無磷涂裝前處理技術(shù)在汽車涂裝中的應(yīng)用

張　宇　馬　琳　徐紅哲

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

無磷涂裝前處理技術(shù)在汽車涂裝中的應(yīng)用

張宇馬琳徐紅哲

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

本文主要分析探討一種新型的環(huán)保技術(shù)無磷涂裝前處理技術(shù)，以順應(yīng)現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)需求，滿足低溫、節(jié)能要求。無磷涂裝前處理技術(shù)在汽車涂裝中的應(yīng)用，所得漆膜附著力較強(qiáng)，且具有良好的抗腐蝕性與抗沖擊性，能夠達(dá)到現(xiàn)階段汽車工業(yè)基本需求標(biāo)準(zhǔn)。此外，本文將對無磷轉(zhuǎn)化存在的問題與原因進(jìn)行探討，并總結(jié)出有效應(yīng)對措施，以期能夠促進(jìn)該技術(shù)更好地應(yīng)用。

無磷 涂裝前處理 汽車 無磷轉(zhuǎn)化

現(xiàn)階段，我國汽車行業(yè)電泳前主要處理技術(shù)以鋅錳鎳三元系磷化處理為主。這種處理形式中包括鋅、錳、鎳幾種重金屬離子，并包含較多磷，與目前我國大力推行的節(jié)能環(huán)保政策背道而馳。無磷涂裝前處理技術(shù)是一種新型的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在汽車涂裝中具有廣泛的應(yīng)用前景。下面本文將針對無磷涂裝前處理技術(shù)在汽車涂裝中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，并總結(jié)無磷轉(zhuǎn)化存在的問題，探討有效的應(yīng)對措施。

1　無磷涂裝前處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國汽車涂裝行業(yè)中應(yīng)用的磷化處理技術(shù)與目前我國積極推行的節(jié)能環(huán)保政策相沖突，同時磷化處理形式與國家規(guī)定處理形式也存在一定不符。磷化處理污染環(huán)境的根源在于，處理過程中造成較多磷化渣堆積。為解決這些磷化渣，就要采用專業(yè)的處理設(shè)備。由于磷化溫度超過40℃，因此還需要投入輔助加熱設(shè)備。另外，磷化處理要利用較多的逆流水完成工件漂洗工作，這種高耗能、高排放的形式無法滿足行業(yè)環(huán)保要求。

無磷轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用主要是以鋯鹽類物質(zhì)為原料，實現(xiàn)對金屬表面的有效處理。這種處理形式明顯區(qū)別于傳統(tǒng)磷化處理。無磷轉(zhuǎn)化不含有有害重金屬離子，不需要進(jìn)行高溫處理，無磷。同時，處理過程中不會產(chǎn)生殘渣，通過便捷的操作方式即可有效完成轉(zhuǎn)化，并有效增強(qiáng)電泳對基材的附著力。這種應(yīng)用形式是一種節(jié)能、低溫、環(huán)保的新型處理技術(shù)。

2　無磷涂裝前處理的原理及工藝簡介

2.1原理分析

鋯和鈦屬于性質(zhì)較為相近的兩種元素。鋯具有較好的抗腐蝕性，即在大多數(shù)自然環(huán)境中均能夠不受到腐蝕的影響。鋯良好的抗腐蝕性主要是因為該元素表面具有連續(xù)穩(wěn)定的氧化膜層，其牢固性較強(qiáng)。

鋯與氧較強(qiáng)的親和力以及自身較高的反應(yīng)活性，能夠使鋯在自然環(huán)境中或在潮濕環(huán)境中形成較強(qiáng)的氧化膜。同時，實踐操作以及經(jīng)驗總結(jié)可知，鋯與鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜同一原理。一旦暴露在存有微量氧氣的環(huán)境中，它就會與氧形成氧化膜，若氧化鋯膜受到破壞就會自行修復(fù)。無磷轉(zhuǎn)化處理可用以下反應(yīng)式表示：H2ZrF6+M+2H2O→ZrO2+M2++4H++6F-+H2。其中，M為Fe、Zn、Al等金屬元素。

2.2工藝分析

2.2.1無磷轉(zhuǎn)化基本工序

相對傳統(tǒng)磷化工藝技術(shù)來說，無磷轉(zhuǎn)化技術(shù)在實際操作階段需要進(jìn)一步優(yōu)化，而磷化處理技術(shù)不需要通過改造的方式就能夠直接進(jìn)行生產(chǎn)。各個工位依次可以為1-預(yù)脫脂；2-脫脂；3-水洗；4-水洗；5-水洗；6-無磷轉(zhuǎn)化；7-水洗；8-水洗。處理工藝如圖1所示。

圖1　無磷轉(zhuǎn)化處理工藝示意圖

2.2.2無磷轉(zhuǎn)化與傳統(tǒng)磷化性能對比分析

就汽車涂裝工藝企業(yè)而言，質(zhì)量與性能屬于各個生產(chǎn)企業(yè)的第一要求。因此，從兩個方面進(jìn)行分析。

（1）微觀形貌比較分析。不同類型的磷化以及無磷轉(zhuǎn)化成膜作用機(jī)制并不相同。為此，對金屬表面膜層情況以及形貌情況的分辨也不同。從微觀形貌特征方面看，可以通過掃描電鏡的方式發(fā)現(xiàn)其中的差異。

（2）附著力及抗沖擊性能方面的對比分析。結(jié)合對GB/T9286-1996《色漆和清漆、漆膜的劃格試驗》等進(jìn)行檢測試驗，分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，漆膜厚度在達(dá)到25μm的情況下，兩種類型的轉(zhuǎn)化膜設(shè)計附著力則為0，耐沖擊力強(qiáng)度在50kg·cm左右。通過對附著力、抗沖擊力性能對比研究可總結(jié)出，無磷轉(zhuǎn)化漆膜附著力能夠達(dá)到涂裝基本標(biāo)準(zhǔn)需求，且其抗沖擊性能也能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3耐蝕性比較分析

鹽霧試驗屬于企業(yè)涂裝工藝中重要的耐腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，金屬材料中最為流行的是冷軋板。但是，因為冷軋板本身并不具有鍍鋅板中的鍍鋅層或者沒有熱軋板中的氧化皮等保護(hù)，所以冷軋板的耐腐蝕性性能不強(qiáng)。通過進(jìn)行鹽霧試驗可以知道考察區(qū)域是否具有變化。

3　無磷轉(zhuǎn)化問題及解決對策

現(xiàn)階段，各種類型的電泳漆生產(chǎn)企業(yè)通過分析傳統(tǒng)磷化產(chǎn)品設(shè)計特征，形成了全新的技術(shù)材料。無磷轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用是一種新型引進(jìn)技術(shù)，其膜層相對較小，pH值相對較高，且具有明顯的電泳槽溶出現(xiàn)象。為此，在對無磷轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究以及配套使用過程中，可能會產(chǎn)生新的問題。

3.1腐蝕問題

3.1.1影響因素

過渡段是通道特殊位置。過渡段位置溫度相對較高，從涂裝質(zhì)量角度分析，第二水洗槽與第三水洗槽之間形成的過渡段相對比較容易發(fā)生銹蝕的情況。造成這種情況的主要原因包括三個方面：第一，通道高溫、高濕，過渡段與脫脂槽之間距離較短，會產(chǎn)生串熱情況，溫度提升較多；第二，過渡段工藝主要是指通過脫脂槽完成的脫脂表面仍然存在的油脂被處理掉，此時裸板受到高溫、高濕條件的影響，可能產(chǎn)生銹蝕情況；第三，工件在實現(xiàn)脫脂操作后，需要流入到過渡段環(huán)節(jié)中，并需要在空氣中存在一段時間，這個過程中可能會出現(xiàn)銹蝕情況。

3.1.2解決對策

針對上述問題的解決措施：在完成無磷轉(zhuǎn)化前合理加入添加劑，以防止發(fā)生銹蝕。尤其是在第二水洗槽工藝當(dāng)中，需要添加添加劑。

在進(jìn)行第一道水洗工序中，合理加入部分脫脂液，使槽液呈堿性，增強(qiáng)防腐蝕性。在第二道水洗工序中，要合理減少脫脂液的添加。這一過程防銹效果相對弱化，因此在第二道水洗工序前要合理加入添加劑，達(dá)到防銹目的。

通過實驗總結(jié)可知，無磷轉(zhuǎn)化槽液的pH值范圍通常情況為3.8～4.5，以弱酸性為主。若對第三水洗槽中添加超出標(biāo)準(zhǔn)的防銹劑，就會造成無磷轉(zhuǎn)化劑的穩(wěn)定性受到影響，進(jìn)而造成槽液PH范圍超出標(biāo)準(zhǔn)，直接影響涂裝。

3.2無磷轉(zhuǎn)化槽液pH的控制效果

無磷轉(zhuǎn)化槽液與傳統(tǒng)磷化控制之間的參數(shù)存在差異。新工藝控制下，pH范圍可以控制在3.8～4.5，控制范圍也相對更加精確。當(dāng)pH低于3.8時，工件的表面就會呈現(xiàn)出黃色，積水位置也會發(fā)生銹蝕情況。當(dāng)pH超過4.5后，工件表面也會呈現(xiàn)出發(fā)黃的情況，同時槽液也會發(fā)生渾濁的情況。脫脂槽串槽帶入的堿性物質(zhì)也會造成無磷轉(zhuǎn)化槽中的pH上升。為此，除了需要日?？刂仆?，還需要控制總物質(zhì)濃度情況，并通過無磷轉(zhuǎn)化pH調(diào)整劑完成調(diào)節(jié)。

3.3漆膜表面產(chǎn)生針孔的成因排查分析

因為當(dāng)前電泳漆主要應(yīng)用的材料配方設(shè)計與生產(chǎn)，均屬于在傳統(tǒng)磷化處理技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)形成的。為此，在切換無磷轉(zhuǎn)化技術(shù)后，相關(guān)的新工藝技術(shù)與電泳漆之間形成的匹配效果往往表現(xiàn)出新問題。其中，比較常見的問題是復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件外表面產(chǎn)生針孔。切換到新工藝后，在未發(fā)生工藝上的轉(zhuǎn)變情況下，車身當(dāng)中并不會產(chǎn)生針孔，此時車身漆膜表面也會表現(xiàn)出針孔。面對上述問題，現(xiàn)場可以采用降低點用電壓的方式解決。通過實驗分析與總結(jié)發(fā)現(xiàn)，造成針孔的主要成因是新工藝以及電泳漆之間不匹配。無磷轉(zhuǎn)化因為膜層本身相對傳統(tǒng)磷化更薄，因此通常情況下電泳漆主要采用陰極電泳漆，而不會采用膜層厚度為納米級的方法進(jìn)行處理。于是，可能會發(fā)生電泳漆產(chǎn)生電流密度大的情況，并更進(jìn)一步產(chǎn)生針孔問題。因此，采用無磷轉(zhuǎn)化方法對工件要求相對更高，因為只有這樣才能夠確保使用效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

4　無磷前處理工藝相關(guān)注意問題研究

與傳統(tǒng)磷化技術(shù)之間進(jìn)行比較，無磷前工藝表現(xiàn)出自身優(yōu)勢特征。但是，就實際應(yīng)用階段需要關(guān)注幾個方面的問題。

（1）通過利用無磷工藝技術(shù)形成的沉渣相對更少，相對于傳統(tǒng)磷化工藝產(chǎn)生的沉渣也相對較小，但是需要加強(qiáng)對過濾器方面的使用要求；

（2）工藝技術(shù)對純水條件要求相對較高，純水使用總量巨大；

（3）無磷前處理技術(shù)應(yīng)用為了能夠進(jìn)入到最佳效果，對前處理槽液中的實際溫度有一定的要求，需要能夠被控制在一定范圍中；

（4）借助硅烷類藥劑，可能會對槽液造成污染，培養(yǎng)細(xì)菌環(huán)境，為此需要在槽液中添加殺菌劑；

（5）對前處理工藝進(jìn)行使用階段，需要有一定的要求，應(yīng)當(dāng)具備一定的清洗能力以及低殘留能力；

（6）無磷前處理工藝所產(chǎn)生的膜層本身具有一定的耐蝕性特征，但是這種膜層產(chǎn)生的效果相對磷化膜較差。為了防止出現(xiàn)返銹，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對實際生產(chǎn)工藝的管控，也需要針對相關(guān)設(shè)備等進(jìn)行必要調(diào)整。

5　結(jié)束語

綜上所述，無磷轉(zhuǎn)化具有低成本、高性能優(yōu)勢，在汽車涂裝行業(yè)中也具有廣泛的發(fā)展空間。通過實踐調(diào)查了解到，現(xiàn)階段我國較多汽車零部件生產(chǎn)方都已逐步實現(xiàn)無磷轉(zhuǎn)化。通過上述論述與分析可知，無磷轉(zhuǎn)化存在的問題也是困擾企業(yè)發(fā)展以及汽車涂裝行業(yè)的關(guān)鍵阻力。在今后應(yīng)用過程中，要進(jìn)一步分析無磷轉(zhuǎn)化問題，并根據(jù)實際需求有效解決問題，從而不斷促進(jìn)低溫節(jié)能無磷涂裝前處理技術(shù)的應(yīng)用。

[1]高培培，尤越，楊紅新，謝贇.硅烷化前處理技術(shù)在汽車涂裝中的應(yīng)用[J].中國涂料，2011，（12）：46-48.

[2]劉海峰，胡虎，王子建，孫少朋，榮光.無磷涂裝前處理技術(shù)在汽車行業(yè)中現(xiàn)狀及問題分析[A]//中國表面工程協(xié)會轉(zhuǎn)化膜專業(yè)委員會.第八屆全國轉(zhuǎn)化膜技術(shù)學(xué)術(shù)報告年會論文集[C].2010.

[3]梅克力，徐中瓊，周齊，陳紀(jì)琴.汽車涂裝前處理無磷脫脂劑性能比對試驗研究[A]//中國計量測試學(xué)會.企業(yè)計量測試與質(zhì)量管理——中國科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會論文集[C].2005.

[4]季燕雄，趙江英，李寧，于春芳，石雨磊.常溫前處理藥劑在汽車涂裝中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2012，（2）：51-52，62.

[5]童學(xué)寶.新型無磷前處理劑在陰極電泳涂裝中的應(yīng)用及性能研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2012，（8）：42-45.

[6]程為華，李國波，傅昌勇，胡明.汽車涂裝節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用與展望[J].汽車與配件，2010，（45）：12-15.

[7]李國波，儲燦飛，朱明星，張國忠.清洗水循環(huán)再生技術(shù)及“逆流”全封閉式“零排放”技術(shù)在汽車涂裝前處理和電泳工藝上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2008，（8）：18-21.

Application of Pretreatment Technology of Non Phosphate Coating in Automobile Painting

ZHANG Yu,MA Lin,XU Hongzhe
(China Automotive Industry Engineering Co., Ltd., Tianjin 300113)

This paper mainly analyzes a nd discusses the pretreatment technology of non phosphorus coating technology, which is a new type of environmental protection technology, to meet the needs of industrial production at the pres ent stage, to meet the requirem ents of low temperature and energy s aving. The application of non phosphate coating pretreatment technology in automobile coating, the film adhesion is strong, and has goo d corrosion resistance and impact resistance, can achieve the basic requirements of automotive industry at pres ent. In addition, this paper will discuss the problems and reasons of non phosphorus transformation, and summarize the effective measures to promote the better application of the technology.

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