耐磨涂层在电子设备结构表面防护中的应用研究

马蔷轶

（西安航空计算技术研究所，西安 710068）

目前，电子设备结构一般采用铝合金材料。随着人们对铝及铝合金零件各项需求的不断提高，它们不仅要具备良好的机械性能，还要具备一定的抗腐蚀性。喷漆作为一种历史悠久的传统工艺，随着科学技术的发展，其工艺技术已趋于完善[1]。喷漆是将油漆喷涂在零部件表面形成具有防护、装饰或特定功能涂层的过程，其形成的漆膜层因工艺参数的不同在保护程度、使用性能和耐候性等方面也存在较大差异。研究耐磨油漆在电子设备结构表面防护中的应用，能够有效提升产品的耐磨性能[2]。

1 喷漆表面要求

在喷漆过程中，影响喷漆效果的工艺参数主要包括油漆参数、产品参数和喷漆环境等几个方面。其中：油漆参数主要包括油漆类型、固体分配比、油漆黏度、油漆附着力以及溶剂挥发特性等；产品参数主要包括零部件物理特性、厚度和表面处理情况等；喷漆环境主要包括环境温度、气压、环境湿度以及气体流动方向等。

为有效保证喷漆质量，零部件喷漆前需要进行一定的处理。待喷涂零部件的喷漆面应平整、无毛刺、无明显划伤和铣削接刀、无焊瘤，零件表面轻微的机械性损伤经刮原子灰（俗称腻子）、喷漆后能够遮盖，符合相应要求的零部件方可进行后续处理[3]。铝和铝合金材料化学活性高、表面易腐蚀，为获得良好的防腐性能，必须对其进行化学氧化、阳极氧化、电镀或者涂装等表面改性处理。

2 喷漆工艺要求

喷漆质量的5 大要素包括喷漆设备、喷漆材料、喷漆环境、喷漆管理和喷漆工艺，每个要素在每个阶段都可能产生不同影响。漆膜外观指漆膜给人的各种视觉感知，如色差、明暗度、丰满度、通透性以及漆膜缺陷。漆膜外观受到多种因素的影响，生产过程中容易产生波动，严重的可能会导致涂层失效。涂层失效指在一定期限内，使得涂层的物理化学或机械性能发生不可逆的变化，最终导致涂层损坏，外在表现形式为气泡、开裂、软化、脱落、变色以及粉化等现象，而质量控制的目的是在所选择的漆料耐候性期限内减少涂层失效现象的发生。在确保涂装材料本身稳定且满足使用要求的前提下，喷涂工艺的设置和管理显得尤为重要。

2.1 喷漆工艺流程

电子设备结构件喷漆的工艺流程主要包括零件预处理、保护非喷漆区域、喷底漆、喷面漆以及烘干等过程，如图1 所示。

图1 喷漆工艺流程

为保证涂层质量，需要对待喷漆零件的表面进行预处理，清除影响涂层质量的锈、氧化皮、灰尘、污垢、水分、油脂、酸和碱等有害附着物，保证无油污、无酸碱性、无湿气，表面干燥。使用专用工具或胶带准确地保护零部件不喷漆的表面。胶带边缘应当粘贴牢固，保证喷涂后保护区内无油漆渗漏，且保护区域允许偏差为±1 mm。胶带与不涂覆区域轮廓线应保持一致，确保边缘整齐。

经过预处理和保护的零件，应均匀喷涂一道底漆。喷涂底漆后的零件以及喷涂底漆后放置时间较长的零件要进行彻底打磨、清理，去除底层的粗粒和表面灰尘等污染物。喷涂后采取烘干的方式，温度为80 ℃±5 ℃，时间为2 ～3 h[4]。处理过的底漆应表面平整，处理干净并完全干燥后方可喷漆面漆。

垂直交叉喷涂两层面漆，喷完第1 层后在空气中自然干燥10 ～20 min，再喷涂第2 层，两层面漆喷涂时间不应超过2 h。零件各面喷涂边缘尽量均匀重叠，避免存在厚度或色泽不均匀、流痕、漏涂等缺陷，同一批次零件同批喷涂，确保漆膜外观的一致性。面漆漆膜厚度控制在55 ～120 μm，根据喷漆零件的外观要求和漆膜厚度，可以喷涂两道面漆。面漆喷涂完成后，需要在室温下自然干燥0.5 h 再进行干燥处理，面漆干膜厚度控制在45 ～120 μm。漆膜干燥后应去除零件表面的保护物，不得有残留，可使用酒精棉布将保护面的胶液擦拭干净。如果保护区存在渗漏油漆还需要使用汽油或香蕉水将其彻底清理干净，保证保护区洁净无胶液、无油漆。

喷漆表面存在未能遮盖的划伤等缺陷时应填刮原子灰。原子灰为双组分，在适用期内填刮，填刮处应无气泡、无孔洞。填刮原子灰应以填平缺陷部位为宜，厚度不宜超过0.5 mm，填刮部位应按照要求进行干燥和打磨处理，打磨原子灰可以使用水砂纸。填刮完成后的原子灰层应坚硬、平整、光滑、附着力强，无裂纹、气泡和孔洞，无原子灰粉残留等。对于固化的多余原子灰或保护面边缘产生的油漆飞边，需要使用刀片或者水砂纸打磨平整，防止飞边产生崩裂，操作时不能损伤漆膜或氧化膜。如果裸露底漆还需要对面漆进行补漆，并彻底清理原子灰粉等残留物。

2.2 喷漆质量要求

针对产品的使用范围及应用场景，喷漆完成后的产品需要满足一定的质量要求。

一方面，喷漆完成后的零件漆膜外观需要满足以下要求[5-6]：漆膜表面应平整、色泽均匀，不应有针孔、气泡、流痕、起皱、划伤和漏涂等缺陷；保护区域应正确，表面洁净、无胶液、无渗漏油漆；喷漆产生的原子灰粉、固化原子灰以及保护胶带残留等多余物应彻底清理干净；同批产品漆膜外观颜色基本一致，允许存在轻微色差，应使用色卡或样板进行对比。另一方面，喷漆后涂层系统需要满足相关技术指标及防湿热、防盐雾、防霉菌（“三防”）性能，其中漆膜技术指标如表1 所示。

表1 漆膜技术指标

3 耐磨涂层工艺

文章探索了桔纹耐磨涂层在电子设备结构表面防护中的应用，通过制备多种试件，调整漆料配比，对喷漆试件进行试验分析，获得满足性能要求的油漆及其工艺参数，为进一步提升零件喷漆质量提供支持。

桔纹漆膜指按照喷漆工艺要求对产品表面进行一道喷漆所形成的桔纹漆膜层。桔纹漆膜相较于普通漆膜具备更加优良的耐磨性能，能够有效提升喷涂零件表面的外观特性，减少光面油漆产生的明显划伤、磕碰等问题。桔纹漆膜耐磨情况对比，如图2 所示。

图2 桔纹漆膜耐磨情况对比

3.1 “三防”性能

桔纹漆膜零件需要满足喷漆相关质量要求，其中喷漆“三防”性能检验按照以下要求执行：湿热试验和盐雾试验合格判据为试验后漆面无起泡、起皱、开裂或脱落，且金属不出现腐蚀；霉菌试验合格判据为28 d 霉菌试验后零件表面无霉菌生长或仅存在分散、稀少的霉菌生长。

桔纹漆膜样件的基材均为铝合金，表面处理方式为化学导电氧化，按照试验要求进行“三防”试验。试验前，所有样件外观良好且无多余物。湿热试验和盐雾试验后，所有样件“三防”试验均合格。

3.2 耐磨性能

诸多喷漆产品在使用过程中会与其他物体产生摩擦或碰撞，导致表面漆膜状态发生变化甚至出现漆皮磨损、脱落等情况，严重影响产品的外观质量和使用性能。为进一步验证桔纹漆膜零件在实际工作状态中的耐磨情况，探索其在典型喷漆结构件表面防护中应用的可行性。在铝合金机箱表面按照喷漆工艺要求喷涂桔纹漆膜，并通过将喷漆机箱与安装架连接在振动台上开展功能振动和耐久振动试验来模拟实际工作情况。通过机箱与安装架之间的摩擦和试验前后的表面状态，可以表征桔纹漆膜机箱的耐磨情况。

振动试验频率范围为15 ～2 000 Hz，振动方向为三轴向（见图3），功能振动试验持续时间为每个轴向1 h，耐久振动试验持续时间为每个轴向6 h。振动后检查机箱结构有无损伤、松动等异常现象。

图3 振动方向示意图

喷漆机箱完成功能振动和耐久振动后，机箱喷漆表面无裂缝、变形和明显划伤，漆膜完整，说明桔纹漆膜在振动环境下具备一定的耐磨性能。

4 结语

文章针对现有喷漆产品的油漆耐磨性能进行研究，确定喷漆技术标准，按照喷漆工艺规范制作桔纹漆膜样件，进行耐磨性能和“三防”性能试验。针对试验结果进行记录和分析，优选满足要求的油漆，确保桔纹漆膜工艺参数满足喷漆产品性能方面的各项要求。同时，优化工艺参数，有效提高喷漆面的硬度值，提升产品的外观质量，减少产品周转、试验过程中磕伤、划伤对产品外观的影响，降低使用过程中的磨损率、产品的维修成本，提高产品加工的合格率。