操控臺(tái)裝備廣泛運(yùn)用于全國范圍內(nèi)，其中不乏全天候濕熱地區(qū)。針對(duì)操控臺(tái)在按照國軍標(biāo)濕熱試驗(yàn)考核過程中出現(xiàn)的表面銹蝕現(xiàn)象，對(duì)操控臺(tái)表面噴塑工藝參數(shù)進(jìn)行研究和分析，通過試驗(yàn)驗(yàn)證得到了合適的噴涂工藝參數(shù)。經(jīng)工藝參數(shù)優(yōu)化后，操控臺(tái)通過了國軍標(biāo)濕熱試驗(yàn)的考核。
引言
操控臺(tái)具備顯控軟件運(yùn)行、顯示控制和數(shù)據(jù)處理功能，為指揮操作人員提供人機(jī)交互平臺(tái)。操控臺(tái)廣泛應(yīng)用在全國范圍內(nèi)，在濕熱環(huán)境中使用時(shí)，水汽長期附著在操控臺(tái)表面，對(duì)臺(tái)體表面及結(jié)構(gòu)部件上的銹蝕，破壞防護(hù)涂層，加速電化學(xué)腐蝕，影響設(shè)備的外觀、使用壽命以及帶來其它危害。濕熱條件在我國熱帶地區(qū)全年都可能出現(xiàn)，在中緯度地區(qū)則季節(jié)性地出現(xiàn)，在高緯度地區(qū)機(jī)房或者指揮中心均設(shè)置有加濕設(shè)備，也會(huì)出現(xiàn)濕熱環(huán)境，因此操控臺(tái)的濕熱條件下防銹蝕研究具有重要意義。
目前市面上常見的操控臺(tái)結(jié)構(gòu)上分為顯示屏組件和臺(tái)體組件，臺(tái)體組件由操控臺(tái)面、柜體、內(nèi)部設(shè)備、前后柜門等組成，臺(tái)體通常由冷軋鋼板、鍍鋅鋼板焊接而成，臺(tái)體焊接完成后表面噴涂塑粉，表面符號(hào)采用絲網(wǎng)印刷或者激光鐳雕，其余部件以螺釘裝聯(lián)或鉚接進(jìn)行固定，結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜。
基于上述背景，本文首先通過對(duì)操控臺(tái)在國軍標(biāo)GJB 150.1A-2009規(guī)定的濕熱試驗(yàn)條件下出現(xiàn)表面銹蝕的問題進(jìn)行分析，然后進(jìn)行噴涂工藝參數(shù)分析與優(yōu)化，并通過濕熱環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，得到操控臺(tái)噴涂的合適工藝參數(shù)，滿足國軍標(biāo)規(guī)定的濕熱試驗(yàn)考核。
濕熱條件及銹蝕現(xiàn)象
1、濕熱條件
依據(jù)國軍標(biāo)GJB 150.1A-2009濕熱試驗(yàn)要求：濕熱試驗(yàn)以24h為一個(gè)循環(huán)周期，一般10個(gè)周期足以展現(xiàn)濕熱環(huán)境對(duì)大多數(shù)裝備的潛在影響。雖然溫度為60℃和相對(duì)濕度為95%的綜合在自然環(huán)境中不會(huì)出現(xiàn)，但該溫度和相對(duì)濕度的綜合能發(fā)現(xiàn)裝備的潛在問題。裝備在濕熱環(huán)境中工作，則應(yīng)每5個(gè)循環(huán)至少進(jìn)行一次性能檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間在圖1所示的檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。
圖1 濕熱循環(huán)控制圖
濕熱試驗(yàn)條件中溫度可依據(jù)裝備的使用環(huán)境以及用戶協(xié)議要求進(jìn)行調(diào)整，但相對(duì)濕度95%一般不允許調(diào)整。本操控臺(tái)屬于地面電子裝備，使用環(huán)境在室內(nèi)，綜合考慮實(shí)際使用環(huán)境與用戶要求，將本操控臺(tái)濕熱試驗(yàn)的條件設(shè)定為恒定溫度40℃，濕度95%RH，以24h為一個(gè)循環(huán)周期，共10個(gè)周期。濕熱試驗(yàn)的要求如下：
1)濕熱試驗(yàn)的條件、設(shè)備、程序應(yīng)符合GJB 150.1A-2009的規(guī)定；
2)初檢、中間、終檢內(nèi)容：外觀、結(jié)構(gòu)狀況良好，操控臺(tái)加電運(yùn)行正常；
3)濕熱試驗(yàn)與其它環(huán)境試驗(yàn)共同進(jìn)行時(shí)，試驗(yàn)順序應(yīng)為：低溫貯存→低溫工作→高溫貯存→高溫工作→濕熱→振動(dòng)。
2、銹蝕現(xiàn)象
操控臺(tái)在組裝及調(diào)試完畢后進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，本次濕熱試驗(yàn)所用設(shè)備為步入式恒溫恒濕試驗(yàn)箱，型號(hào)UC1060100-R，校準(zhǔn)有效期內(nèi)。
放入試驗(yàn)箱之前，檢驗(yàn)人員對(duì)操控臺(tái)進(jìn)行了檢驗(yàn)，裝備外觀完好，加電工作狀態(tài)正常。濕熱結(jié)束后，檢驗(yàn)人員對(duì)操控臺(tái)進(jìn)行了再次檢驗(yàn)，操控臺(tái)加電工作狀態(tài)正常，但臺(tái)體表面多處出現(xiàn)了銹斑，如圖2所示。
圖2 臺(tái)體表面多處銹蝕
銹蝕原因分析
本操控臺(tái)臺(tái)體由鍍鋅鋼板加工而成，鋼的主要元素是鐵，鐵的銹蝕是由于與空氣的接觸發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，它的發(fā)生需要三個(gè)條件：氧氣、陽極和電解質(zhì)，陽極就是鐵本身，電解質(zhì)就是空氣中的水蒸氣，而氧氣就是空氣中所含的氧氣，這三個(gè)條件成立，則會(huì)開始發(fā)生銹蝕這一氧化還原反應(yīng)。在銹蝕后，鐵的表面會(huì)出現(xiàn)一些暗紅色的鐵銹，它是氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
操控臺(tái)的抗環(huán)境腐蝕能力主要依靠表面的噴塑涂層，在有噴塑涂層的情況下，鋼件基材仍然與空氣中的氧氣和水蒸氣接觸引發(fā)銹蝕，主要原因有：
1)前處理不干凈，工件表面有水、粉塵、碎屑等異物；
2)噴塑涂層遭到外力破壞；
3)涂層致密性較差，涂層內(nèi)孔隙過多。
本批次操控臺(tái)噴塑過程采用無油無水的壓縮空氣，工件前處理過程合規(guī)，噴涂前進(jìn)行了工件、設(shè)備的檢查，環(huán)境條件、工藝設(shè)備條件與日常操作無異，銹蝕部位通過電子顯微鏡檢查未發(fā)現(xiàn)異物，因此可排除前處理不干凈的因素。
對(duì)臺(tái)面多處銹蝕部位進(jìn)行觀察，涂層無明顯受損痕跡，可排除涂層遭受外力破壞因素。經(jīng)漆膜測(cè)厚儀測(cè)量操控臺(tái)表面的涂層厚度，銹蝕部位厚度為30μm~60μm，如圖3所示，對(duì)其它通過濕熱試驗(yàn)的設(shè)備涂層進(jìn)行測(cè)量，涂層厚度均在100μm以上。從操控臺(tái)上拆下一塊較小的銹蝕部件，使用電子顯微鏡可觀察到涂膜表面銹點(diǎn)位置存在孔隙。據(jù)此推斷，噴塑層厚度不足，涂膜高溫固化過程中流淌不均，涂層致密性差，內(nèi)部孔隙多，空氣中的氧氣和水蒸氣通過涂層孔隙與鋼件基材接觸引發(fā)銹蝕。
圖3 銹蝕部位涂層厚度測(cè)量
防銹能力優(yōu)化
1、現(xiàn)行噴涂工藝
靜電噴涂是通過電暈放電原理，在噴槍前端的附近產(chǎn)生密級(jí)的電荷，將霧化的塑粉顆粒通過槍嘴噴出時(shí)，高壓直流電場作用使其形成帶電塑粉粒子，在靜電力的作用下，被吸到與其極性相反的金屬工件表面，使工件獲得一定厚度的粉末涂層，然后經(jīng)過固化爐加熱使色粉熔融、流平、固化，即在工件表面形成堅(jiān)硬的涂層。一般噴涂前會(huì)對(duì)工件進(jìn)行噴丸處理，噴丸是利用壓縮空氣為動(dòng)力形成的高速噴射束，噴出沙丸或鐵丸，對(duì)工件表面進(jìn)行高速撞擊，使工件表面發(fā)生物理變化，增加鋼板和塑粉的附著力，延長涂層的耐久性。
查閱工藝文件和現(xiàn)場操作記錄，本操控臺(tái)使用的塑料粉末為北京某廠家的環(huán)氧聚酯混合類塑粉。噴塑主要工藝流程為：噴涂前清潔→表面噴丸→噴涂掛件→靜電噴涂→高溫固化→出爐冷卻→產(chǎn)品檢驗(yàn)→周轉(zhuǎn)前防護(hù)，噴槍采用圓扁型噴嘴，各工件噴涂參數(shù)為：靜電電壓80kV，噴涂槍數(shù)4次，烘烤溫度180℃，烘烤時(shí)間25min。
2、噴涂工藝優(yōu)化
2.1靜電電壓
靜電電壓與涂層厚度成正比關(guān)系，隨著靜電電壓的增加，涂層厚度逐漸增加，當(dāng)靜電電壓達(dá)到90kV以上時(shí)，涂層厚度幾乎不再增加，靜電電壓合適范圍為60-80kv，本操控臺(tái)噴塑采用的靜電電壓為80kV，屬于合理范圍內(nèi)。
2.2烘烤溫度
烘烤溫度和烘烤時(shí)間主要影響色澤、附著力和硬度。塑粉的烘烤溫度一般采用涂料廠商推薦的溫度，業(yè)界常用烘烤溫度為180℃-195℃之間，根據(jù)本操控臺(tái)所用塑粉廠商的推薦，烘烤溫度設(shè)定為180℃屬于適宜溫度。
2.3烘烤時(shí)間
取兩組各4件鍍鋅鋼板樣品，在固化爐溫度達(dá)到180℃時(shí)，將樣品分別烘烤15min、20min、25min、30min，出爐冷卻后進(jìn)行檢驗(yàn)。主要檢驗(yàn)項(xiàng)目為色澤、附著力和硬度，檢驗(yàn)情況如下：
1)色澤：4種烘烤時(shí)間下各樣板色澤與色板樣片無明顯差異，符合要求。
2)附著力：取一組4件樣片，使用百格刀測(cè)試附著力，結(jié)果如表1所示。
表1 附著力測(cè)試記錄表
3)硬度：取另一組4件樣片，使用硬度筆測(cè)試硬度，測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表2 硬度測(cè)試記錄表
綜上，本操控臺(tái)所采用的環(huán)氧聚酯混合類塑粉噴塑靜電電壓為80kV、烘烤溫度180℃，烘烤時(shí)間25min是滿足技術(shù)要求且經(jīng)濟(jì)合理的，無需調(diào)整。
2.4噴涂次數(shù)
噴涂次數(shù)主要影響涂層厚度，是影響涂層是否有孔隙的關(guān)鍵，也是本次優(yōu)化的重點(diǎn)參數(shù)。取4組鍍鋅鋼板樣片，每組共4片，在與操控臺(tái)噴塑過程相同的環(huán)境條件和工藝設(shè)備條件下分別噴涂4槍、5槍、6槍和8槍，噴槍靜電電壓80kV，烘烤溫度180℃，烘烤時(shí)間25min。
自然冷卻后對(duì)涂層厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表3-表6所示。
表3 第一組樣片檢驗(yàn)記錄表
表4 第二組樣片檢驗(yàn)記錄表
表5 第三組樣片檢驗(yàn)記錄表
表6 第四組樣片檢驗(yàn)記錄表
按照以往生產(chǎn)的其它裝備的環(huán)境試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，涂層厚度在約100μm以上可以通過濕熱試驗(yàn)，通過4組樣片對(duì)比可以直觀的看出，采用圓扁型噴頭的情況下，噴涂6槍涂層厚度約100μm，噴涂8槍涂層厚度約125μm，綜合考慮生產(chǎn)效率等因素，擬對(duì)本次銹蝕的操控臺(tái)涂層按噴涂槍次為6次進(jìn)行整改。
3、整改
依據(jù)以上分析和驗(yàn)證結(jié)果，本次操控臺(tái)的整改措施為拆卸需要噴塑的鋼板部件，對(duì)部件進(jìn)行退粉、打磨清潔后重新噴塑，噴塑的參數(shù)如表7所示。
表7 操控臺(tái)返工噴塑參數(shù)表
噴塑完成后，對(duì)各工件噴塑面隨機(jī)抽取6個(gè)點(diǎn)測(cè)量厚度，如圖4所示。
圖4 返工后工件厚度測(cè)量
由于人工噴涂，噴涂速度不均勻，工件表面的涂層厚度也不均勻，但每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量值都大于100μm，測(cè)量結(jié)果如表8所示。
表8 整改后涂層厚度記錄表
4、試驗(yàn)驗(yàn)證
對(duì)噴涂返工后的工件組裝成操控臺(tái)，再次進(jìn)行濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)條件保持不變。試驗(yàn)結(jié)束后，檢驗(yàn)人員對(duì)操控臺(tái)進(jìn)行了再次檢驗(yàn)，操控臺(tái)加電工作狀態(tài)正常，臺(tái)體原表面銹蝕部位及其它面涂層均完好無銹蝕情況，如圖5所示。因此對(duì)噴涂工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，操控臺(tái)能夠滿足國軍標(biāo)濕熱試驗(yàn)的考核要求。
圖5 原表面銹蝕部位整改后情況
5、措施固化
通過試驗(yàn)驗(yàn)證后，對(duì)本操控臺(tái)的噴塑工藝優(yōu)化后的相關(guān)措施進(jìn)行固化，主要有以下幾個(gè)方面。
1)修改本操控臺(tái)的噴塑工藝規(guī)范，明確噴涂參數(shù)，如表7所示；
2)明確噴塑后涂層厚度檢驗(yàn)要求，對(duì)每個(gè)工件的噴塑面取6個(gè)點(diǎn)作測(cè)量記錄，每個(gè)點(diǎn)位涂層厚度都應(yīng)≥100μm；
增加操控臺(tái)成品對(duì)于涂層厚度的檢驗(yàn)要求，選擇臺(tái)體各噴塑面，通過漆膜測(cè)厚儀測(cè)量涂層厚度，涂層厚度均應(yīng)≥100μm。
結(jié)論
濕熱試驗(yàn)考核的是裝備耐濕熱大氣影響的能力，本文通過對(duì)操控臺(tái)裝備在濕熱試驗(yàn)出現(xiàn)銹蝕的問題分析，在對(duì)操控臺(tái)噴涂工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的操控臺(tái)已成功通過國軍標(biāo)濕熱試驗(yàn)的考核。依靠鋼件表面噴塑涂層作為耐濕熱主要防護(hù)措施的裝備，設(shè)計(jì)人員、工藝人員應(yīng)當(dāng)對(duì)裝備使用的塑粉的特性進(jìn)行詳細(xì)了解，特別是新塑粉的引入，噴涂工藝參數(shù)需進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證，不能僅僅套用通用的噴塑工藝參數(shù)，生產(chǎn)過程中需做好工件周轉(zhuǎn)防護(hù)，避免涂層受到磕碰破壞。另外，需要注意的是在裝備裝配過程中，螺釘緊固需避免電批扭力過大或多次返工拆裝螺釘，會(huì)導(dǎo)致涂層受到破壞。本文的理論分析和噴塑工藝參數(shù)優(yōu)化，對(duì)于臺(tái)體類設(shè)備在耐濕熱設(shè)計(jì)上提供積極的參考價(jià)值。
引用本文：熊星，馮衛(wèi)煒，徐超亮，羅曉佳，尤磊.操控臺(tái)濕熱試驗(yàn)防表面銹蝕方法研究[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(03):119-123.
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