现需要研发一款壁厚较小（厚度1mm以下），并且可以承压的太阳能热水器，由于各地区的水质差异较大，则要求该热水器具有较强的耐腐蚀性能。而一般的承压热水器内胆壁厚都在1mm以上，厚度在1mm以下的基材如果不采取任何表面处理，很难满足产品设计要求。因此选用哪种材料的内胆，并对内胆内表面采取哪种表面处理方式，成为研发人员首先面临的问题。由于内胆壁厚较小，不适宜做搪瓷处理，防腐涂料成本较高，综合考虑各种因素后，选择了粉末喷涂的处理方式。本文对不同基材在不同前处理方式下的喷涂试片做了相关试验分析，为该方案的选择提供了依据。

1、热水器内胆现状

目前市场上热水器应用的内胆主要有不锈钢内胆和搪瓷内胆两种。

不锈钢内胆：不锈钢本身具有良好的耐腐蚀性能，不易生锈；但是焊接要求较高，不锈钢在进行热加工焊接后，焊缝处已经改变不锈钢自身的材质，改变其原有的金相组织，焊接周围表面已经被深度氧化，因此要对焊缝做相应的处理。另外，焊接过程中易产生虚焊现象且不易被发现，时间稍长，焊缝间就易生锈漏水，且虚焊部分出厂前无法检验。还有些厂家为了降低生产成本，使用防腐性能较差的不锈钢，进一步影响了使用寿命[1]。

搪瓷内胆：搪瓷内胆基材一般为碳钢板，内胆表面的瓷釉为非金属材料，不易生锈，也无水垢产生，同时还具有较强的耐压能力，成本方面也比较容易接受。但是搪瓷内胆也有一定的腐蚀隐患，焊缝部位容易出现搪瓷粉虚搪、瓷粉附着松散、瓷粉脱落等现象；搪瓷锐角处的搪瓷层由于附着力不够，在运输颠簸、水箱加热时换热部件的颤动会导致瓷层脱落；水箱发生热胀冷缩，等搪瓷层到达疲劳寿命后，瓷层开裂；这时候水中的氯离子、钙化物等就容易造成碳钢的化学腐蚀，最终导致内胆漏水。另外，搪瓷内胆热水器必须配合镁棒使用，并定期更换镁棒。根据水质的不同，搪瓷内胆热水器的镁棒两年左右就需更换。否则一旦镁棒用完，将加速内胆的腐蚀[2]。

2、粉末静电喷涂的应用及影响因素

近年来，粉末涂料在我国的应用范围不断扩大，人们对粉末涂料和涂敷设备的要求也越来越高。当前除了环氧粉末外，又出现了聚酯改性的环氧粉末和聚酯粉末，这样就大大提高了粉末涂膜的耐户外性能；在色彩上，目前的粉末涂料已具有四十余种颜色，可以满足不同的需要。因此，粉末涂料已从过去的厚涂膜高性能的防腐用途发展到当前的薄涂膜华丽的装饰用途，这是我国粉末涂料品种上的一个飞跃。

当前绝大部分粉末涂料采用静电喷涂工艺，该工艺实质上包含两部分：粉末涂料的性能和静电喷涂设备（包括喷涂工艺）。这两大部分是相互影响相互促进的，只有具有理想的（适合静电喷涂的）粉末涂料，又具备良好的静电喷涂设备，才能得到高质量的粉末涂膜。即使用同样的喷涂设备和相同的工艺条件，采用不同的粉末涂料，得到的粉末涂料沉积率和吸附率也是不相同的。为此，两方面同时深入研究，才是提升粉末涂膜质量及性能的方向。总体来说，影响静电粉末喷涂的主要因素为粉末电导率、粉末粒径、喷涂电压、喷涂距离（枪与工件之间）、供气压力、炉温等，还有前处理药液的匹配选择对粉末涂覆质量也有一定的影响，各因素对喷涂质量的影响分析这里就不再做详细描述[3]。

3、粉末静电喷涂试验分析

3.1 基材选择

基材：镀锌板，冷轧板。

3.2 前处理工艺

锌系磷化，硅烷处理，锌系磷化+电泳（用于冷轧板）。

3.3 主要参数控制

喷涂线：卧式线；

喷枪：手动；

膜厚：单涂70μm～90μm，双涂底膜厚度40μm～60μm，

面膜厚度60μm～80μm；

半固化要求：160℃，10min；

固化要求：200℃，20min；

前处理方式：喷淋+槽浸；

前处理水质电导率：＜20μs/cm。

3.4 制样要求

备注：冷轧板的样件测试在镀锌板之前，已验证出锌系磷化的前处理方式优于硅烷处理，因此镀锌板未再做硅烷处理的样件。

3.5 测试项目及分析

3.5.1 测试项目

综合考虑热水器的工作环境并参考相关标准制定了此次试验样件的测试项目，如下：

（1）附着力测试：根据标准GB/T 9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》划格测试涂层附着力；

（2）耐盐雾：按照GB/T 10125《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》中方法进行中性盐雾试验，试验周期600h；

（3）耐沸水：将试样放在数显恒温水浴锅内（如图1所示），水温设置95℃，分两个阶段进行测试：首先测试168h后附着力，如无问题，继续测试至2000h，再测试附着力；

图1 数显恒温水浴锅

（4）耐热水侵蚀：参考标准QB/T 2590《储水式热水器搪瓷制件》中的测试方法，观察涂层的变化情况；

（5）冷热冲击：将试样放置在（150±2）℃的环境下5h，（-30±3）℃的环境下5h，作为一个循环；进行五个循环后，在常温、常湿下放置2h后观察涂层有无脱落。

3.5.2 试样测试分析

试样1、2、3、4为同一批样件，试样5、6为同一批样件，受人为、生产等因素的影响，两批试样的测试结果不做对比，仅供参考。通过对试验后的试样进行分析，附着力、耐盐雾及冷热冲击均符合试验标准要求，喷涂一遍与喷涂两遍的样件之间通过试验并未看出有明显差异，耐沸水及耐热水侵蚀出现的问题如下：

（1）耐沸水测试168h，镀锌板锌系磷化试样出现起泡现象，其他试样涂层无明显变化；试样干燥24h后，划格测试附着力（镀锌板锌系磷化试样如图5所示，未测试附着力）符合标准要求，划格后试样表面状态如图2所示；继续耐沸水测试至2000h，涂层无明显变化；试样干燥24h后，划格测试附着力，均有不同程度的脱落，其中硅烷前处理的样件（如图3所示）脱落较为严重，成片状剥离，冷板磷化后电泳试样（如图4所示）划格后，涂层按划格线局部脱落。

图2 冷板锌系磷化

（耐沸水测试）

图3 冷板硅烷处理

（耐沸水测试）

图4 冷板磷化+电泳

（耐沸水测试）

图5 镀锌板锌系磷化

（耐沸水测试）

图6 冷板锌系磷化

（耐热水侵蚀测试）

图7 冷板硅烷处理

（耐热水侵蚀测试）

图8 冷板磷化+电泳

（耐热水侵蚀测试）

图9 镀锌板锌系磷化

（耐热水侵蚀测试）

（2）耐热水侵蚀测试后，试样均有不同程度的起泡现象（如图6至图9所示），具体起泡时间未记录。

4、结束语

（1）镀锌板喷粉最重要的是要在喷粉前做好镀锌板的表面处理，如镀锌板表层是新的（锌炉里取出少于48h），可以对表层粗糙处理后喷粉或者直接喷粉，但这种情况基本很难满足。一般都是出厂很长时间才会喷粉，这就需要清除表层油脂及灰尘后进行喷粉。如果表面出现锌的氧化物，处理不好，将进一步影响喷粉质量，最终防腐能力可能还不如冷轧板喷粉。

（2）锌系磷化的效果在一定程度上优于硅烷处理，但是硅烷处理不含有害重金属离子，不含磷，有利于环保，将会成为前处理的发展方向。

（3）有些特定的粉末可能会对前处理药液有要求，在生产前就要与粉末厂家提前沟通选用什么要求或者品牌的药液，以免出现问题。

（4）冷轧板电泳后喷粉也可以作为其防腐的一种方式，但是成本方面会有增加，另外还要考虑电泳漆与粉末的匹配性。本次试验验证还有很多不足的地方，比如说没有准确记录试样出现问题的时间，后续测试会针对这些问题制定改进措施，进一步完善测试方案。

本文作者

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 门广岳 吴绍杰 费家哲 李伟

参考文献

[1] 肖本朋.不锈钢内胆承压水箱再升级[J].中国太阳能产业资讯,2012(02):30.

[2] 张璐.搪瓷内胆水箱问题分析（上）[J].中国太阳能产业资讯,2013:29.

[3] 刘宏,向寓华,师立功.影响铝型材粉末涂料静电喷涂附着力的研究[J].涂料工业,2011(11):78-80.

来源：《轻工标准与质量》2020年第六期