒。該批中一件漆膜有顆粒的彈簧片組裝在產品上，按GJB150.22A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法第22部分：積冰/凍雨試驗》進行考核，該試驗是讓產品通過“發汗”后進行低溫存儲，考核產品抗結冰能力。由于彈簧片漆膜顆粒的存在導致制件粗糙度上升，生成的水不能立即流失而停留在制件表面，導致后期結冰彈簧片不工作，產品功能不能實現，試驗考核失敗。更換一漆膜完整光滑的彈簧片重新進行該試驗，沒有出現彈簧片結冰不工作的故障。

5.3　對企業形象的影響

客戶在接收產品時會首先檢查產品外觀，若漆膜存在顆粒，即給客戶留下外觀差的第一印象。同時，軍工產品要求全壽命周期內進行質量保證，軍工產品在部隊存放、使用過程中，漆層的外觀不佳和因顆粒引起漆層脫落都有損企業形象。

6　控制措施

解決漆膜的顆粒問題，是一個從前處理、周轉、環境、噴涂操作都進行規范操作的系統工程，對各環節的有效控制，才能保證涂層質量。

6.1　前處理

前處理質量是涂層質量的基本保證，加強員工質量意識教育，按要求對鍍覆層質量進行管控。對于鍍層粗糙、磷化結晶粗大的制件，返工合格后方可進行噴涂。對于吹砂的制件，要在工藝規程上增加壓縮空氣清理的工序，并在清理后和噴漆前進行檢查。并在工藝文件上明確鑄鋁陽極氧化填充后加強清洗，烘干后增加用干凈白布擦拭的工序，將附著在制件表面的重鉻酸鉀顆粒擦去。同樣，對舊漆層打磨后，在噴涂前應用潔凈白布除去漆塵［8］。

6.2　周轉

加強零件周轉、存放等環節的管控，噴漆前制件周轉時，應在周轉箱內鋪上干凈的牛皮紙，防止灰塵污染。在零件噴漆前的放置，在零件接收區鋪上干凈的牛皮紙，嚴禁零件與貨架直接接觸。

6.3　環境

保持清潔的噴涂環境不僅要加強日常維護，還要在噴漆廠房設計時考慮。噴漆廠房的設計上就應該保證減少灰塵的進入和易于清理灰塵。噴漆廠房的門口增加風簾，并且送入噴漆廠房內的冷、熱風應經過凈化設備過濾，使空氣中的灰塵減少到最低限度。在噴漆廠房盡可能設計封閉的噴漆房以減少灰塵的影響。噴漆廠房的地面應采用水磨石地面，噴漆廠房內應設置排水溝，便于定期沖洗地面。在噴漆廠房旁邊設有更衣室，并在進入廠房處配有一次性鞋套的鞋套機，避免操作者將灰塵帶入廠房。

在日常生產中，要保證施工環境干凈，每天上班后要對噴漆廠房進行清掃，每次噴漆前應對噴漆區域的地面拖地后再進行。對抽風、工作臺用紙粘貼，定期更換，避免積累的漆粒污染新噴涂的漆膜而產生顆粒。并且對涂裝廠房送風的過濾系統定期清理。

6.4　操作

6.4.1漆料準備

噴涂前，對涂料應攪拌均勻，最好采用氣動的自動攪拌器，或采用油漆震蕩器對整桶油漆進行攪拌，避免操作者手工攪拌的不一致性。油漆在噴漆前進行過濾，一般要求底漆用80目～100目，面漆用180目～200目的銅絲網或絲絹過濾［9］。為了操作者工作方便且防止用錯目數，可購置專用的油漆過濾網，保證目數在200目以上，底漆、面漆都用此過濾，對于要求噴漆時摻鋁粉的油漆，可重復用濾網過濾，保證噴涂前油漆內無顆粒。

6.4.2噴槍準備

用同一噴槍噴涂品種不同或粘度不同的涂料，其漆霧細化程度都不相同［10］。噴漆作業前，必須將噴槍調整到最佳噴涂狀態，即對噴槍的空氣壓力、涂料噴出量和噴霧圖形幅寬調整到最適宜噴漆成高質量漆膜的程度。

6.4.3噴涂操作

噴涂時要注意噴槍與零件的距離和方向，距離一般保持在20～25 cm，噴涂時噴槍軸要始終垂直于噴涂表面，對大平面及曲面噴涂時要通過人員的移動來保持垂直。噴涂時走槍移動速度應為40～60 cm/s［11］，走槍快慢一致、均勻行走，每一槍應壓疊上一槍的1/4～1/3。正確的走槍可確保噴涂到制件的涂膜厚薄均勻，流平性好，漆膜光滑。噴涂時，注意工件的擺放，避免抽風抽漆霧時漆霧落在漆膜上，在噴涂順序上，應遵循先里后外、先邊角后大面、先難后易、從上到下，從左到右的操作順序，正確的噴涂操作可避免漆霧落在漆膜產生顆粒。

7　結語

漆膜的顆粒產生方式較多，要避免這個問題，需要全過程系統的控制，并在生產中，通過實踐不斷完善改進，對各個環節明確規范、管控到位，才能保證涂層的質量穩定可靠。

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Causes and Control Measures of Paint Film Particles

MAO Zhe1*， YIN Zhongqiu2， HU Jianfeng2， HUANG Hongwu1， HUANG Tianyong1

（1.Heat Treatment and Surface Treatment Plant of Zheng Fei Company of Aviation Industry， Zhengzhou 450005， China；2.Military Representative Office of Air Force Equipment Department in Zhengzhou， Zhengzhou 450005， China）

In this paper， aiming at the problem of paint film particles， the sources of paint film particles from four aspects of material matrix， environment， paint and construction were analyzed. The influence of paint film particles on product quality was expounded. Systematic control measures for the pretreatment， turnover， painting environment and operation of parts were put forward， and the coating particles could be effectively avoided.

paint film； particle； system； control measures

TQ639.8

B

10.3969/j.issn.1001-3849.2022.01.006

2021-03-03

2021-05-10

毛喆（1977－），男，本科，高級工程師，主要從事熱表處理工藝研究工作，email：maozhe2009@sina.com