北盛汽車前處理生產(chǎn)線工藝分析

田　川　朱鳳霞　王　瑞　魏俊明　劉大為　王　濤（上海通用（沈陽）北盛汽車有限公司　沈陽）

北盛汽車前處理生產(chǎn)線工藝分析

田川朱鳳霞王瑞魏俊明劉大為王濤
（上海通用（沈陽）北盛汽車有限公司沈陽）

北盛汽車前處理生產(chǎn)線工藝分析、工藝設(shè)備布局。前處理的目的，前處理工藝過程。

汽車前處理生產(chǎn)線

一、前言

北盛汽車前處理生產(chǎn)線由日本大氣社設(shè)計制造，設(shè)計能力為單班3萬輛，雙班5萬輛，運(yùn)行方式為間歇式生產(chǎn)。生產(chǎn)線已運(yùn)行5年，工藝合理，運(yùn)行可靠，能夠滿足設(shè)計要求。

二、工藝分析

1.前處理的目的

涂裝前表面預(yù)處理是指用化學(xué)或機(jī)械方法消除車身內(nèi)外所有的異物和油污，如各種防銹油，拉延油等，然后涂覆一層密而薄的磷化膜和鈍化膜。從而提供適合于涂裝要求的良好基底，使電泳底漆牢固的附著在金屬表面，達(dá)到保護(hù)汽車車身的目的，此工藝是直接影響涂層使用壽命和裝飾效果的重要環(huán)節(jié)。

2.前處理工藝過程

北盛汽車前處理線采用低溫脫脂及磷化工藝，脫脂和磷化溫度57±2℃，輸送裝置采用懸掛式結(jié)構(gòu)，運(yùn)行方式為間歇生產(chǎn)。磷化采用槽外板式循環(huán)加熱、板框式壓濾機(jī)。材料使用上海Hankel公司前處理產(chǎn)品，化學(xué)品采用人工補(bǔ)加的方法。采用噴→浸→噴的前處理處理工藝，工藝過程見圖1。

圖1　前處理工藝過程

（1）脫脂。脫脂就是去除車身內(nèi)外表面的油污，主要是依靠清洗劑的浸潤、分散、乳化及增溶作用達(dá)到去除油污的目的。

汽車涂裝中常見油污成分，一是礦物油、凡士林，它們是防銹油、防銹脂、潤滑油、潤滑脂及乳化液的主要成分。二是皂類、動植物潤滑脂和脂肪酸等，它們是拉延油的主要成分。三是防銹添加劑，是防銹油和防銹脂的主要成分。

油污的化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)油污能否與脫脂劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分為可皂化油污和不可皂化油污。動植油脂是可皂化的，它們可以依靠皂化、乳化和溶解的作用而脫出。礦物油、凡士林是不可皂化的，只能依靠乳化和溶解的作用脫出。

油污的物理性質(zhì)。根據(jù)油污黏度或滴落點(diǎn)的不同，其形態(tài)有液態(tài)和半固態(tài)。黏度越大或滴落點(diǎn)越高，清洗越艱苦。根據(jù)油污對基體金屬的吸附作用，可分為極性油污和非極性油污。極性油污，如含有脂肪酸和極性添加劑的油污，有較強(qiáng)烈地吸附在基體金屬上的傾向，清洗較困難，要靠化學(xué)作用或較強(qiáng)的機(jī)械作用力來脫除。

影響脫脂效果的因素?，F(xiàn)在汽車生產(chǎn)，前處理脫脂，一般采用預(yù)脫脂和脫脂兩道工藝，工藝流程為先噴洗再浸洗再噴洗的方法，其脫脂質(zhì)量的好壞主要取決于脫脂劑、脫脂溫度、脫脂時間和機(jī)械作用4個因素。

脫脂劑。早年汽車生產(chǎn)中曾大量采用堿液清洗去油，主要采用氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉之類的堿性物質(zhì)，這類物質(zhì)價格較低，使用簡單，可組成機(jī)械化生產(chǎn)，曾在汽車生產(chǎn)中大量使用，但其脫脂能力較差，需要較高的脫脂溫度。隨著表面活性劑產(chǎn)量和品種的不斷增加，出現(xiàn)了把堿性物和表面活性劑結(jié)合使用的堿液脫脂劑，既保存了堿性脫脂劑方便價廉的優(yōu)點(diǎn)，又能大大提高脫脂效率，降低脫脂溫度，與單用表面活性劑脫脂相比，可降低脫脂費(fèi)用且有很高的脫脂效果。一般來說，清洗液的pH值越高，其清洗效果越好，但對金屬的腐蝕也相應(yīng)增加。當(dāng)pH＞10時，鍍鋅層在堿液中就會有腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇的pH值10～12，因?yàn)檐嚿碓趬A液中浸泡的時間較短，正好利用腐蝕除掉表面的腐蝕層，增強(qiáng)鋅的活性.因此，必須將pH值控制在12以下。

脫脂溫度。一般溫度越高脫脂越徹底，但并不是所有場合都是溫度越高越好，因?yàn)闇囟仍礁?，耗能越大。在采用某些種類表面活性劑的脫脂液中，過高的溫度會使表面活性劑析出聚集，如同油珠附著在表面上，造成磷化膜發(fā)花不均勻。

脫脂時間。在脫脂操作中，必須保證有足夠的脫脂和壓力噴洗時間。壓力噴洗脫脂時間一般為1.5～3 min。浸漬脫脂一般用3～5 min，增加脫脂時間，即延長脫脂液與油污的接觸時間，從而提高脫脂效果。油污越多，脫脂時間就需越長。

機(jī)械作用。在脫脂中，借助于壓力噴洗或攪拌等機(jī)械作用是非常有效的。因?yàn)椋瑖娤磿r不但迫使新鮮的脫脂液與零件表面有良好的接觸，而且破壞了油膜，同時機(jī)械作用能起到?jīng)_刷作用，從而有效地迫使油污脫離零件表面。值得注意的是，在中低溫脫脂中機(jī)械作用尤為重要。一般來講，壓力噴洗脫脂比浸漬脫脂速度快1倍以上。脫脂主要工藝參數(shù)見表1。

（2）水洗。在脫脂之后，有兩道噴淋水洗3A和3B，它們共同占有一個工位，目的是通過噴淋水洗，對脫脂后的車身內(nèi)外表面及臟物進(jìn)行徹底清洗，以防止相互串液、污染槽液。為保證水質(zhì)質(zhì)量，其pH值應(yīng)＜9。一般來說，每周排放1次。

表1　脫脂主要工藝參數(shù)

3.表面調(diào)整

表面調(diào)整液的主要成分是鈦鹽（磷酸鈦膠體）和磷酸鈉，是微堿性的膠體溶液，由于膠體微粒表面能很高，對金屬表面有極強(qiáng)的吸附作用，在被處理表面形成數(shù)量極多的晶核，磷化初期就在晶核周圍快速形成均勻的磷酸鹽結(jié)晶，限制了大晶體的生長，處使磷化膜細(xì)化和致密，且提高了成膜性，縮短了磷化時間，降低膜厚，同時也能消除金屬表面狀態(tài)的差異對磷化質(zhì)量的影響。為提高磷化膜的質(zhì)量，使磷化膜細(xì)化、均勻薄而致密，必須對磷化前進(jìn)行表面調(diào)整。因?yàn)楦邷鼗驈?qiáng)堿清洗使鋼板表面的活性點(diǎn)轉(zhuǎn)變成氧化物或氫氧化物，一方面使構(gòu)成磷化膜的結(jié)晶晶核減少，使結(jié)晶生長成粗大的結(jié)晶，形成粗而厚的磷化膜，這種膜容易受到機(jī)械損傷而破碎導(dǎo)致與有機(jī)膜的結(jié)合力喪失，另一方面在金屬表面留下很多磷化的空白處，降低了車身的防腐性能。如果不進(jìn)行表面調(diào)整，就很難形成磷化膜，對于高質(zhì)量的汽車涂裝，磷化前的表面調(diào)整已成為不可缺少的工序。另外，通過表面調(diào)整可縮短磷化時間。表面調(diào)整主要工藝參數(shù)見表2。

表2　表面調(diào)整工藝參數(shù)

4.磷化

磷化處理是指金屬表面與含磷酸二氫鹽的酸性溶液接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在金屬表面生成穩(wěn)定的不溶性的無機(jī)化合物膜（稱為磷化膜）的一種表面化學(xué)處理方法，磷化膜能顯著提高在機(jī)涂膜對基材的附著力，并且具有抑制腐蝕的作用。磷化是漆前處理關(guān)鍵工序，因其簡單可靠、費(fèi)用低、操作方便，國內(nèi)外都廣泛采用。

（1）磷化膜形成基本原理。磷化的基本原理可用過飽和理論來解釋，構(gòu)成磷化膜的離子積達(dá)到該種不溶性磷酸鹽的濃度積時，就在金屬表面沉積形成磷化膜。磷化處理材料主要成分為酸式磷酸鹽，其分子式為Me（H2PO4），金屬離子Me通常為鋅、錳、鐵等。這些酸式磷酸鹽均能溶于水。磷酸二氫鹽發(fā)生離解，產(chǎn)生金屬離子Me和磷酸根離子，但此時離子積未達(dá)到不溶性磷酸鹽的溶度積，并不產(chǎn)生膜的沉積。

在適當(dāng)溫度下，磷化液與被處理的金屬表面接觸時，發(fā)生金屬的溶解反應(yīng)Fe+2H+→Fe2++H2。由于鐵與磷化液界面處H+不斷被消耗，引起pH值上升。這樣又促進(jìn)（1）、（2）、（3）式的離解反應(yīng)。界面處的PO43-濃度不斷上升，直至［Me2+］［PO43-］＞LMe3（PO4）2時，就產(chǎn)生不溶性磷酸鹽的沉積，覆蓋在金屬表面，構(gòu)成磷化膜。Fe2+除部分被參與成膜形成Zn2Fe（PO4）2·4H2O外，剩余部分被氧化成Fe3+。

目前市場上磷化液種類繁多，按其組成成分不同，可分為鋅鈣系、錳系和鋅錳鎳系等磷化液，鋅鈣系形成的磷化膜粗糙，磷化溫度高、能耗大、沉渣多；錳系磷化膜薄，涂膜的耐蝕性差，以上兩種都不是理想的汽車車身磷化液。電泳涂裝要求磷化膜薄而致密，磷化膜質(zhì)量以1～2.5 g/m2為宜，而且磷化膜在電泳槽中的溶解度要小，應(yīng)有良好的導(dǎo)電性。磷化膜過厚，不僅導(dǎo)電性差，涂膜的機(jī)械性能和防腐性能也不好，試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用證明，鋅錳鎳系磷化液是較為理想的磷化液。

（2）影響磷化膜質(zhì)量的因素。磷化膜質(zhì)量取決于酸比、溫度和時間參數(shù)的影響。

酸比。酸比即總酸度與游離酸的比值。它應(yīng)根據(jù)不同的目的和要求，不同的處理?xiàng)l件及不同的配方維持在一個適應(yīng)的數(shù)值。酸比比較小的配方，游離酸高、成膜速度慢、磷化時間長、所需溫度高；酸比比較大的配方，成膜速度快、磷化時間短、所需溫度低。

溫度。磷化溫度是能否成膜的一個非常重要因素，磷化配方一旦選定，就要嚴(yán)格遵照工藝范圍控制好溫度，溫度過高要產(chǎn)生大量沉渣，磷化液失去原有平衡；溫度過低，成膜離子濃度總達(dá)不到溶度積，不能生成完整的磷化膜。

時間。根據(jù)不同的目的，在不同的配方中都有規(guī)定的工藝時間，時間過短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜層；時間過長，由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長，可能產(chǎn)生有疏松表面的粗厚膜。

（3）磷化膜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。磷化膜是車身的重要的一層膜，根據(jù)資料介紹和實(shí)踐證明，對陰極電泳前磷化膜應(yīng)具備以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

外觀。目測應(yīng)均勻、致密、無銹；磷化膜質(zhì)量應(yīng)在2～3 g/m2范圍；結(jié)晶細(xì)度＜10 mm；P比85%以上（即膜中Zn2Fe（PO4）2· H2O含量高、耐堿性好），Ni含量＞20 mg/m2。

（4）主要工藝參數(shù)。磷化主要工藝參數(shù)見表3。

表3　磷化主要參數(shù)

5.水洗

磷化后的水洗采用噴→浸→噴工藝，主要目的是沖掉磷化后車身內(nèi)外表面的磷化液及臟物，以防止相互串液、污染槽液。為保證水質(zhì)質(zhì)量，其pH值應(yīng)控制在＞6，一般每2周排放1次。

6.鈍化和反滲透膜水洗

鈍化和反滲透膜水（簡稱RO水）洗（Reverses Osmosis，RO）。在北盛汽車前處理生產(chǎn)線上，鈍化和水洗共占有1個工位，分兩次噴淋實(shí)現(xiàn)工藝要求，目的分別為鈍化和去離子水洗。

鈍化。磷化后的鈍化處理是指對磷化膜采用含鉻的酸性水溶液補(bǔ)充處理，它有以下兩個方面的作用：一是使磷化膜孔隙中暴露的金屬進(jìn)一步氧化或生成鉻化層，填補(bǔ)磷化膜孔隙，使其穩(wěn)定于大氣中，以便提高磷化膜單層的防銹能力，故也稱之為封閉處理；二是通過含鉻的酸性溶液處理，可以去掉磷化膜表層疏松結(jié)構(gòu)及包含在其中的各種水溶性殘留物，降低磷化膜在電泳時的溶解量，以提高涂膜的耐蝕性。歐美以及我國，大都采用鈍化處理，日本因鉻的污染問題而較少使用。目前流行的主要是鉻鹽鈍化，3價鉻工藝比6價鉻工藝效果更好，且廢水處理也比較容易，正在被廣泛采用。

去離子水洗。汽車車身在進(jìn)入電泳槽之前必須進(jìn)行去離子水洗，以免雜質(zhì)離子帶入電泳槽，給電泳漆膜帶來影響。鈍化和RO水主要工藝參數(shù)見表4。

表4　鈍化和RO水主要參數(shù)

三、工藝設(shè)備布局前處理生產(chǎn)線設(shè)備

龐大、布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、自動化程度高。線全長61.9 m，在空間上分為地下、地面和空間3層布置。地下一層為設(shè)備安裝層，地上一層為加料和通道層，空中一層為工藝通道層。

1.地下一層

地下一層是在地平面上挖出的斷面為6000×3500 mm的地坑，該層中共有13個臥式離心泵，作用在于噴淋和槽液循環(huán)。噴淋工藝段就只有用于噴淋的泵，浸入工藝段除了用于噴淋泵外，還有用于槽液循環(huán)攪拌的泵，在泵的進(jìn)口端管路上，全部安裝有過濾器，避免雜物損壞泵和各種閥門、傳感器和儀表。此外，在地下一層，還安裝有換熱器、儲備槽和排放管線等，對滿足槽液溫度、槽清理和維修起著非常重要的作用。

2.地面一層

在地面一層中設(shè)有人員行走通道，通道右側(cè)設(shè)有6種藥品加料裝置，分別為脫脂液補(bǔ)加、表面活性劑補(bǔ)加、表調(diào)劑補(bǔ)加、磷化液補(bǔ)加、磷化促進(jìn)劑補(bǔ)加以及鈍化劑補(bǔ)加。

按照目前產(chǎn)量，1區(qū)預(yù)脫脂槽液每月排放1次，然后由2區(qū)脫脂槽向1區(qū)預(yù)脫脂槽排放，補(bǔ)加脫脂槽槽液。3區(qū)噴淋水洗（3A和3B）每周排放1次。工作時，靠自動裝置向B槽補(bǔ)加自來水，實(shí)現(xiàn)水的平衡。表調(diào)液排槽每四周1次，根據(jù)測得的參數(shù)，向表調(diào)加料罐中投放表調(diào)劑。磷化槽及管網(wǎng)每月清洗1次，槽液根據(jù)酸度、pH值及鋅錳鎳的含量要求進(jìn)行補(bǔ)加。水洗槽每周排放1次，工作時自來水自動補(bǔ)加。鈍化槽和RO水槽每周排放1次，工作時，鈍化液根據(jù)所測得的參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)加，RO水根據(jù)液位自動補(bǔ)加。

此外，在地面一層中，設(shè)有排放地坑，該地坑與外面的污水站相連，使排出的廢水經(jīng)水處理后進(jìn)行排放，滿足環(huán)保要求。

3.空中一層

空中一層是用鋼結(jié)構(gòu)在地面上搭建起來的一層。在該層中，由于從前處理到表調(diào)段處于堿性環(huán)境中，因此是用碳鋼構(gòu)建的。為使脫脂后處于裸露的車身保持濕潤和沖洗干凈，在各個槽壁上裝有噴嘴。從磷化到前處理出口，全部是不銹鋼材料。為保證不串液，在各個槽壁上安有噴嘴，確保車身沖洗干凈。生產(chǎn)時，靠PLC控制的電小車吊著放有車身的電泳滑撬，按預(yù)先設(shè)置的工藝要求，間歇地經(jīng)過前處理各個液槽，從而實(shí)現(xiàn)前處理生產(chǎn)。此外，在該層中放有板式磷化出渣機(jī)，目的是除去磷化液中的渣子，確保磷化液滿足生產(chǎn)要求。

四、總結(jié)

北盛汽車的前處理生產(chǎn)線，投產(chǎn)已近5年，生產(chǎn)了3萬輛車。生產(chǎn)線工藝先進(jìn)、性能可靠。采用的懸鏈結(jié)構(gòu)，非常好的滿足了間歇式生產(chǎn)的工藝要求，同時由于使用頂棚結(jié)構(gòu)，灰塵和油污不能落到車上。但是也存在一些問題，頂棚雖然阻止了灰塵和油污落到車上，但是槽液中的一些高分子的化學(xué)品也能夠附在頂棚上，有時會給電泳漆膜造成缺陷。

〔編輯利文〕

TQ639.1

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