前動車組外表面所用涂層體系，雖然入廠時均按照中國鐵路總公司企業標準Q/CR546.1—2016《動車組用涂料與涂裝第1部分：車體外表面用涂料及涂層體系》中的具體要求進行耐水性、耐熱性、耐鹽霧性、耐人工氣候老化試驗等一系列性能測試，但動車組在正常運營過程中，仍會出現諸如涂層脫落、鼓泡、附著力降低等問題。

當前，動車組用涂料僅需滿足Q/CR546.1—2016中規定的各項性能要求即可驗收通過，但Q/CR546.1—2016中的內容未能反映出車體日常運營過程中涂層的性能變化。國內環境條件復雜，典型的氣候分為高紫外線照射地區、沿海地區、南方高濕熱地區、東北嚴寒地區以及夏季炎熱地區等。動車組運行區間的環境變化快、溫濕度跨度大。為解決此問題，需結合動車組在國內的實際運行環境，對現有涂層配套體系的各項性能變化進行綜合評價。因此，本研究設計出一套實驗方案，可以模擬動車組在實際運營環境條件下，涂層各項性能的變化情況，為后續動車組外用涂料及涂層性能改進提供理論和數據支撐，為中車公司動車組選用合適的涂料產品提供依據，并對現有涂層的使用壽命進行評估，同時比較不同供貨廠家的涂料性能優劣。

1 實驗部分

1.1實驗儀器

鹽霧箱：CC1000XP，英國ASCOTT公司；加速老化儀：QUV，美國Q-panel公司；高低溫恒溫試驗箱：WD701，上海增大環境公司；鼓風干燥箱：DHG-9075A，上海一恒科技有限公司；高低溫交變濕熱箱：ER-04KA，廣州艾斯派克公司；光澤度儀：4446，德國BYK公司；色差儀：SP62，美國愛色麗公司；便攜式拉拔儀：PosiTestAT，美國Defelsko公司。

1.2涂層配套體系

選擇現行的2個廠家A和B的2套和諧號涂層配套體系和2套復興號涂層配套體系進行試驗，參照Q/CR546.5—2016《動車組用涂料與涂裝第5部分：表面處理》對現車按現有的施工工藝進行噴涂施工。各涂層厚度均按Q/CR546.6—2016《動車組用涂料與涂裝第6部分：涂裝檢查》的要求執行。

實驗樣板材質為車體用鋁合金板材，涂層詳細配套體系如下：

①環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆；

②環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂漆+聚氨酯底色漆+清漆；

③環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆+聚氨酯分色漆；

④環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂漆+聚氨酯底色漆+清漆+聚氨酯分色漆+清漆。

1.3實驗設計

針對動車組運行過程中可能遇到的高紫外線照射地區、沿海地區、南方高濕熱地區、東北嚴寒地區以及夏季炎熱地區等典型性氣候，在實驗室利用相對應國家檢測標準中的經典條件來模擬實際環境中的氣候環境，對涂層系統進行加速老化試驗。具體條件如下：

耐鹽霧性按GB/T1771—2007進行測試：鹽水濃度5%，溫度35℃，3d；耐熱性按GB/T1735—2009進行測試：（60±2）℃，1d；耐低溫性：？（30±2）℃，1d；耐人工氣候老化性按GB/T14522—2008進行測試，光照階段，60℃/4h，輻照度0.71W/m2，冷凝階段，50℃/4h，3d；耐濕熱性按GB/T1740—2007進行測試：溫度47℃、相對濕度96%、3d；此為1個循環，共計20個循環。實驗總時間：耐鹽霧性，1440h；耐熱性，480h；耐低溫性，480h；耐人工氣候老化，1440h；耐濕熱性，1440h。

涂層光澤按照GB/T9754—2007測定；涂層色差按照GB/T11186.2—1989和GB/T11186.3—1989測量和計算；涂層失光等級和色差等級評定按GB/T1766—2008進行；涂層附著力按照GB/T5210—2006測定附著力損失率計算公式為：附著力損失率=（A0-A1）/A0×100%，式中，A0為試驗前涂層附著力，A1為試驗后涂層附著力。

循環腐蝕實驗綜合考慮了國內各種典型的氣候條件，可以很好地模擬動車組的各種運行環境。本文主要通過研究不同的涂層體系在循環腐蝕實驗過程中光澤、顏色和附著力（拉開法）的變化情況，來評估動車組涂層在實際運行環境下的性能表現。

2 結果與討論

2.1涂層失光情況分析

循環腐蝕試驗后涂層的失光情況如圖1所示。

圖1 循環腐蝕試驗后涂層體系的失光率

從圖1可以看出，隨著循環周期的增加，涂層失光率逐漸增大。實驗進行到第8個循環時，涂層失光率在4%~8%之間，失光等級1級；實驗進行到第16個循環時，涂層失光率在20%~25%之間，失光等級2級；到第20個循環時，失光率大于30%，失光等級為3級，由于動車組涂層對外觀要求較高，所以一般判定為涂層失效。從圖1可以看出，廠家B的4種涂層體系在實驗過程中整體的失光情況稍好于廠家A。

造成涂層失光的主要原因是樹脂的粉化。循環實驗包括人工氣候老化，經過20個循環的紫外線照射，涂層表面的樹脂結構逐漸發生一系列化學鍵的斷裂，導致表面涂層破損，涂層變得凹凸不平并輕微粉化，進而造成涂層失光。再加上凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合作用使得涂層的失光率不斷增大，最終導致涂層失效。循環實驗結束后，所有涂層體系的保光性能均不能滿足動車組的要求。

2.2涂層變色情況分析

循環腐蝕試驗后涂層的變色情況如圖2所示。

圖2 循環腐蝕試驗后涂層體系的色差

從圖2可以看出，整個實驗過程中，涂層體系的顏色變化較小。實驗做完第12個循環時，8個體系涂層最大色差值為1.44，變色等級0級，涂層無變色。實驗做完第16個循環時，涂層色差值在1.96~2.77之間，變色等級1級，涂層有輕微變色。實驗做完第20個循環時，涂層色差值在3.87~4.22之間，變色等級剛到2級，涂層輕微變色。從圖2中可以看出，廠家B的4種涂層體系在實驗過程中整體的變色情況稍好于廠家A。

在20個周期的循環實驗中，涂層的顏色變化較小，說明涂層體系所用顏料的穩定性較好，耐紫外線能力較強。隨著實驗的進行，涂層表面會產生輕微粉化，這會導致漆膜中的顏料部分析出。顏料暴露在空氣中后，會直接受到紫外線的照射，同時也會受到凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合影響，顏料會逐漸變性、失效，最終表現為涂層一定程度顏色的改變。循環實驗結束后，色差值最大為4.22，輕微變色，所有涂層體系的保色能力都很優異。

2.3涂層附著力情況分析

循環腐蝕試驗后涂層體系附著力變化情況如圖3所示。

圖3 循環腐蝕試驗后涂層體系附著力變化情況

從圖3可以看出，實驗經過8個循環之后，涂層體系的附著力快速降低。在第12、16和20個循環時附著力損失率分別在20%、35%和50%左右。其中，附著力損失率大于50%時，涂層失效。從圖3可以看出，廠家B的4種涂層體系在實驗過程中整體的附著力表現稍好于廠家A。

造成附著力降低的主要原因是鹽霧腐蝕，經過20個循環1440h的鹽霧試驗，腐蝕介質逐漸從漆膜表面滲透到漆膜內部，尤其是膩子層，從而改變涂層性能。紫外線照射會導致成膜樹脂化學鍵斷裂，濕熱實驗中水介質會逐漸向涂層內部滲透，高、低溫因素會致使樹脂的機械性能改變直至降低。在這些因素的綜合交替作用下，涂層體系的附著力逐漸降低，最終達到50%以下，涂層失效。

經過大量現場試驗，現車涂層使用5a后拉開法附著力為4.2MPa，損失率為21.38%；現車涂層使用9~11a后拉開法附著力為3.6~3.3MPa，損失率為31.78%~38.48%。涂層系統的拉開法附著力在第12和第16個循環時的變化情況很好地對應了現車涂層5a和10a的拉開法附著力數值。說明動車組涂層體系在實驗室通過12個周期循環腐蝕實驗時，預計動車組實際可以使用5a左右；在實驗室通過16個周期循環腐蝕實驗時，動車組涂層體系實際可以使用10a左右；循環腐蝕經過20個循環時，涂層已失效，預計動車組涂層系統實際使用年限可達15a左右。

3 結語

隨著使用年限的增加，動車組涂層體系的光澤和附著力變化較大，預計現車使用10a左右時失光率可達2級，產生輕微失光現象，附著力率為35%左右；預計現車使用15a左右時失光率可達3級，明顯失光，附著力損失率50%左右。從動車組美觀和安全兩方面考慮，現車使用年限達到10~15a時，涂層應做整體修復。

動車組涂層體系的顏色變化較小，說明現有的和諧號涂層體系和復興號涂層體系可以滿足現車運行對色彩的要求。

廠家A的4種涂層體系和廠家B的4種涂層體系在整個循環腐蝕實驗中的表現基本一致，說明和諧號涂層體系和復興號涂層體系都能滿足動車組的實際運行條件下對涂層性能的要求。廠家B涂層體系的性能稍好于廠家A涂層體系的性能，可以適當優先考慮廠家B作為今后動車組用涂料供應商。

本文作者：齊淑林1，李江江2，趙民1，王浩1，王慧翠2，桂泰江2，汪杰2（1.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266031；2.海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071）

本文來源：2020年《涂料工業》第三期