粉末涂装过程中的缺陷分析及对策

I.涂层中的表面颗粒

王恩生，杨波

（中化化工科学技术研究总院，北京100011）

 

摘要：本文详细分析了粉末涂装过程中涂层表面颗粒产生的原因，指出不同的颗粒应区分对待并采用不同的方法加以解决。为了降低涂装成本、提高产品的外观质量，预防是关键。

关键词：粉末涂装；磷化；静电喷粉

1         引言

颗粒，也叫粒子或渣子、表面残渣，是造成粉末涂装缺陷的原因之一，它的出现不仅影响涂层外观，而且当颗粒有利于外部水、气、腐蚀性物质接触到底材时，还会造成局部腐蚀，影响产品的耐蚀性。国内有人[1-4]曾对涂装产品的表面颗粒进行了分析，但都不是很详细，不是很系统。从降低产品成本、提高外观质量方面考虑，有必要对颗粒产生的原因进行深入详细地分析，从而实现杜绝涂层表面异常突出大颗粒，并尽可能减少小颗粒的数量。家电和汽车行业对涂层的外观质量要求相当严格，即使是小颗粒也应尽量少出现或不出现。颗粒的减少也能体现产品的xx次，提高产品的竞争力，从而提高企业的生存力。

分析涂层中表面颗粒产生的原因，既有前处理方面的、也有粉末涂料方面的、还有基材、设备及管理方面的等等。以下将针对各个方面的原因进行详细分析，并提出解决和预防办法。

2  基材引起的表面颗粒

所谓基材是指经过机械加工后未经前处理的材料，各地称谓也不一样，如有的地方叫黑件，还有的地方叫原件、板金件、底材、基板、底板等。基材经过如剪切、冲压、拉伸、折弯、焊接等多种机械加工或装卸、搬运过程，会在其表面形成多种创伤，如划痕、焊渣、毛刺等，都会使工件涂装后形成表面颗粒，他们会直接影响涂装产品的质量。

2.1   钢铁工件

钢铁工件质地较硬，一般在机械加工过程包括拉伸在内表面不容易出现划伤，其表面上的颗粒多数情况下都是由于焊点或焊接时焊渣飞溅所致。但质量上乘的冷轧板，如冰箱、洗衣机的面板等质地较软，一般表面容易出现划伤，并在划痕的端点形成颗粒。有时钢板表面有锈蚀，锈蚀点也会形成颗粒。

2.2   锌及锌合金工件

锌及锌合金工件，无论是电镀锌还是热镀锌和冷镀锌，一般质地较软，在机械加工或装卸、搬运过程中表面极容易出现划伤，尤其是在拉伸过程中润滑不好镀锌层拉伤严重，有的甚至漏出底层，并在表面形成颗粒。同钢铁工件一样，焊点或焊接时焊渣飞溅也会形成表面颗粒。

2.3   铝及铝合金工件

同锌及锌合金工件相比，铝及铝合金工件质地更软，在机械加工或装卸、搬运过程中表面更容易出现划伤，尤其是在拉伸过程中有的工件严重拉伤，并在表面形成颗粒。

以上这些颗粒如果不xx直接进行涂装，都会使涂装产品产生表面颗粒。那么如何判断表面颗粒来源于基材呢？方法如下：

{dy}、相应的工件先进行脱脂处理，之后彻底水洗干净，竖起工件让水自然流下，约15秒后观察工件表面是否有残渣。如果没有，则表明基材表面良好，涂装产品的表面颗粒不是来源于基材。如果有，用手轻轻擦拭残渣，发现残渣挡手或手上感觉有残渣，说明基材不适合于直接上线处理，而需要先进行打磨，以除去表面焊点上的焊渣、飞溅的焊渣、划痕端点、锈点、钻孔周围的毛刺以及拉伤部位的伤痕等。如果残渣可轻擦掉，则表明基材表面良好，涂装产品的表面颗粒不是来源于基材。

第二、相应的工件进行完整的涂装处理（即完成前处理、脱水、喷粉、固化等工序），在下件区观察工件表面是否有颗粒。如果没有，则涂装质量良好。如果生产线设备运转正常，管理也正常，却发现表面有颗粒，且颗粒呈黑头（法拉第效应），又多数情况下呈单个分布，则表明颗粒多数来源于基材上的焊渣；如果颗粒成串出现，即至少有两个以上的颗粒呈线型分布，则表明颗粒多数来源于基材表面划伤。这种情况下，当涂层偏薄时，经常能看到基材的划痕；如果颗粒很小且分散并呈白头，则表明颗粒多数来源于粉末涂料或前处理。

对于基材方面的问题，涂装企业应坚强与供应商沟通，促使供应商提高焊接、拉伸等质量，加强生产与运输方面的管理，杜绝此类问题的发生。

基材表面的锈蚀如果不处理就进行涂装，对涂装相当有害。一方面基材锈蚀没有除净，在固化温度下锈蚀会失去结晶水，水气冲破涂层形成突起，即出现气泡；另一方面留在基材上的锈蚀物形成颗粒。此类缺陷对产品耐蚀性十分有害。在恶劣环境下，水分或酸从气孔进入底层，引起锈蚀面扩大，进一步促使涂层脱落。有的涂装企业对钢铁工件基材方面的问题往往采用酸洗手段处理是可以的，也能解决问题。但由于锌及锌合金、铝及铝合金工件不能采用酸洗，所以麻烦比较大，只能打磨或采用其它方式处理。

3  前处理引起的表面颗粒

前处理引起的表面颗粒，成因比较复杂，处理起来也比较棘手。除非脱脂不干净，一般前处理引起的表面颗粒都比较小，且数量也比较多，尤其是当涂层偏薄时更严重。不同材质的工件，前处理工艺流程有所不同，工艺方式也有区别。

3.1  浸泡

浸泡线上由于没有机械外力的冲刷，前处理后工件表面容易附着颗粒。

对于基材合格的钢铁工件，脱脂后表面没有附着颗粒，通过水洗后其表面很洁净。如果表调后发现其表面附着颗粒，且颗粒又比较明显，磷化后颗粒不会离开表面，而是进入磷化膜，所以表调过程出问题会引起表面颗粒。表调后如果表面没有颗粒，磷化后出现很多颗粒，这是由于磷化液中的沉渣多，或工件在磷化时向槽液中加入了促进剂，或向槽液中加入了中和剂，或磷化液的游离酸过低出现结晶，或总酸过高出现挂灰。磷化后的水洗水应勤换。

对于基材合格的锌及锌合金工件，脱脂的PH值不能超过10，否则会腐蚀镀锌层。这种情况下，在脱水炉后观察工件，会发现其上尤其是镀锌层的伤痕部位有白斑，涂装后颗粒呈小团出现，有时伴随有气泡（也叫气孔）。镀锌件上的拉伸油很难去除，脱脂的碱度又不能高，所以镀锌件脱脂应使用高质量的脱脂剂，否则涂装后表面可能出现发黄、水孔或鱼眼。如果表调后发现其表面附着颗粒，且颗粒又比较明显，磷化后颗粒不会离开表面，而是进入磷化膜，所以表调过程出问题会引起表面颗粒。表调后如果表面没有颗粒，磷化后出现很多颗粒，这是由于磷化液中的沉渣多，或工件在磷化时向槽液中加入了促进剂，或向槽液中加入了中和剂，或总酸过高出现挂灰。磷化后的水洗水应勤换。

锌及锌合金工件需要脱塑（又称脱漆、退塑、脱粉等）时，由于强酸或强碱会腐蚀镀锌层，所以不能使用强酸或强碱脱塑，{zh0}使用有机溶剂脱塑。脱塑后的工件上线前其表面应认真打磨，以xx其表面附着的颗粒。镀锌件前处理不好，存在的涂装问题相当多，所以有的企业认为：镀锌件如果磷化不好，还不如不磷化。当然这种说法是不正确的，要想做好镀锌件的涂装，前处理是关键。

对于基材合格的铝及铝合金工件，由于其表面有一层致密的氧化膜，在磷化前需要除去，所以脱脂的PH值应大于12。脱脂后其表面附着一层黑灰，需要除掉，否则不能磷化，方法就是采用硝酸出光。出光后的工件表面非常光滑，没有杂质。如果表调后发现其表面附着颗粒，且颗粒又比较明显，磷化后颗粒不会离开表面，而是进入磷化膜，所以表调过程出问题会引起表面颗粒。表调后如果表面没有颗粒，磷化后出现很多颗粒，这是由于磷化液中的沉渣多，或工件在磷化时向槽液中加入了促进剂，或向槽液中加入了中和剂，或总酸过高出现挂灰，或向槽液中加入了添加剂。磷化后的水洗水应勤换。

铝及铝合金工件需要脱塑时，可以使用强酸，但不能使用强碱，{zh0}不要使用有机溶剂脱塑，否则可能出现涂层抽缩等诸多问题。脱塑后的工件上线前必须经过出光处理，以xx其表面附着的颗粒。铝及铝合金工件前处理不好，存在的涂装问题相当多，所以有的企业认为：铝及铝合金工件如果磷化不好，还不如不磷化。当然这种说法是不正确的，要想做好铝及铝合金工件的涂装，前处理是关键。

3.2  喷淋

对于无锈的钢铁工件、镀锌件、铝及铝合金工件，为了获得高质量的涂装产品，一般采用喷淋方式处理。由于在喷淋线上工件经过水、化学原料的强有利的冲洗和转化，工件表面比较干净，出现表面颗粒的情况较少，但当前处理不到位时，同样会出现表面颗粒。

对于基材合格的钢铁工件，如果磷化水洗后工件表面有很多颗粒，是由于磷化液中的沉渣多，或磷化液的游离酸过低出现结晶，或总酸过高出现挂灰，或磷化后的水洗水过脏引起。这时可以使用更清洁的水重新冲洗工件表面，如果能洗去，表明颗粒来源于水洗不合格；如果洗不掉，表明颗粒来源于磷化。如果磷化液各项工作参数都正常，则表明磷化液不合格，需要更换。

对于基材合格的锌及锌合金工件，由于喷淋具有很强的冲刷能力，所以脱脂的PH值可以高一些，但不能超过13，否则会腐蚀镀锌层。若出现腐蚀，在脱水炉后观察工件，会发现其上尤其是镀锌层的伤痕部位会出现白斑，涂装后颗粒呈小团出现，有时伴随有气泡。镀锌件上的拉伸油很难去除，脱脂的碱度又不能高，所以镀锌件脱脂应使用高质量的脱脂剂，否则涂装后表面可能出现发黄、水孔或鱼眼。如果磷化水洗后工件表面有很多颗粒，是由于磷化液中的沉渣多，或总酸过高出现挂灰，或磷化后的水洗水过脏引起的。这时可以使用更清洁的水重新冲洗工件表面，如果能洗去，表明颗粒来源于水洗不合格；如果洗不掉，表明颗粒来源于磷化。如果磷化液各项工作参数都正常，则表明磷化液不合格，需要更换。

对于基材合格的铝及铝合金工件，由于其表面有一层致密的氧化膜，在磷化前需要除去，所以脱脂的PH值应在12～13之间[5]。脱脂后虽然其表面附着一层黑灰，虽然不能设置出光工序，但通过水洗可以洗掉。铝及铝合金件上的拉伸油很难去除，脱脂的碱度又不能高，所以铝及铝合金件脱脂应使用高质量的脱脂剂，否则涂装后表面可能出现发黄、水孔或鱼眼。如果磷化水洗后工件表面有很多颗粒，是由于磷化液中的沉渣多，或总酸过高出现挂灰，添加剂过高，或磷化后的水洗水过脏引起的。这时可以使用更清洁的水重新冲洗工件表面，如果能洗去，表明颗粒来源于水洗不合格；如果洗不掉，表明颗粒来源于磷化。如果磷化液各项工作参数都正常，则表明磷化液不合格，需要更换。

4  粉末涂料引起的表面颗粒

4.1  粉末中有不熔的杂质

其主要原因在于粉末涂料中混进胶化、难熔性粒子和杂质等所造成的。

制造粉末涂料过程中，由于颜料或固化剂分散不好，使颜料产生凝聚物。在熔融混合过程中有部分树脂进行固化反应产生胶化粒子，粉末中的尘粒和粉碎的纤维，以及粉末生产中挤出部位局部温度过高产生的焦化物质等，当粒径大于涂层厚度时就会产生颗粒。

粉末中的颗粒有两种，一是持续的颗粒，主要由粉末中的原料带来，如环氧树脂、聚酯树脂、钛白粉、炭黑、金属等大量使用的原料，只能通过粉末厂家改善，使用方无法补救。另一种是偶然出现的颗粒，可能是粉末生产过程中引入的，如混入杂质、筛子破损等。此时可清理被污染的粉末容器或加入新粉即可。

粉末入厂时应首先检验其颗粒大小，采用筛分的办法，快速而有效，必要时应由粉末制造厂家提供粉末粒度分布，{zh0}能达到16～8O µm。粉末涂料生产厂家必须在涂料制造过程中防止产生胶化粒子和带进机械杂质，并控制粉末粒度分布范围。

检查粉末涂料中有无颗粒，也可以用粉末喷涂较薄的样板（用酒精或丙酮除油），在涂层厚度40～60µm情况下，观察表面的颗粒情况，如果涂层太厚会掩盖粉料中的颗粒。另外一种判断方法是进入粉房观察喷粉后的工件，如果发现表面有颗粒，摘下工件用嘴吹，若颗粒能吹掉或结团变小，则说明颗粒来源于粉末涂料。

4.2  粉末受潮或结块

在夏季或有些熔融温度较低的粉末，受潮结团，在喷粉设备悬转筛内形成半固化的粉末硬块，割破筛网进入供粉桶，导致供粉不均，喷枪雾化不好，喷涂固化后形成圆滑的颗粒。

可由筛出的废粉的颗粒情况判断是否有硬的粉末结块。

形成半固化的原因有：设备温度过高、粉末过粗或旋转筛网过细、粉末熔融温度低等。有此类缺陷时要检查筛网，清理供粉桶可立即见效。但清理供粉捅时一定要干净彻底。

4.3  粉末中的挥发物

粉末中的某些物质在固化温度下挥发为气体，在固化烘箱口遇冷结晶为疏松的固体。到一定厚度时松动脱落，掉到喷粉后的工件上。虽然它可以重新熔化，但与粉末的流平特性不同，因此也造成集砂，此类集砂常为一团。有时还可看到颗粒上有白色的物质，用手可擦掉。要定期清理(扫除或冲洗)烘箱口的挥发物，以杜绝此类颗粒的发生。

5  喷涂施工引起的表面颗粒

在涂层厚度低于磷化结晶的粒径时会出现细密的颗粒。对轻型的磷化膜(1.1～3.5 µm)，遮盖力好的粉末喷涂厚度在50µm以上才能xx遮盖。但有些遮盖力差的粉末则必须要60µm 以上才看不到磷化膜的颗粒。调整好粉末涂料静电喷涂系统的各个工艺参数，特别是空气压力、配粉压力和雾化压力三者要配合调整到{zj0}点。控制涂层厚度可以杜绝此类颗粒的产生。

6  喷涂设备引起的表面颗粒

有的企业的脱水炉采用热风干燥。脱水炉中的灰尘、颗粒、毛絮等在风的作用下到处飞舞，飘落在工件表面而产生颗粒。

前处理过程中的某些物质水洗不干净，在烘干温度下挥发为气体，在脱水炉末端遇冷结晶为疏松的固体。到一定厚度时松动脱落，掉到烘干后的工件上，造成集砂，此类集砂常为一团。有时还可看到工件上有白色的物质，用手可擦掉。要定期清理(扫除或冲洗)脱水炉内及末端残留物，以杜绝此类颗粒的发生。

另外链条、挂具、挂具头携带物，包括：挂具吊杆上部的铁锈，挂具及挂具头上的前处理残渣，挂具清理时的残留漆皮，磁铁挂具的磁块上吸附的铁屑及返修工件上的胶带纸、腻子等，在高温下脱落，造成烘箱内环境变差。所以，设备要尽可能的干净，新上的挂具需经水冲或清扫后再投人使用。经常清理设备可以减少颗粒的产生。

7         管理不到位引起的表面颗粒

对粉末涂装而言，管理起相当关键的作用。管理松懈的企业，涂装经常出现问题，如表面颗粒、涂层脱落、水孔等。管理好的企业，一般很少出现问题，涂装产品质量优良，档次高。涂装现场不洁净、来自压缩空气、操作人员的工作服、回收设备、传送链和烘烤设备上的剥落物等，在静电喷涂过程中会引起涂膜的污染而带上颗粒。

7.1  毛絮产生的集砂

当喷涂和固化环境中有纤维状物质时，可能被静电吸附或被熔融的粉末粘附于工件表面，产生多个颗粒在一起的集砂，成线型或圆形排列。

纤维的来源有衣物、保养用的棉纱、柳絮等，所以操作工应有专用的更衣间，设备保养时用毛巾而不用棉纱。对空气中漂浮的毛絮可采取送风过滤或循环风过滤的方法加以防止。使用60～1O0目不锈钢丝网对过滤有良好的效果，又不影响循环通风。

7.2  环境中灰尘引起的颗粒

环境包括静电喷涂环境和烘干、固化环境。喷涂环境的尘土来源于大风的天气(包括沙尘暴)、车辆带起的尘土或喷涂车间的清扫活动。

将喷涂车间密封可防止外界的影响。要求较高的喷涂环境(如高级轿车的粉末喷涂)应采用正压保护，即喷涂车间的空气循环过滤。补充的空气也要过滤，车间内与室外维持一定的正压，这样可以{zd0}限度地xx环境影响。提高补充冷空气的质量，并且不在进风口走动、不在进风口处打磨返修工件，在风道的出风口加装滤网可以过滤毛絮及大的灰尘。

7.3  悬链飘落的油泥

悬链上润滑油与灰尘、粉末等经轴承碾压形成油泥。脱水炉和固化炉无接油盘时掉落到工件上成为颗粒。此类颗粒多为黑色，也很明显很容易辨别。可在悬链下方安装接油盘加以防护。

7.4  表面残留物

工件磷化后，没有马上进行喷涂，在放置环境中有粉尘、颗粒、尘土、金属屑、沙粒等黏附于磷化膜上，从而形成表面颗粒。前处理后的工件，应尽快实施喷涂，以减少颗粒的出现。

7.5  返修工件嵌入物

返修件，也叫复喷件、返工件、二次件、返喷件等。当工件在地上返修时，硬物如铁屑、石块、沙粒等会嵌人涂层，重新进行前处理时不容易冲洗掉，喷涂时粉末厚度又小于嵌入物的粒径，遮盖不住而产生颗粒。返修时用的砂纸、锉刀太粗，钻孔的周围有毛刺等都会造成表面颗粒等缺陷。

返修时如有一面漆膜向下就要清净地面、垫上干净的平板或用工装等使工件离开地面，以防止此类缺陷的出现。如必须在地上返修时，工件喷涂前要检查是否有嵌入物或已有的涂层上面有无缺陷。在工件上涂装生产线前清净附着物可防止此类问题。

7.6  由前处理残液引起的颗粒

残液多数是来自上层工件的滴液。当上下两层挂装工件时，下部的工件常出现表面颗粒。当喷涂工件结构复杂、挂具有存水的部位、重叠悬挂的工件上面一层有液体滴落时，会出现此种缺陷。注意，这种表面颗粒不是由前处理引起，而是管理不善引起的。

如果只单独挂装一层工件，且工件底部边缘出现很多颗粒，则是由前处理水洗不彻底引起的。

这种情况下，是由于工件底部的磷化残渣受高温分解，气体冲破膜层形成凸起，当气体量大时则成为顶部炸开的小孔。气体可能是水分(结晶水)或除油液中以及磷化液中碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等分解出来的气体。这种缺陷虽与因锈蚀引起的相似，但仔细观察可发现它有一个细长的流痕走向，颗粒出现在流痕的两侧。

对于返修的工件，因涂膜的疏水性，水平位置的积水会因张力缩成一团，烘干时脏物在水珠边缘富集，喷涂固化后则出现圆圈状的颗粒，也叫水印或水圈、水痕，此时要注意清洗水的质量，所以返修时不能开表调和磷化。与因毛絮形成的圆圈(小且在表面)不同，水印的颗粒圆圈较大，并由底部形成。

解决方法：要减少上述部位的存液，悬挂时上层工件存液的滴落应避开下层工件。

涂装产品出现表面颗粒是经常发生的，原因很多，涂装企业应正确对待。出现问题时，应通过试验逐步排查。大致程序如下：

{dy}、黑色颗粒。如果表面颗粒呈黑色且粒径大于0.1mm，表明颗粒来源与粉末无关。如果每个工件上的颗粒都比较多，在工件上有较大面积的分布，表明正常生产时喷淋线的输送链出现过卡咬，震动较大，可以判定颗粒来源于管理不善。如果工件上有鱼眼，有时伴随有水孔，表明颗粒来源于前处理的脱脂不合格。如果颗粒总出现在工件的上部，表明颗粒来源于前处理脱脂工序喷头方向不合理。如果个别工件表面有颗粒，且位置不固定，表明颗粒来源于设备，即链条、挂具、挂具头的携带物。如果工件表面有滴落状的发黄，且发黄部分有颗粒，表明颗粒来源于管理不善，即悬链掉落的油泥。如果磷化水洗后用手擦拭表面有颗粒，且挡手，表明颗粒来源于基材，即焊渣。如果粒径小于0.1mm，表明颗粒多数来源于基材划伤或脱水炉过脏。

第二、白色颗粒。使用与基材相同材质的样板（也叫试片、试板），通过酒精或丙酮除油，烘干后喷涂，如果表面出现颗粒，则颗粒来源于粉末涂料。如果不出现颗粒，则与涂料无关。如果磷化水洗后明显能看到表面有颗粒，表明颗粒来源于前处理中的磷化或磷化后的水洗工序。这时可以使用更洁净的水冲洗表面，如果能洗去，表明颗粒来源于水洗不合格；如果洗不掉，表明颗粒来源于磷化。如果磷化水洗后看不到表面有颗粒，表明颗粒来源与前处理无关，而与设备或管理有关。如果工件分上下两层挂装，底层工件有颗粒，表明颗粒来源于管理不善，即上层工件的脏水滴落到下层工件上。如果单层挂装工件，且颗粒多数出现于工件底部，表明颗粒来源于前处理磷化后的水洗水过脏。如果工件上有毛絮，表明颗粒来源于管理不善，即涂装环境差。如果出现圆圈状的颗粒，说明处理复喷件时使用了表调或磷化，或磷化后的水洗水过脏。

8  结论

粉末涂装过程中表面颗粒产生的原因，既有前处理方面的、也有粉末涂料方面的、还有基材、设备及管理方面的等，而且涂装产品出现表面颗粒是经常发生的，涂装企业应正确对待。出现问题时，应通过试验逐步排查，从而降低产品成本，提高外观质量。