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現需要研發一款壁厚較?。ê穸?mm以下），并且可以承壓的太陽能熱水器，由于各地區的水質差異較大，則要求該熱水器具有較強的耐腐蝕性能。而一般的承壓熱水器內膽壁厚都在1mm以上，厚度在1mm以下的基材如果不采取任何表面處理，很難滿足產品設計要求。因此選用哪種材料的內膽，并對內膽內表面采取哪種表面處理方式，成為研發人員首先面臨的問題。由于內膽壁厚較小，不適宜做搪瓷處理，防腐涂料成本較高，綜合考慮各種因素后，選擇了粉末噴涂的處理方式。本文對不同基材在不同前處理方式下的噴涂試片做了相關試驗分析，為該方案的選擇提供了依據。

1、熱水器內膽現狀

目前市場上熱水器應用的內膽主要有不銹鋼內膽和搪瓷內膽兩種。

不銹鋼內膽：不銹鋼本身具有良好的耐腐蝕性能，不易生銹；但是焊接要求較高，不銹鋼在進行熱加工焊接后，焊縫處已經改變不銹鋼自身的材質，改變其原有的金相組織，焊接周圍表面已經被深度氧化，因此要對焊縫做相應的處理。另外，焊接過程中易產生虛焊現象且不易被發現，時間稍長，焊縫間就易生銹漏水，且虛焊部分出廠前無法檢驗。還有些廠家為了降低生產成本，使用防腐性能較差的不銹鋼，進一步影響了使用壽命[1]。

搪瓷內膽：搪瓷內膽基材一般為碳鋼板，內膽表面的瓷釉為非金屬材料，不易生銹，也無水垢產生，同時還具有較強的耐壓能力，成本方面也比較容易接受。但是搪瓷內膽也有一定的腐蝕隱患，焊縫部位容易出現搪瓷粉虛搪、瓷粉附著松散、瓷粉脫落等現象；搪瓷銳角處的搪瓷層由于附著力不夠，在運輸顛簸、水箱加熱時換熱部件的顫動會導致瓷層脫落；水箱發生熱脹冷縮，等搪瓷層到達疲勞壽命后，瓷層開裂；這時候水中的氯離子、鈣化物等就容易造成碳鋼的化學腐蝕，最終導致內膽漏水。另外，搪瓷內膽熱水器必須配合鎂棒使用，并定期更換鎂棒。根據水質的不同，搪瓷內膽熱水器的鎂棒兩年左右就需更換。否則一旦鎂棒用完，將加速內膽的腐蝕[2]。

2、粉末靜電噴涂的應用及影響因素

近年來，粉末涂料在我國的應用范圍不斷擴大，人們對粉末涂料和涂敷設備的要求也越來越高。當前除了環氧粉末外，又出現了聚酯改性的環氧粉末和聚酯粉末，這樣就大大提高了粉末涂膜的耐戶外性能；在色彩上，目前的粉末涂料已具有四十余種顏色，可以滿足不同的需要。因此，粉末涂料已從過去的厚涂膜高性能的防腐用途發展到當前的薄涂膜華麗的裝飾用途，這是我國粉末涂料品種上的一個飛躍。

當前絕大部分粉末涂料采用靜電噴涂工藝，該工藝實質上包含兩部分：粉末涂料的性能和靜電噴涂設備（包括噴涂工藝）。這兩大部分是相互影響相互促進的，只有具有理想的（適合靜電噴涂的）粉末涂料，又具備良好的靜電噴涂設備，才能得到高質量的粉末涂膜。即使用同樣的噴涂設備和相同的工藝條件，采用不同的粉末涂料，得到的粉末涂料沉積率和吸附率也是不相同的。為此，兩方面同時深入研究，才是提升粉末涂膜質量及性能的方向?？傮w來說，影響靜電粉末噴涂的主要因素為粉末電導率、粉末粒徑、噴涂電壓、噴涂距離（槍與工件之間）、供氣壓力、爐溫等，還有前處理藥液的匹配選擇對粉末涂覆質量也有一定的影響，各因素對噴涂質量的影響分析這里就不再做詳細描述[3]。

3、粉末靜電噴涂試驗分析

3.1 基材選擇

基材：鍍鋅板，冷軋板。

3.2 前處理工藝

鋅系磷化，硅烷處理，鋅系磷化+電泳（用于冷軋板）。

3.3 主要參數控制

噴涂線：臥式線；

噴槍：手動；

膜厚：單涂70μm～90μm，雙涂底膜厚度40μm～60μm，

面膜厚度60μm～80μm；

半固化要求：160℃，10min；

固化要求：200℃，20min；

前處理方式：噴淋+槽浸；

前處理水質電導率：＜20μs/cm。

3.4 制樣要求

備注：冷軋板的樣件測試在鍍鋅板之前，已驗證出鋅系磷化的前處理方式優于硅烷處理，因此鍍鋅板未再做硅烷處理的樣件。

3.5 測試項目及分析

3.5.1 測試項目

綜合考慮熱水器的工作環境并參考相關標準制定了此次試驗樣件的測試項目，如下：

（1）附著力測試：根據標準GB/T 9286《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》劃格測試涂層附著力；

（2）耐鹽霧：按照GB/T 10125《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》中方法進行中性鹽霧試驗，試驗周期600h；

（3）耐沸水：將試樣放在數顯恒溫水浴鍋內（如圖1所示），水溫設置95℃，分兩個階段進行測試：首先測試168h后附著力，如無問題，繼續測試至2000h，再測試附著力；

圖1 數顯恒溫水浴鍋

（4）耐熱水侵蝕：參考標準QB/T 2590《儲水式熱水器搪瓷制件》中的測試方法，觀察涂層的變化情況；

（5）冷熱沖擊：將試樣放置在（150±2）℃的環境下5h，（-30±3）℃的環境下5h，作為一個循環；進行五個循環后，在常溫、常濕下放置2h后觀察涂層有無脫落。

3.5.2 試樣測試分析

試樣1、2、3、4為同一批樣件，試樣5、6為同一批樣件，受人為、生產等因素的影響，兩批試樣的測試結果不做對比，僅供參考。通過對試驗后的試樣進行分析，附著力、耐鹽霧及冷熱沖擊均符合試驗標準要求，噴涂一遍與噴涂兩遍的樣件之間通過試驗并未看出有明顯差異，耐沸水及耐熱水侵蝕出現的問題如下：

（1）耐沸水測試168h，鍍鋅板鋅系磷化試樣出現起泡現象，其他試樣涂層無明顯變化；試樣干燥24h后，劃格測試附著力（鍍鋅板鋅系磷化試樣如圖5所示，未測試附著力）符合標準要求，劃格后試樣表面狀態如圖2所示；繼續耐沸水測試至2000h，涂層無明顯變化；試樣干燥24h后，劃格測試附著力，均有不同程度的脫落，其中硅烷前處理的樣件（如圖3所示）脫落較為嚴重，成片狀剝離，冷板磷化后電泳試樣（如圖4所示）劃格后，涂層按劃格線局部脫落。

圖2 冷板鋅系磷化

（耐沸水測試）

圖3 冷板硅烷處理

（耐沸水測試）

圖4 冷板磷化+電泳

（耐沸水測試）

圖5 鍍鋅板鋅系磷化

（耐沸水測試）

圖6 冷板鋅系磷化

（耐熱水侵蝕測試）

圖7 冷板硅烷處理

（耐熱水侵蝕測試）

圖8 冷板磷化+電泳

（耐熱水侵蝕測試）

圖9 鍍鋅板鋅系磷化

（耐熱水侵蝕測試）

（2）耐熱水侵蝕測試后，試樣均有不同程度的起泡現象（如圖6至圖9所示），具體起泡時間未記錄。

4、結束語

（1）鍍鋅板噴粉最重要的是要在噴粉前做好鍍鋅板的表面處理，如鍍鋅板表層是新的（鋅爐里取出少于48h），可以對表層粗糙處理后噴粉或者直接噴粉，但這種情況基本很難滿足。一般都是出廠很長時間才會噴粉，這就需要清除表層油脂及灰塵后進行噴粉。如果表面出現鋅的氧化物，處理不好，將進一步影響噴粉質量，最終防腐能力可能還不如冷軋板噴粉。

（2）鋅系磷化的效果在一定程度上優于硅烷處理，但是硅烷處理不含有害重金屬離子，不含磷，有利于環保，將會成為前處理的發展方向。

（3）有些特定的粉末可能會對前處理藥液有要求，在生產前就要與粉末廠家提前溝通選用什么要求或者品牌的藥液，以免出現問題。

（4）冷軋板電泳后噴粉也可以作為其防腐的一種方式，但是成本方面會有增加，另外還要考慮電泳漆與粉末的匹配性。本次試驗驗證還有很多不足的地方，比如說沒有準確記錄試樣出現問題的時間，后續測試會針對這些問題制定改進措施，進一步完善測試方案。

本文作者

青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司 門廣岳 吳紹杰 費家哲 李偉

參考文獻

[1] 肖本朋.不銹鋼內膽承壓水箱再升級[J].中國太陽能產業資訊,2012(02):30.

[2] 張璐.搪瓷內膽水箱問題分析（上）[J].中國太陽能產業資訊,2013:29.

[3] 劉宏,向寓華,師立功.影響鋁型材粉末涂料靜電噴涂附著力的研究[J].涂料工業,2011(11):78-80.

來源：《輕工標準與質量》2020年第六期