粉末涂料對涂裝施工人員技能要求一般，涂料的利用率甚至可達到98%，雖然烘烤溫度較高，但是在薄板件應(yīng)用中，單位面積的綜合涂裝成本遠低于溶劑型涂料及水性涂料，有的粉末涂料涂裝生產(chǎn)線成本只有溶劑型涂料/水性涂料的一半。當(dāng)前在工程機械行業(yè)各大企業(yè)均有粉末涂裝線，包括油箱、駕駛室、機罩等產(chǎn)品涂裝。由于粉末噴涂在邊、角、孔、洞、縫等位置容易出現(xiàn)膜層較薄的問題，工程機械行業(yè)還研發(fā)了“干碰干”的粉末涂料施工工藝。粉末涂料不僅環(huán)保，而且成本低，因此越來越受到歡迎，在工程機械基本形成一種理念：能用粉末涂料涂裝的，不選擇液體涂料涂裝。由于許多工程機械鋼結(jié)構(gòu)件的板材較厚，考慮采用粉末涂料涂裝進行烘烤需要消耗較多的能源，因此，目前工程機械行業(yè)粉末涂料涂裝主要是薄板件或小件。但是，由于粉末涂料使用成本較低，一定程度上可以抵消烘烤能耗的成本增加，因此，粉末涂料與涂裝在工程機械鋼結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用仍在探索?，F(xiàn)在，國內(nèi)工程機械鋼結(jié)構(gòu)件粉末涂料涂裝，主要應(yīng)用在起重機臂架、挖機四大結(jié)構(gòu)件（車架、平臺、動臂、斗桿）等鋼結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品上。本文論述了當(dāng)前工程機械鋼結(jié)構(gòu)件粉末涂料涂裝的主要難點以及鋼結(jié)構(gòu)件新粉末涂層體系研究進展。

一、工程機械鋼結(jié)構(gòu)件涂裝現(xiàn)狀

1.1 工程機械鋼結(jié)構(gòu)件的含義及特點

工程機械鋼結(jié)構(gòu)件是由多種零件通過焊接、鉚接或螺栓連接等方式連接成的互相連系、互相制約的一個有機的整體。在工程機械產(chǎn)品中，鋼結(jié)構(gòu)件起著非常重要的作用。但由于其質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用環(huán)境惡劣，在使用過程中發(fā)生銹蝕的概率很大，因此其對涂料涂裝的要求非常高。以往，工程機械行業(yè)主要關(guān)注工程機械產(chǎn)品的腐蝕防護性能，對其裝飾性能要求并不高。隨著技術(shù)進步及市場競爭不斷提升，當(dāng)前人們對工程機械產(chǎn)品的涂裝也提出了高裝飾性的要求。因此，工程機械產(chǎn)品的鋼結(jié)構(gòu)件，不僅要求涂覆涂層具有較好的耐沖擊性、耐摩擦性和柔韌性，良好的耐水性、耐濕熱性、耐腐蝕性、耐候性及較好的耐污染性和耐介質(zhì)性，還要保持涂層優(yōu)異的附著力和良好的外觀展示效果。

1.2 工程機械鋼結(jié)構(gòu)件使用液體涂料現(xiàn)狀

近幾年來，由于環(huán)保法規(guī)的要求越來越高，液體涂料中的溶劑型涂料在工程機械上的應(yīng)用越來越少，當(dāng)前批量生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)件多數(shù)采用液體涂料中的水性涂料、高固含涂料。粉末涂料主要用于中小件，鋼結(jié)構(gòu)件特別是大型鋼結(jié)構(gòu)件使用粉末涂料涂裝的生產(chǎn)線較少。國內(nèi)某著名公司在2017年進行了水性涂料的批量切換及使用，鋼結(jié)構(gòu)件采用水性涂料涂裝時需要對原有溶劑型生產(chǎn)線進行技術(shù)改造，如，在噴涂底漆前增加工件預(yù)熱工序；噴涂底漆/面漆后充分流平才能進行烘干；水性涂料烘干爐設(shè)計時是先熱風(fēng)后紅外等。鋼結(jié)構(gòu)件使用水性涂料初期，采用一般空氣噴涂，涂料利用率僅能達到25%~30%；后期引進水性雙組分涂料高壓無氣混氣靜電噴涂新技術(shù)，涂料利用率可以提升至55%~65%。但相對粉末涂料來講，使用水性涂料涂裝后會存在大量的漆渣、廢水處理等問題，使得涂裝成本居高不下。

二、鋼結(jié)構(gòu)件新粉末涂層體系研究

2.1 一般粉末涂層體系應(yīng)用分析

為了獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量，更低的制造成本，國內(nèi)某工程機械主機公司挖機結(jié)構(gòu)件采用了拋丸+化學(xué)前處理+‘干碰干’的粉末涂層體系（簡稱為：一般涂層體系）；但在實際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過化學(xué)前處理的結(jié)構(gòu)件會存在大量積水、積丸及水分烘干不良的工藝質(zhì)量問題。當(dāng)前行業(yè)里鋼結(jié)構(gòu)件采用的一般涂層體系的應(yīng)用分析如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)件用一般粉末涂層體系的應(yīng)用分析

工程機械鋼結(jié)構(gòu)件采用一般粉末涂層體系涂裝，雖然實現(xiàn)了粉末涂料涂裝，滿足了環(huán)評排放要求和復(fù)合涂層性能指標，但是通過分析表1中一般粉末涂層體系的關(guān)鍵點可知：前期設(shè)備投資成本高、后期運行成本和管理成本也高；工藝流程較復(fù)雜、工序管控點較多，尤其是化學(xué)前處理和水分烘干，存在的涂層質(zhì)量隱huan較大。所以，鋼結(jié)構(gòu)件粉末涂層體系和涂裝工藝急需優(yōu)化，本文研究了新粉末涂層體系即拋丸+環(huán)氧底粉/環(huán)氧富鋅底粉+聚酯面粉。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)件新粉末涂料及涂層體系選擇

2.2.1鋼結(jié)構(gòu)件涂料及涂層體系研究技術(shù)路線

首先明確各種涂料涂層體系的具體構(gòu)成，詳細如表2所示。由表2可見液體涂料涂層體系和粉末涂料涂層體系差距較大，所以，鋼結(jié)構(gòu)件的涂料涂層體系技術(shù)路線，直接關(guān)聯(lián)涂裝車間設(shè)計，必須明確已有涂裝車間的適用匹配性，否則必須新建涂裝車間或改建。

表2 鋼結(jié)構(gòu)件涂料涂層體系分類與構(gòu)成

液體涂料涂層的水性涂料涂裝工藝和高固含涂料涂裝工藝均可在傳統(tǒng)的溶劑型涂料涂裝車間進行少量局部改造，即可快速投入使用。但是，對于鋼結(jié)構(gòu)件的一般粉末涂層體系，必須新建涂裝車間，而新粉末涂層體系可在一般粉末涂料涂裝設(shè)備的基礎(chǔ)上局部改造，便可投入使用。

涂層體系的切換“牽一發(fā)而動全身”，首先要根據(jù)企業(yè)的涂裝質(zhì)量目標定出要達到的技術(shù)指標，同時對當(dāng)前即將選擇的涂料及涂層體系進行市場調(diào)研及供方技術(shù)交流。粉末涂料及涂層體系選擇技術(shù)路線實施過程中需要注意：①確定質(zhì)量目標后，需要與涂料供方進行充分的技術(shù)交流，并根據(jù)涂料供方的產(chǎn)品特點制定相應(yīng)的試驗技術(shù)指標。②對于重要技術(shù)指標需進行第三方檢測，如，耐鹽霧、耐濕熱、耐老化等耐久性能。第三方檢測機構(gòu)出具檢測報告時，要求備注關(guān)鍵、核心的工序、工藝方法，方便查閱試驗的關(guān)鍵信息。③在進行樣板測試時，對各個樣板及試驗過程中的數(shù)據(jù)要真實、詳細地記錄，且試驗記錄要求參與試驗的相關(guān)人員進行簽字確定。④值得注意的是，為了確保試驗的公平、公正、嚴謹，要對各供方的試驗樣板進行編號，同時試驗樣板編號要保密處理，對送檢、互檢的樣板進行全過程的跟蹤。

2.2.2鋼結(jié)構(gòu)件新粉末涂層體系研究

當(dāng)前，為了解決一般粉末涂層體系中化學(xué)處理工序?qū)е碌牟糠纸Y(jié)構(gòu)件局部積水、局部表面烘不干、局部涂層質(zhì)量有待提高等問題；同時，為了提升鋼結(jié)構(gòu)件的粉末涂層質(zhì)量、降低成本，本文研究探討了新粉末涂層體系的應(yīng)用，包含拋丸前工件表面的質(zhì)量要求、拋丸后工件表面的質(zhì)量要求、滿足腐蝕防護要求的涂層體系及固化條件等技術(shù)參數(shù)。

（1）工件來料質(zhì)量及技術(shù)指標的研究。

首先，鋼板應(yīng)整張進行拋丸預(yù)處理，再進行切割、下料、成型、焊接、機加等工藝；其次，鋼結(jié)構(gòu)件在機加工序中，應(yīng)使用水溶性切削液；最后，焊接工序中盡可能減少使用防飛濺劑。同時，制定工件表面來料基準書，明確工件來料的質(zhì)量檢測內(nèi)容、判定標準及測試方法。例如：鋼板來料的銹蝕程度應(yīng)與標準腐蝕圖片進行對比。

（2）拋丸前和拋丸后工件表面質(zhì)量的研究。

在拋丸前采用高溫蒸汽機對工件表面進行清潔，清洗后工件表面殘留的水分要進行烘干，烘干后對工件表面質(zhì)量進行檢查；研究采用不同拋丸磨料對工件表面質(zhì)量的影響，主要對拋丸后工件表面的粗糙度、清潔度、可溶性鹽含量、RPc、除銹等級等技術(shù)指標為主進行研究。值得注意的是，與供方進行充分的技術(shù)交流后，要雙方簽署明確的試驗測試標準及方法，以便產(chǎn)生分歧時處理。

（3）不同拋丸磨料拋丸后工件表面狀態(tài)的研究。

不同拋丸磨材拋丸后的基材表面狀態(tài)如表3所示。

表3 不同拋丸磨料拋丸后的基材表面狀態(tài)

分析表3中不同拋丸磨料和其對應(yīng)的拋丸后表面狀態(tài)可知，盡管拋丸后表面粗糙度和打砂密度管控參數(shù)一致，但不同的表面狀態(tài)直接關(guān)聯(lián)粉末涂裝后涂層質(zhì)量，尤其是涂層耐久性。所以，磨料的選擇至關(guān)重要，決定了涂覆的粉末涂層的技術(shù)指標。

（4）結(jié)構(gòu)件粉末涂裝固化采用天然氣觸媒紅外輻射的研究。

工程機械結(jié)構(gòu)件多數(shù)以厚板件為主，為了確保粉末涂層體系烘干的可實施性，首先對烘干爐設(shè)定相同的烘干參數(shù)，針對不用的板厚進行升溫曲線測試（如圖1所示），為樣板制作提供技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 結(jié)構(gòu)件粉末涂裝天然氣觸媒紅外輻射烘干溫度曲線

（5）鋼結(jié)構(gòu)件新粉末涂層體系的確定及試驗。

完成涂層體系設(shè)計只是明確了要求和目標，后續(xù)，涂料品種及涂料供應(yīng)商的選擇必須使用系統(tǒng)規(guī)范化的試驗流程進行指導(dǎo)，如圖2，各種鋼結(jié)構(gòu)件基材、前處理、不同類型涂料涂層、各種粉末涂料的配套，都必須進行相關(guān)試驗驗證。依據(jù)圖2試驗流程推進，選用不同的磨料、不同的粉末涂料進行樣板測試，檢測粉末涂層體系的技術(shù)性能指標，結(jié)果表明：①選用鋼絲切丸磨料，拋丸處理后，鋼結(jié)構(gòu)件表面涂覆粉末涂料效果最優(yōu)；②選用環(huán)氧/環(huán)氧富鋅底粉+聚酯面粉體系，涂層耐中性鹽霧1000h后劃痕處銹蝕寬度<2mm，耐氙燈老化2000h后失光率<30%，耐濕熱960h后涂層無起泡、開裂現(xiàn)象，滿足企業(yè)對涂層性能的要求。此外，對于不同種類的底粉和面粉配套，為了保證涂層質(zhì)量，底粉噴涂和面粉噴涂中間需要增加預(yù)固化（約熔融狀態(tài)）工序，至于底粉預(yù)固化的4種狀態(tài)（未熔融、預(yù)熔融、熔融、過熔融）分別對復(fù)合涂層性能的影響，待進一步探討研究。

圖2 涂料試驗及選擇的流程

三、鋼結(jié)構(gòu)件粉末涂裝發(fā)展趨勢

近幾年，粉末涂料涂裝應(yīng)用于工程機械行業(yè)的比例逐年增加，在環(huán)評法律法規(guī)和智能制造升級的雙重要求下，粉末涂料涂裝是最好的選擇。粉末涂料的VOCs含量幾乎為零，且不產(chǎn)生任何的廢氣、廢渣、固體廢物等，粉末涂料的利用率高達98%，剩下的2%還可以對外直接銷售。此外，隨著智能制造和數(shù)字化的沖擊，涂裝生產(chǎn)線急需升級改造，實現(xiàn)智能化、數(shù)字化。但是，多數(shù)原涂裝生產(chǎn)線已使用十幾年甚至更長時間，無改造價值。新建線，多數(shù)考慮粉末涂料涂裝生產(chǎn)線，結(jié)構(gòu)件一般用粉末涂料涂裝，因化學(xué)前處理和水分烘干，導(dǎo)致前期生產(chǎn)線建設(shè)投資成本較高、后期運行成本和管理成本均高，且產(chǎn)生一定量的廢水處理，所以，結(jié)構(gòu)件新粉末涂料涂裝（無化學(xué)前處理）是較佳的選擇，鋼結(jié)構(gòu)件的新粉末涂層體系（拋丸+環(huán)氧底粉/環(huán)氧富鋅底粉+預(yù)固化+聚酯面粉）將是國內(nèi)涂裝行業(yè)的革命創(chuàng)舉，是未來發(fā)展的必然趨勢。