硅烷表面處理技術(shù)在汽車傳動軸生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鵬娜，徐勇，郗旭光，杜紹權(quán)，孫陽

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硅烷表面處理技術(shù)在汽車傳動軸生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鵬娜，徐勇，郗旭光，杜紹權(quán)，孫陽

（陜西藍(lán)通傳動軸有限公司，陜西 西安 710500）

近年來，隨著汽車工業(yè)迅速發(fā)展，汽車傳動軸以及其涂裝技術(shù)得到迅速發(fā)展。涂裝前處理技術(shù)也得到快速發(fā)展，硅烷處理技術(shù)以其明顯的環(huán)保優(yōu)勢得到快速發(fā)展。文章介紹了硅烷技術(shù)的工作原理，技術(shù)優(yōu)勢。結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備，通過配方調(diào)整和工藝改進(jìn)解決了生產(chǎn)過程中的問題。成功將硅烷技術(shù)應(yīng)用在傳動軸涂裝生產(chǎn)中。文章作者就在實際生產(chǎn)過程中常見問題進(jìn)行匯總分析，并提出相應(yīng)的改善措施。

傳動軸；涂裝；前處理；硅烷

引言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車傳動軸作為汽車傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件得到了飛速的發(fā)展。主機廠對傳動軸的外觀、附著力、耐鹽霧性能提出的更高的要求。傳統(tǒng)的磷化工藝因其能耗大，含有大量的磷、氮、鎳等重金屬，生產(chǎn)過程中有大量磷化渣廢棄物產(chǎn)生，而逐步被新型的硅烷處理工藝取代。硅烷處理工藝作為一種新型的環(huán)保型前處理產(chǎn)品，配套無磷脫脂可以實現(xiàn)全線無磷排放，無重金屬排放，且具有更低的能耗，取消傳統(tǒng)磷化的表調(diào)工位。硅烷處理因膜層更薄更致密，所以配套現(xiàn)有環(huán)氧涂料具有更優(yōu)異的附著力，與傳統(tǒng)磷化相當(dāng)?shù)哪望}霧性能。噴涂油漆采用環(huán)氧涂料，一噴一烘工藝。本文根據(jù)我公司現(xiàn)場生產(chǎn)中遇到的一些問題，結(jié)合生產(chǎn)工藝、設(shè)備等各個環(huán)節(jié)，分析其產(chǎn)生原因，對這些問題提出了一些解決方案。

1 無磷脫脂及硅烷處理技術(shù)的原理

1.1 堿性清洗劑中純化學(xué)脫脂作用機理

堿性清洗劑中純化學(xué)脫脂作用機理最主要的是通過脫脂液的皂化作用、乳化作用、潤濕作用和分散作用。金屬表面油污中的動植物油（主要成分是硬脂酸），與金屬脫脂劑中的堿或堿性鹽如氫氧化鈉發(fā)生皂化反應(yīng)生成硬脂酸鈉和甘油，油脂被充分溶解進(jìn)入堿性溶液，達(dá)到工件表面除油目的。

金屬脫脂劑中常含有大量乳化劑等表面活性物質(zhì)，易于吸附在工件表面的油污與溶液的兩相界面上，乳化劑分子中的憎水基團(tuán)對油污具有較強的親和能力，面向金屬基體表面的油污發(fā)生吸附反應(yīng)，親水基團(tuán)面向溶液方向與水分子親電結(jié)合，使金屬與溶液間界面張力大大降低。在液體流動、攪拌、噴射、超聲等外力輔助作用下，油膜破裂變成細(xì)小的珠狀，形成水包油的乳液小微粒，使得油污脫離金屬表面，達(dá)到油污溶解和除油的效果。

皂化與乳化作用是主要從油污表面逐步進(jìn)行的，要使堿性溶液浸透到油脂內(nèi)部，達(dá)到潤潤工件表面，達(dá)到增進(jìn)脫脂除油的效果和表面高度清潔的效果，這就是表面活性劑的潤濕作用。通過表面潤濕作用，可以使皂化和乳化清除油污后金屬表面，進(jìn)一步溶解，達(dá)到表面高度清潔，皂化、乳化、浸透作用是相輔相成的，相互配合才能徹底清除金屬表面油污。此外表面活性劑還具有良好的分散作用，將從工件清除下來的油脂均勻地分散到脫脂溶液之中，不發(fā)生二次沉積，具有延長清洗劑使用壽命作用。

1.2 硅烷處理技術(shù)的工作原理

硅烷含有兩種不同化學(xué)官能團(tuán)，一端能與無機材料（如玻璃纖維、硅酸鹽、金屬及其氧化物）表面的羥基反應(yīng)生成共價鍵；另一端能與樹脂生成共價鍵，從而使兩種性質(zhì)差別很大的材料結(jié)合起來，起到提高復(fù)合材料性能的作用。硅烷化處理可描述為四步反應(yīng)模型，（1）與硅相連的3個Si-OR基水解成Si-OH；（2）Si-OH之間脫水縮合成含Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH與基材表面上的OH形成氫鍵；（4）加熱固化過程中伴隨脫水反應(yīng)而與基材形成共價鍵連接，但在界面上硅烷的硅羥基與基材表面只有一個鍵合，剩下兩個Si-OH或者與其他硅烷中的Si-OH縮合，或者游離狀態(tài)。硅烷晶格組成的有機涂層吸附于金屬表面Si-O-Me共價鍵結(jié)合力很強為涂料提供了很好的附著力。

2 硅烷處理的技術(shù)優(yōu)勢

硅烷處理的技術(shù)優(yōu)勢包括：1）不含有任何形態(tài)的磷，不含重金屬，環(huán)保優(yōu)勢明顯；2）不再需要維護(hù)表調(diào)、鈍化和除渣設(shè)備；3）不需要清除硅烷槽內(nèi)及硅烷后水洗等硅烷下游槽壁上有害垢層，節(jié)省清洗槽費用；操作簡單，維護(hù)方便，不再需要檢測表調(diào)、促進(jìn)劑、鈍化劑等；4）省卻了對磷化槽和管路磷化渣的定期清理和使用大量清洗化學(xué)品,同時也節(jié)省了人工和費用；5）因為硅烷處理需要時間短，所以可以結(jié)合實際情況，適當(dāng)通過提高線速度來提高產(chǎn)量；6）由于無需表調(diào)、鈍化工藝，使預(yù)處理線縮短，新建線可減少廠房面積和更合理的布局；7）硅烷技術(shù)是一項節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省成本的優(yōu)良技術(shù)。

表1 磷化與硅烷處理技術(shù)在使用條件方面的區(qū)別

3 在我司汽車傳動軸涂裝線的應(yīng)用

原有涂裝線工藝，預(yù)脫脂（噴淋脫脂45℃-60℃）—主脫脂（噴淋脫脂45℃-60℃）—水洗（常溫噴淋）—表調(diào)（常溫噴淋）—磷化（45℃-50℃）—水洗（常溫噴淋）—水洗（常溫噴淋）—人工吹水—干燥—噴涂油漆—油漆烘干—下線包裝。

更改為硅烷處理后的工藝，無磷預(yù)脫脂（噴淋脫脂45℃-60℃）—無磷主脫脂（噴淋脫脂45℃-60℃）—水洗（常溫噴淋）—水洗（常溫噴淋）—硅烷處理（常溫噴淋）—水洗（常溫噴淋）—水洗（常溫噴淋）—人工吹水—干燥—噴涂油漆—油漆烘干—下線包裝。

工藝更改后，將原有的表調(diào)更改為水洗，磷化工位更改為硅烷處理，取消了加熱管。工藝更改后全線實現(xiàn)磷的零排放，重金屬的零排放。

圖1

4 常見問題及解決方案

4.1 前處理脫脂問題

由于金屬表面有各種各樣的防銹油，故在涂裝前必須進(jìn)行除油脫脂。因傳動軸生產(chǎn)過程中油污較重，故而前處理脫脂尤為重要?，F(xiàn)在傳動軸生產(chǎn)廠家大多采用中溫脫脂（45℃-60℃），中溫脫脂較常溫脫脂有更優(yōu)秀的除油能力和除油速度。因傳動軸生產(chǎn)過程中，軸上容易沾上鋰基潤滑脂（黃油），其粘度大，難以在噴淋脫脂中將其徹底清洗干凈，因此須在進(jìn)入脫脂前先將黃油進(jìn)行預(yù)擦洗，保證脫脂干凈。

傳動軸油污較重，脫脂過程中，油污進(jìn)入脫脂槽中，部分油污從脫脂液中浮起來，容易造成工件的二次污染，而且這些油污在脫脂中濃度超過5g/L時，脫脂液性能及壽命將受到嚴(yán)重影響，及時添加大量新脫脂劑也不能提高脫脂能力。為減少槽液中油污對清洗效果的影響，采用在脫脂槽增加油水分離器，將槽液中的油污有效分離處理，可明顯減少槽液中的油污，減少浮油對清洗的影響。提高脫脂性能，延長使用壽命，從而降低生產(chǎn)成本。

4.2 生產(chǎn)臨時停線

在前處理工位，發(fā)生輸送鏈故障，造成生產(chǎn)停線在所難免。由于脫脂液中含有表面活性劑、助劑和緩蝕劑等成分，在短暫停線中，完全被脫脂液所覆蓋的傳動軸，由于隔絕了空氣，幾乎不會生銹，在故障恢復(fù)后，繼續(xù)進(jìn)行涂裝處理，不受停線的影響。處在水洗段的工件，因為暴露在空氣中，加上通道中的高溫高濕環(huán)境，會產(chǎn)生不同程度的銹蝕。為了保證涂裝品質(zhì)，對停線時，處在水洗及過渡段中的工件，需要用自來水不停地沖洗，保證工件表面有一層水膜，減少工件生銹。

4.3 槽液串槽

在前處理過程中工件瀝水量多，再加上傳動軸本身夾縫及焊縫較多，形狀非常復(fù)雜，很容易出現(xiàn)各種凹槽。串槽的現(xiàn)象直接表現(xiàn)為槽液液位升高異常，生產(chǎn)時間長了，大量的槽液竄槽，對硅烷處理槽槽液穩(wěn)定性造成影響。解決竄槽的方法主要有以下幾方面：①減少傳動軸積水處的所帶的液量，個別工位采用設(shè)置吹水處理；②在槽內(nèi)調(diào)整噴頭的角度，主要調(diào)整噴淋段的第一排及最后一排，以減少噴淋對其它工位的竄槽；③各過渡段中添加塑料掛簾，減少槽液的帶出；④保證設(shè)計足夠距離的過渡段，在生產(chǎn)線的設(shè)計時，減少傳動軸帶液量；⑤根據(jù)情況調(diào)整導(dǎo)流板角度、位置、或者增加導(dǎo)流板，減少竄槽槽液流入。

4.4 烤水不干

由于傳動軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾縫及凹槽內(nèi)經(jīng)前處理后易產(chǎn)生積水過多問題，導(dǎo)致經(jīng)過水分烘干后不能將夾縫以及凹槽積水位的水烤干。解決方案是在進(jìn)入水分烘干烘道前，采用人工吹水的方式將水從夾縫或者凹槽中吹出。

4.5 過前處理后夾縫或者積水位有堿液殘留

過前處理后夾縫或者積水位有堿液殘留。由于前處理第一道為堿性脫脂，若夾縫內(nèi)或者積水位先進(jìn)入堿液，經(jīng)過水洗、硅烷處理、水洗后不能將其徹底清洗出來。經(jīng)人工吹水后易將堿液吹到工件其它位置，導(dǎo)致附著力不良。

解決方案①條件允許情況下，在脫脂前增加水洗，先經(jīng)過清水洗，將夾縫或者積水位中先填充進(jìn)去清水，減少夾縫堿液濃度；②調(diào)整噴頭位置，加強對積水位的清洗；③在工藝允許范圍內(nèi)降低脫脂堿度；④加強水洗溢流；⑤在脫脂與水洗之間，增加自動吹水，將積水位中的堿液吹出。

5 結(jié)束語

以上簡單介紹了新型涂裝前處理技術(shù)工作原理（無磷脫脂技術(shù)及硅烷處理技術(shù)），相對傳統(tǒng)前處理技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，在我司汽車傳動軸涂裝過程中的應(yīng)用，以及應(yīng)用過程中遇到的問題、常見問題的處理、預(yù)防。因篇幅及水平有限本文未在更深層更廣范圍內(nèi)探討。若有可取之處，本人深感榮幸。若有紕漏或者錯誤之處，還望各位專家批評指正。

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Application of silane surface treatment technology in automobile transmission shaft production

Zhang Pengna, Xu Yong, Xi Xuguang, Du Shaoquan, Sun Yang

( Shaanxi lantong transmission shaft co., LTD., Shaanxi Xi'an 710500 )

In recent years,with the rapid development of automotive industry,Automobile drive shaft and automobile drive shaft paint application technology has developed rapidly. Besides, the technology of coating pre-treatment and silane treatment has been developed rapidly because of its obvious advantage of environmental protection. In this paper, the working principle and technical advantages of silane technology are introduced. Combined with our existing equipment, the formula modification and process improvement provide solutions to the problems in the production process. Silane technology was successfully applied in the coating production of drive shaft.The author makes meta-analysis of its problems often encountered in actual production process,and proposes appropriate measures.

Drive shaft; Painting; Pre-treatment; Silane

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1671-7988(2018)18-262-03

U462

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CLC NO.: U462

張鵬娜，就職于陜西藍(lán)通傳動軸有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.092