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交美特—取代达克罗的表面处理新技术

发布时间:2017-05-19

随着物质文明的不断进步,人们对生存环境的质量要求越来越高。保护和改善生态环境,实现经济社会的可持续发展,已经成为大多数国家拟定新世纪发展战略的重要价值取向。19996月,欧洲通过一项有关报废汽车及其配件的监管条例。此项名为“End of Life Vehicle Directive (EOLVD)的法规,将于2006年正式生效。条例的4.26.3条限制使用有害的物质如铅、汞、镉及六价铬,规定每辆汽车的铬(Cr6+)含量不超过2克。这项条例的出台,对汽车零部件的表面处理提出了更高的环保要求,使得目前在汽车制造行业大量采用的达克罗涂层技术面临严峻的挑战。

关于达克罗(Dacromet

   Dacromet
起源于20世纪60年代末的美国,当时被誉为世界表面处理行业具有划时代意义的革命性产物。Dacromet涂层以其高抗蚀、无氢脆、涂层薄的特点著称于世,广泛应用于汽车、建筑、铁路、电力、桥梁、隧道、电器、军工等许多行业。十年前,该技术在中国表面处理界还鲜为人知。1993年2月,航空工业部南京宏光空降装备厂首家从日本NDS公司将Dacromet引进中国,并于1995年在《材料保护》上以“达克罗”的中文译名向大陆同行作了全面介绍。从此,达克罗技术开始逐渐被人们所了解,中国表面处理工作者也着手对它进行了多角度多层次的探索和研究。1996年国家机械工业部将达克罗列为清洁生产重点资助开发项目,1999年达克罗被国家环保总局列为国家重点环保实用技术,如今它已经成为各地电镀涂装行业推介的热点。由于达克罗涂层突出的抗蚀性能,再加上它在涂装过程中对环境的污染较少,因而在不到10年的时间内取得了长足发展。现在,达克罗涂装生产线设备和达克罗涂料以及制造涂料所必需的超微片状锌、铝材料已经实现国产化,并基本达到国外上世纪九十年代前期水平。目前,中国正在运行的达克罗涂装生产线已经超过70条(仅江浙沪地区就达到了30条之多),年消耗达克罗涂料近400吨。关于达克罗的国家标准GB/T 18684-2002《锌铬涂层技术条件》也于2002年由国家质量监督检验检疫总局正式颁布实施,并将达克罗涂层正式定名为“锌铬涂层”。

   
达 克罗表面处理是一个完全闭合的过程,从前处理到最后的成膜,没有水漂洗工序,很少向外界排放含有害物质的废水。烘烤时的排出物主要是水蒸气,基本上不含有害物质。因此,用达克罗替代电镀锌和热浸镀锌,确实可以减轻传统表面处理产生的严重环境污染。但是,从严格意义上来说,达克罗还不是完全的“绿色产品”, 不能简单地将其冠名为“绿色电镀”。这主要是因为在达克罗处理液中还含有约2%Cr6+Cr6+是众所周知的有害物质,毒性强且有致癌作用,会对人类生存环境造成严重污染,因此铬的使用已经受到越来越严格的限制。尽管达克罗涂料中绝大部分的Cr6+在烘烤成膜的过程中通过反应转化成了Cr3+,但仍有很少量的铬以可溶性六价铬的形式保留在达克罗涂层中。在正常情况下,它的溶出量应该不大于3μg/cm2,但即使是这个数量也同镀锌钝化层一样超过了0.6μg/cm2这一引起过敏的限度。如果涂料质量低劣或是工艺过程失控,则涂层中可溶性六价铬的量会大大增加,造成的后果相当严重。为了解决这一问题,法国的Dacral公司调整了达克罗涂料液的材料,于10年前推出了名为Dacromet LC的低铬达克罗。它在不改变原有烘烤条件的情况下使六价铬尽可能全部在反应中被还原,其膜层中Cr6+的含量降为0.03μg/cm2。中国有些达克罗涂料生产企业也采取了用钼或钛的化合物替代部分铬酸以降低Cr6+含量的措施。不过,尽管如此也难以应对越来越高的环保要求。在这种情况下,经历了一个从量变到质变的过程后,被人们称之为“无铬达克罗”的交美特终于问世。

关于交美特(Geomet

   Geomet
是美国MCI公司为满足政府VOC法规和汽车行业规定的环保要求而开发出的表面处理新技术,这项技术通过其达克罗姊妹公司即日本的NDS、法国Dacral和巴西的MCBI公司共同推向全球市场。不含铬的交美特涂层作为达克罗涂层的更新换代产品已经首先被汽车制造行业普遍认可和接受。

   
防腐蚀途径

   
交美特涂层的外观呈亚光银灰色,光泽较达克罗涂层略暗,是一种将超细锌鳞片和铝鳞片叠合包裹在特殊粘结剂中的无机涂层。交美特涂层从四个方面对钢铁基体提供保护作用:

(1)
屏障保护:经过处理的层层叠合的锌鳞片和铝鳞片在钢铁基体和腐蚀介质之间提供了一道优良的屏障,阻碍了腐蚀介质和去极化剂到达基体;

(2)
电化学作用:锌层作为牺牲阳极被腐蚀以保护钢铁基体;

(3)
钝化作用:由于钝化而产生的金属氧化物减慢了锌及钢铁的腐蚀反应速度;

(4)
自修复作用:当涂层受损时,锌的氧化物和碳酸盐向涂层被损坏的区域移动,积极地修复涂层,恢复保护屏障。

环境效益

 
交美特所采用的涂料是符合美国VOC法规的水性涂料,涂料中不使用危险的溶剂,不含有毒的金属(如镍、铅、钡和汞)。交美特与铬完全不沾边,在其涂料和涂层中均不含有任何的铬,既没有六价铬也没有三价铬。所以,交美特完全符合美国环保署(EPA)、美国职业安全和健康行政部门(OSHA)的相应规范和世界各大汽车制造厂商的标准要求,在表面处理过程中不折不扣地实现了清洁生产,是一种真正意义上的环保实用技术。

   性能特点

(1)涂层薄:交美特涂层的厚度通常为8-10微米,带有封闭层的(如GEOMET L),其厚度为10-14微米;

(2)无氢脆:涂覆过程不采用酸洗,不涉及电化学过程,避免了氢脆的产生;

(3)抗双金属腐蚀:大多数锌层当与铝或钢紧密配合时会产生典型的双金属微电池,而交美特涂层中的铝鳞片能够消除上述现象的发生;

(4)耐有机溶剂:作为一种无机涂层,它的本性导致它能够耐受有机溶剂;

(5)耐热性:在550°F288)下加热3小时后仍保持其原有的抗腐蚀性能;

(6)导电性:涂层中叠合在一起的金属锌、铝薄片允许电流通过并传导到基体;

(7)耐腐蚀:对于罗纹零件来说,8-10微米的交美特涂层可以承受720小时盐雾试验不出现红锈;而对于非罗纹紧固则可达800小时。单纯的交美特涂层的耐盐雾腐蚀性能稍逊于达克罗涂层,但在仿真真实自然环境的循环腐蚀试验中的表现与达克罗不相上下。

   通用的涂覆加工程序

   
交美特与达克罗在涂覆生产线设备上是通用的。在对零件进行前处理以后,交美特同达克罗一样,采用常规的浸渍-离心、喷涂或浸渍-沥液-离心的涂覆工艺,通过调整涂覆过程的工艺参数可以得到不同的涂层厚度。经涂覆后的零件在525°600°F(274°316,此为金属零件温度峰值)下烘烤15分钟形成交美特膜层。其固化温度范围较宽,这是由涂料的化学性质决定的。        烘烤方式的革新

   
交美特在成膜时对烘烤方式进行了革新,采用了一些与达克罗不同的工艺方法和设备。新的烘烤方式有以下两种:

(1)浸渍-离心后零件的烘烤:第一遍涂覆后的零件在350°450°F177°232,指金属零件的温度)下加热15分钟得到涂层;然后进行第二遍涂覆,并在525°600°F274°316,此为金属零件温度峰值)下烘烤15分钟,对两遍涂覆层一并进行最终的处理。

(2)喷涂后零件的感应加热:对喷涂后的零件进行感应加热可以很快地达到525°600°F274°316)的温度。这种烘烤方式是快速,高效和紧凑的,因为零件的处理过程在极短时间内即可完成。

 

       封闭层

   
封闭层是为完善交美特涂层的性能,满足各种工业标准多方面的要求而开发出来的。交美特涂层与封闭层配套使用后,进一部提高了原有的性能并扩展了其功能。封闭层是交美特表面处理体系的组成部分,它作为面层涂覆在交美特涂层上,具有以下作用:

(1)
减摩:不同的封闭层可以得到不同的减摩效果,最低可将涂层的摩擦系数降到0.1以下;

(2)
提高耐腐蚀能力;

(3)
提高抗双金属腐蚀能力;

(4)
提高对有机溶剂、汽油和刹车液的耐受能力;

(5)
良好的耐热性;

       
系列化的涂层体系

   
交美特涂层已经发展成为能够满足工程上对耐蚀、减摩以及其它功能需求的系列化的涂层体系,具备了全面取代达克罗涂层的能力。通过以上表格中的数据可以具体了解各种交美特涂层的性能及其适用范围。

     
发展与展望

   
交美特(Geomet)的英文前缀“geo-是“地球”、“土地”的意思,这个名称的环保含意不言而喻。交美特不是简单的“无铬达克罗”,而是一种全新的表面处理体系。作为达克罗的更新换代产品,交美特继承了达克罗高抗蚀、无氢脆、涂层薄的特点,同时彻底摒弃了有害的Cr6+,实现了真正的清洁生产。尽管交美特的涂覆加工成本目前还比较高,但它的巨大的发展前景是可以预期的。达克罗当年是应汽车的防蚀要求而诞生,并通过汽车行业 成功地走向世界的。交美特今天还是循着这条轨迹行进,可谓是轻车熟路。由于中国大量的电镀锌和热浸镀锌企业还有待改造,因此在最近若干年内,达克罗在中国仍然有着一定的发展空间,但是达克罗被交美特取代的大趋势是无法改变的,未来无疑是属于交美特的。

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