达克罗涂层技术
发布日期：2015-06-12 |
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1 什么是达克罗
达克罗是 DACROMET 译音和缩写，锌铬膜（达克罗）涂复工艺是一种全新的表面处理技术。在发达国家的汽车工业、土木建筑、电力、化工、海洋工程、家用电器、铁路、公路、桥梁、地铁、隧道、造船、军事工业等多种领域已得到极为的应用。我国随着该技术的逐步推广，已在汽车、电力、锚链、公路、海洋工程等方面开始大量使用，并获得了极高的评价。达克罗技术是当今国际上金属表面处理富有代表性的高新技术。
达克罗整套工艺设备采用全过程闭路循环的涂复方式，革新了电镀工艺，杜绝了电镀过程中产生的酸、碱、锌、铬等污水、废气的排放及污染源，达克罗是经过脱脂 - 抛丸 - 涂复 - 固化 - 冷却 - 成品的工艺过程，使加工体形成片状锌粉、铝粉及金属铬盐组成的银灰色防腐蚀涂层。在金属表面达克罗膜层形成过程中，挥发的物质几乎全部是经过气化的水分，没有任何污染和公害。在工业发达国家中，已得到广泛应用，逐步替代了污染严重的电镀锌、电镀、热浸镀锌、热喷锌、机械镀锌、锌基合金镀层、氧化、磷化等多种传统的表面处理工艺，从根本上减少了环境污染的发生。
达克罗发源于美国的大洋公司。 20 世纪 70 年代日本的 NDS 公司从美国的 MCII 公司买断了在亚太地区的达克罗技术使用权，并迅速在其国内发展了百余条涂覆生产线。 20 世纪 90 年代初我国引进了数条达克罗生产线，引进的生产线分布在天津、南京和上海，随着人们环境保护意识的加强，达克罗这一新工艺受到了业主的欢迎，近几年达克罗涂覆生产线每年以 30% ～ 50% 的速率增长，目前全国已达到 60 多条，这一发展势头还将继续下去。
现在市场上流行的达克罗涂料可分为两个基本的类型：含铬达克罗涂液和无铬达克罗涂液。目前国内市场上流行的是含铬的达克罗涂液，在国外，随着环境保护意识的增强，无铬化已成为一种趋势，无铬化涂料已开始逐步流行。在日本，有无铬达克罗表面处理液 V505 和 V872 出售，其部分性能比有铬的达克罗还要好。
2 锌铬膜（达克罗）防腐机理
锌铬膜（达克罗）液是一种水基处理液，金属件可以采用浸涂、喷刷或刷涂处理，然后送进加热炉固化，固化温度在 300 ℃ 左右，经 45 ～ 60 min 的烘烤，形成锌铬膜（达克罗），铬固化时，涂膜中的水分、有机类（纤维素）物质等挥发分在挥发的同时，依靠锌铬膜（达克罗）母液中的高价铬盐的氧化性，使电极电位负值较大的单质锌片、铝片浆与铁基体反应，形成 Fe 、 Zn 、 Al 的铬盐化合物无机涂层。由于膜层是与基体直接后应获得的，所以该防腐层极为致密，（用镀锌或浸锌方法获得的防腐层无法与之相比）该涂层在腐蚀环境下，会形成无数个原电池，即先腐蚀掉电位较负的 Al 、 Zn 盐类，直到它们被消耗后才有可能腐蚀至基体本身。
在钢铁基金属表面上，涂覆一层达克罗溶液 [ 即含有片状锌、铝（鳞片一般尺寸为 0.1 ～ 0.2 × 10 × 15 μm ）、 Cr 2 O 3 及专用有机物的高分散混合水溶液 ] 、经 300 ℃ 左右保温烘烤一定的时间后，达克罗溶液中的 Cr +6 被还原成 Cr +3 ，生成无定形的复合铬盐化合物 (nCrO 3 · mCr 2 O 3 ) 。该物质覆盖在母材表面及锌片、铝片的表面，将锌片、铝片与钢铁基材表面紧密地粘结在一起。锌片、铝片间亦被复合铬盐所填塞。冷却后的金属表面即被覆盖上一层很薄的银灰色的达克罗特种高防腐涂层。
3 达克罗的涂覆工艺
3.1 预处理
（ 1 ）除油
分有机溶剂 ( 如三氯乙烯等 ) 和碱性溶液除油。经过前处理的零件表面要求能够被水完全浸润。重油工件一般先采用联合清洗机高压清洗，或采用二氯甲烷超声波清洗工艺，再进行喷丸处理。油污较少的工件可以省去清洗这步，直接抛丸处理。例如某些标准件，经搓丝机出来后，直接进行抛丸，随后浸达克罗液，进炉固化。
（ 2 ）喷砂、除尘和降温
抛丸机使用的钢丸的直径范围为 0.1 ～ 0 .6 mm ，用压缩空气除尘，除去的粉尘经专门的集粉器收集后集中处理，经抛丸除尘后的零件温度高达 60 ℃ 左右 , 待降至 20 ℃ 时方可进行下道工序。
3.2 达克罗处理
按涂履方式不同分为浸涂甩干、喷涂、刷涂等几种方法。在决定选用哪种方式时，首先要考虑的是要覆盖在工件上的涂层是注重功能性还是装饰性，还要考虑涂层厚度的控制、生产速度、产品形状和所要求的质量。
（ 1 ）浸涂甩干：适用于标准件和其它小的工件。工件一般要浸液 10 ～ 20 s ，为使 Cr 6+ 在钢铁基材上充分形成钝化膜；离心甩干时应该正转反转各两次，每次 10 ～ 20 s 。对于特殊件要用夹具，难甩的零件要用人工辅助，比如用棒在离心筐中搅一下，将筐中的工件的位置变化一下，使积存在角落里的涂液能被顺利甩离工件。甩液机的转速要适当，太快太慢都不利，总之是要保证零件上不能有积液、挂液、气泡、漏涂等。通过多次正反转甩液、多次调整甩干速度，根据实际上的涂覆效果来确定工件的加入量、甩液机的转速、转动的时间等工艺参数。
（ 2 ）喷涂、刷涂：一般用于大件，用于难浸涂、难离心甩干的零件。喷涂的涂层均匀，涂层较厚，结合力差但光洁度好，抗腐蚀性强但效率低，施工中要注意安全，喷涂时达克罗液的粘度要适当的降低。由于喷涂时，从喷枪出来的涂液呈圆形，所以喷枪与工件的距离、枪的移动速度、空气的压力、喷枪的单位时间内的喷涂量等最佳工艺参数，都须通过反复摸索才能获得。
3.3 固化
经达克罗液浸渍处理后的工件经甩干，放置于不锈钢网带输送带上，对小的工件，需带上手套，进行人工分理，要求工件间不互相粘连。对于较大的工件，例如地铁螺栓，须放置在专门的料架上，再将料架放在网带上入固化炉烘烤固化。固化温度为 280 ～ 330 ℃，时间 25~40 min 。
固化分为两个阶段：在第一阶段中工件吸热升温，称为预热，温度控制在 60 ～ 80 ℃、 10 min 。此阶段中须注意升温不可过急，应让工件缓缓吸热，让涂层中的水分逐渐逸出，以避免涂层起泡，产生缺陷。第二阶段为涂层的高温固化，此时固化炉中的温度一定要控制在工艺要求的范围内，不可过高或过低，因为它决定了涂层在工件上的最终性能。
3.4 冷却
由于固化的温度较高，须对固化好的工件进行强冷，以缩短冷却的时间，减小固化炉的长度，节省投资费用。
3.5 后处理
当涂层较厚时，会因为涂层固化前不易流平或工件形状的原因造成甩干时涂膜不均匀。固化后出现外观粗糙、粉化的现象。这时需要对工件表面作少许修正，常用的方法是：用优质的硬毛刷清理工件表面。
4 锌铬膜（达克罗）涂层特点
4.1 耐高温
锌铬膜（达克罗）涂层是由重叠在一起的独立锌片、铬酸聚合物单元组成。锌铬膜（达克罗）涂层中的铬酸聚合物层不含结晶水，因此在高温状态下的抗腐蚀能力也表现出极佳的品质。锌铬膜（达克罗）防腐膜的固化温度在 300 ℃ 左右，所以工件即使长时间处于高温下，外观也不会变色，耐热腐蚀性极好。经试验，未钝化过的镀锌层，在盐雾试验时一般 10 h 腐蚀掉 1 μm ；厚度为 3 μm 的彩虹色钝化膜，经 200 h 盐雾试验被蚀穿。锌铬膜（达克罗）涂层在经过了 100 h 的盐雾试验后，才被腐蚀掉 1 μm 。
4.2 高耐蚀
锌铬膜（达克罗）工艺比传统的表面镀锌处理工艺，使工件的耐蚀性提高了 7 ～ 10 倍。锌铬膜（达克罗）液能渗入细微的空隙处，如几何形状复杂的盲孔等，它的渗透性很好。用它处理过的弹簧，能产生良好的耐腐涂层。它不但可以处理铁及其合金，还可以处理轻金属（铝等）及其合金，适用于钢铁、铸铁、铝质合金等零部件的表面防腐处理。
氢脆是传统镀锌工艺不能完全克服的弊病。由于工艺特点决定了锌铬膜（达克罗）在处理过程中不进行任何酸处理、也不存在电镀时的渗氢问题，加上涂层在高温下固化，所以从工艺上保证了锌铬膜（达克罗）涂层不会存在氢脆。这使它可以被应用在抗拉强度要求高的高强度零件防腐处理。
4.3 环保
电镀等表面处理时由于酸、碱、盐的使用，多少总有三废的排放问题存在。锌铬膜（达克罗）工艺采用了闭路循环的方式，在前处理中，除下的油和粉尘用专门的设备收集处理；在涂复、固化时，不存在传统电镀工艺过程中产生的酸、碱、含铬等重金属的污水问题，产生的仅仅是从涂层中蒸发出来的水汽，经测定，不含国家规定控制的有害物质。
4.4 可再涂装
锌铬膜（达克罗）涂层呈亚光银灰色，可以在上面进行再涂装。这一点，满足了那些对外观质量要求较高的工件的涂复要求，例如自行车上的紧固件，网篮等，在涂覆了锌铬膜（达克罗）涂层后，还须上一层上光漆。
4.5 安全问题
达克罗涂料明显比一般的溶剂涂料安全。溶剂雾气容易引起火灾，而且危害工厂工人的健康。达克罗液是水溶性不燃的，在工件的涂覆和固化过程中，只有少量水蒸汽生成，操作工人带上口罩防护即可。而对于大多数液体涂料来说，要求使用笨重的防毒面具。
5 尖角锈点及处理
涂覆过锌铬膜（达克罗）涂层的工件，从理论上讲其耐蚀性要比电镀锌好，但在实际应用中我们发现，部分标准件在使用不久发现出现点蚀，仔细分析了工件的制作过程，没发现明显的不足之处，经过对大量出现问题的工件的统计分析，发现出现锈点的位置绝大部分在工件的尖角处，但并不是所有的尖角处均会出现锈点。经对比，结论是工件在运输过程中，由于振动和摩擦，尖角处的涂层最容易被破坏，这也解释了为什么未经运输的工件在作盐雾试验时，其尖角处的耐蚀性仍是很好。
为了解决这一问题，主要还是从涂层的完整性方面去动脑筋。锌铬膜（达克罗）涂层本身的强度并不高，硬度只有 1 H ，为了保持涂层的完整性，一则可以改变涂层的配方，增加塑性，这点对于一般的用户是无法做到的，对于锌铬膜（达克罗）涂料供应商来讲，他轻易也不愿更改配方。另一方法是在锌铬膜（达克罗）涂层之上再加上一层保护涂层，用以维持涂层在运输过程中的完整性。可采用的涂层不少，经过筛选，我们使用了水性防腐封闭剂，其优点是价格低廉，使用后增加成本不多。水性防腐封闭剂的母液，可按 1 ︰ 4 的比例配制成工作液，每公斤涂液可涂覆 10 m 2 左右的面积，并能提高涂层整体防腐性能。另一种可选用的锌铬膜（达克罗）涂层增强涂料是聚四氟乙烯，在工作涂覆了锌铬膜（达克罗）固化后再上一层聚四氟乙烯涂料，然后进炉 250 ℃ 下固化，其成本要比水性防腐封闭剂高，但涂覆了聚四氟乙烯的工件，其尖角处的防腐能力得到了很好的保证，圆满地解决了本问题。
