一种涂层的评价方法

技术领域

本发明属于涂层性能评价技术领域，涉及一种高寒高湿环境下轨道交通运输设备涂层体系动态老化的快速评价方法。

背景技术

有机涂层是目前被公认为是金属腐蚀防护过程中最有效、经济的方法之一，其本身的性能直接影响到轨道交通运输设备的服役寿命。

然而在轨道交通运输设备的实际服役过程中，涂层会受到各种环境因素和非环境因素影响，其中环境因素主要有太阳光照射、盐雾侵蚀、温度等，非环境因素主要包括轨道交通运输设备在运行过程中自身的车体振动等。在这些因素的长时间作用下，涂层本身会出现失光、变色、粉化、剥落、起泡、开裂等现象，导致涂层防护性能下降，造成基体金属腐蚀，降低轨道交通设备的服役寿命。因此，有必要在对轨道交通运输设备的涂层体系选择之前对涂层性能进行评估。

现有实验室环境模拟试验方法往往只考虑太阳光照射、盐雾侵蚀等环境因素对涂层性能的影响，并未考虑轨道交通运输装备自身振动或温度交替变化实际因素对涂层性能的影响；此外，由于轨道交通运输设备的运行情况涉及高寒高湿环境，而现行的实验室高寒高湿环境加速试验的模拟条件与轨道交通运输设备的实际运行环境差异较大，或试验周期相对较长；总之，目前实验室环境模拟加速试验对涂层的评价结果与轨道交通运输设备的涂层体系在实际服役条件下的老化情况存在较大差距，所得试验数据没有较大的参考价值。

发明内容

本发明旨在提出一种高寒高湿环境下轨道交通运输设备涂层体系动态老化的快速评价方法。本方法将振动因素对涂层的影响考虑在内，利用实验室方法建立一种多因素综合模拟试验，尽可能的还原涂层真实服役条件，并实现对高寒高湿环境下涂层防护性能快速等效评估。

本发明具体通过以下方法实现：

本发明提供高寒高湿环境下轨道交通运输装备涂层的快速评价方法，其是以振动疲劳试验、高低温交变疲劳试验、人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验顺序对涂层进行组合循环试验；

所述人工模拟光照试验中，利用荧光过滤片控制氙灯或紫外荧光灯的灯光波长；

所述振动疲劳试验、高低温交变疲劳试验、人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验的一次循环时间为8-14天；其中：振动疲劳试验为0.5-1天，高低温交变疲劳试验为0.5-1.5天，人工模拟光照试验为2-4天，盐雾试验为4-6天，湿热试验为1-1.5天。

本发明在现有实验室环境模拟加速试验的常规类型基础上，增加了动疲劳试验和高低温交变疲劳试验，从而更全面反应轨道车辆涂层在实际运行时受到的环境影响因素及非环境影响因素。

同时，本发明通过控制5种模拟试验的顺序及试验周期，以及利用荧光过滤片实现对氙灯或紫外荧光灯的灯光波长的控制，从而使实验室环境模拟加速试验的试验条件尽可能与高寒高湿环境相似，实现等效评价的同时缩短了试验周期，提高了评估效率，实现了以环境模拟加速老化试验方法对对轨道交通运输设备外部用复合涂层体系的性能进行快速准确评估的目的。

作为本发明具体实施方式之一，所述振动疲劳试验为18h，高低温交变疲劳试验为1天，人工模拟光照试验为3天，盐雾试验为5天，湿热试验为1.5天。研究表明，该循环试验更适用于评价服役在高寒高湿环境下轨道交通运输装备外部复合涂层体系的性能。

为了实现荧光过滤片对灯光波长的控制，本发明提供了一种特定结构的配件，其可与人工模拟光照试验的试验箱框架结构相匹配，并可固定荧光过滤片，对氙灯或紫外荧光灯的波长进行过滤，实现对灯光波长的控制；同时还可根据试验需要搭配不同的荧光过滤片。

进一步地，所述人工模拟光照试验的一个周期内还包括多组循环，每组循环包括光照阶段和冷凝阶段。例如，一组循环为：第0h至第4h为光照阶段，光照阶段的温度为60-65℃，如63℃；第5h至第8h为冷凝阶段，冷凝阶段的温度为常温，25℃。通过循环设置，达到对自然环境中干湿交替及凝露因素的模拟。

进一步地，所述人工模拟光照试验的条件为：光源为氙灯或紫外荧光灯；辐照度为0.71W/m

进一步地，所述振动疲劳试验依次进行向振动试验、垂直振动试验及横向振动试验。例如，第0h至6h为纵向振动试验，第7h至12h为垂直振动试验，第13h至18h为横向振动试验。通过不同方向的振动组合试验，尽可能还原实际条件下车身振动对涂层的影响作用。

进一步地，所述高低温交变疲劳试验包括多组循环；每组循环包括常温保持段、降温段、低温保持段及升温段。低温试验的温度为-50～-55℃。例如，高低温交变疲劳试验的周期为1天，包括6组循环，每个循环4小时，其中第0h至1h为常温保持段，25℃；第1h至2h为降温段，从25℃降至-50℃，降温速率为1.25℃/min；第2h至3h为低温保持段，-50℃；第3h至第4h为升温段，从-50℃升至25℃，升温速率为1.25℃。通过各阶段试验组合，还原实际环境条件下低温、高温的交替变化，使得试验条件更贴近复合涂层体系真实的服役情况。

进一步地，所述盐雾试验的条件：温度35℃，NaCl溶液的质量浓度为50g/L，pH＝6.5-7.5。

进一步地，所述湿热试验的条件：温度为60℃，相对湿度为95％。

作为本发明的具体实施方式之一，所述高寒高湿环境下轨道交通运输装备涂层的快速评价方法，包括如下步骤：

以振动疲劳试验、高低温交变疲劳试验、人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验顺序对涂层进行组合循环试验；

所述振动疲劳试验、高低温交变疲劳试验、人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验的一次循环时间为12天+6h；其中：振动疲劳试验为18h，高低温交变疲劳试验为1天，人工模拟光照试验为3天，盐雾试验为5天，湿热试验为1.5天；

其中：

所述振动疲劳试验包括依次进行向振动试验、垂直振动试验及横向振动试验；第0h至6h为纵向振动试验，第7h至12h为垂直振动试验，第13h至18h为横向振动试验。

所述高低温交变疲劳试验包括多组循环；每组循环包括常温保持段、降温段、低温保持段及升温段；包括6组循环，每个循环4小时，其中第0h至1h为常温保持段，25℃；第1h至2h为降温段，从25℃降至-50℃，降温速率为1.25℃/min；第2h至3h为低温保持段，-50℃；第3h至第4h为升温段，从-50℃升至25℃，升温速率为1.25℃。

所述人工模拟光照试验种，利用荧光过滤片控制氙灯或紫外荧光灯的灯光波长；并通过框架配件将荧光过滤片固定于人工模拟光照试验所使用的试验箱框架处；根据需要搭配不同荧光过滤片；

所述人工模拟光照试验的一个周期内还包括多组循环，每组循环包括光照阶段和冷凝阶段；所述人工模拟光照试验的条件为：光源为氙灯或紫外荧光灯；辐照度为0.71W/m

所述盐雾试验的条件：温度35℃，NaCl溶液的质量浓度为50g/L，pH＝6.5-7.5。

所述湿热试验的条件：温度为60℃，相对湿度为95％。

在每次组合循环试验结束后，对涂层的相关性能指标进行评价，获得光泽度、色差和傅里叶红外光谱数据。

本发明的有益效果如下：

本发明旨在提出一种高寒高湿环境下轨道交通运输设备涂层体系快速评价方法，通过对振动疲劳试验、高低温交变疲劳实验、改进后的人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验交替组合，优化各试验的操作条件，最终实现对高寒高湿环境下涂层防护性能的等效评估。该方法既提高了现有模拟加速试验的准确性，又缩短试验时间，提高了评估效率。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

图2为本发明所述的框架配件结构示意图。

图3为本发明所述框架配件与滤片的搭配使用示意图。图中(a)为人工模拟光照试验所用的试验箱框架；(b)为框架配件与试验箱框架的搭配组合结构的正面；(c)为框架配件与试验箱框架的搭配组合结构的背面。

图4为滤片对紫外荧光灯波长过滤前后的对比图。

图5为不同体系涂层的光泽度试验结果对比图。

图6为不同体系涂层的色差试验结果对比图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的具体实施方式中，选取2种不同商家的涂料，以7075铝合金为样板基材，以环氧底漆+不饱和聚酯腻子+溶剂性中涂漆+溶剂性底色漆+溶剂性清漆的复合涂层体系作为评估对象，分别记为A体系涂层、B体系涂层。

所述样板大小为105mm×100mm×4mm，干膜厚度420μm-450μm。

实施案例1：

对制备好的涂层样板按照图1所述循环试验方法，依次进行振动疲劳试验、温度交变疲劳试验、改进后的人工模拟光照试验、盐雾试验、湿热试验，共计5个老化试验。

具体过程如下：

(1)所述的振动疲劳试验共18h，其中第0h至6h为纵向振动试验，第7h至12h为垂直振动试验，第13h至18h为横向振动试验。

(2)所述的温度交变试验共1天，其中单个常温-低温-常温交替段为4h，共六组交替试验。第0h至1h为常温保持段，25℃；第1h至2h为降温段，从25℃降至-50℃，降温速率为1.25℃/min；第2h至3h为低温保持段，-50℃；第3h至第4h为升温段，从-50℃升至25℃，升温速率为1.25℃。

(3)所述改进后的人工模拟光照试验，利用自制配件(如图2所示)对试验箱框架进行改进，方法如图3所示；滤片对紫外荧光灯波长进行过滤，结果见图4；

试验条件：光照采用紫外荧光灯(UVB-313)，辐照强度为0.71W/m

(4)所述盐雾试验共5天，温度为35℃，NaCl的质量浓度为50g/L，pH＝6.5-7.5。

(5)所述的湿热试验共1.5天，温度为60℃，相对湿度为95％。

在每个循环结束后检测两种涂层体系的光泽度、色差和FT-IR光谱数据，其光泽度、色差变化分别如图5、图6所示。

对比后发现，4轮组合循环试验后，A体系涂层的光泽度发生明显变化，变色等级达到2级，轻微变色；而B体系涂层的光泽度保持稳定，变色等级为1级，属于很轻微变色。由此可见，采用本发明所述的试验方法，可以实现对不同涂层性能的快速评价，为不同涂层的筛选提供一种相对科学的方法。

对比例

以户外高寒高湿自然环境暴露试验作为对比试验。

选用与实施例1相同的涂层样板，按照高寒高湿自然环境暴露试验方法进行测试，主要对样板进行光泽度和色差性能变化。

通过对比测试结果发现，两种涂层在高寒高湿自然环境试验结果和本发明模拟加速试验结果之间的相似性较高，说明本发明提出的模拟加速试验方法与自然环境试验具有较高的匹配性，且大大缩短试验时间，提高试验效率，更具有可行性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。