傳統(tǒng)磷化轉(zhuǎn)換薄膜工藝的項目介紹

葉紫平，陳軍能，張曉春，曹軍，陳寶歌，顧卿

（1.上汽通用汽車有限公司整車制造部，上海 201201；2.上汽通用汽車有限公司金橋南廠油漆車間，上海 201201）

前言

近年來，隨著社會環(huán)保意識的不斷加強，國家及地方紛紛出臺嚴格的法律、法規(guī)，加強相關行業(yè)污染物的排放監(jiān)管。在汽車制造行業(yè)的各種峰會上，使用薄膜工藝替代傳統(tǒng)磷化工藝的討論越來越多。大部分傳統(tǒng)主機廠以及近年大量興起的新能源車廠在新建工廠時，都不約而同的選用了薄膜工藝。2016年10月，國家發(fā)改委、環(huán)保部、工信部聯(lián)合發(fā)布了《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》，該文件定義薄膜型轉(zhuǎn)化膜處理工藝為I級基準值，高于磷化工藝的II級。此外，上海市環(huán)保局在2017年3月印發(fā)了《上海市環(huán)境保護局關于進一步加強一類水污染物排放企業(yè)監(jiān)管工作的通知》，要求：排放一類水污染物的新、改、擴建企業(yè)，無相關行業(yè)排放標準的，即日起執(zhí)行上海市《污水綜合排放標準》（DB31/199-2009）A級標準；現(xiàn)有企業(yè)自2018年1月1日起執(zhí)行。這意味著大部分重金屬的排放標準收嚴了10倍，其中就包括傳統(tǒng)磷化中富含的鎳。

1 項目簡介

關于薄膜工藝，很多同行已經(jīng)作了較為全面的介紹，更少的重金屬和磷酸鹽的排放，更短的工藝流程等[1,2]，本文不再贅述。然而由于薄膜工藝在國內(nèi)主機廠的應用經(jīng)驗尚不豐富，在生產(chǎn)過程中不可避免地存在很多棘手的問題需要解決。也正因此，雖然很多主機廠在新建車間時選用了薄膜工藝，卻很少將現(xiàn)有磷化工藝線改造成薄膜工藝。

上汽通用汽車有限公司作為國內(nèi)首批應用薄膜工藝的主機廠之一，對磷化工藝轉(zhuǎn)薄膜工藝進行了比較深入的研究。為了適應日趨嚴格的環(huán)保法律、法規(guī)要求，建立工藝轉(zhuǎn)換實際操作的技術儲備，上汽通用決定在某油漆車間開展磷化工藝轉(zhuǎn)薄膜工藝試點工作。本文將對項目方案制定、實際轉(zhuǎn)換等經(jīng)驗進行分享。

2 轉(zhuǎn)換項目

2.1 設備改造方案制定

薄膜工藝與傳統(tǒng)磷化工藝需求并不相同，它不需要表調(diào)和鈍化工藝。因此，在槽體使用上需要進行一定調(diào)整。我們計劃將原表調(diào)槽改為水洗槽，將原鈍化槽改為純水洗槽。在部分槽間增設溢流管，使水洗水能向前道溢流，提高利用率。此外，原有的鈍化后水洗槽可以關閉，可以節(jié)約設備運行費用。

圖1 某車間工藝改造示意圖Fig.1 the flow chart change from phosphate to thin film process

除槽體功能變化外，根據(jù)薄膜工藝的特殊性，在各槽體之間需要加裝一定的噴淋管。這些噴淋主要用于車體在各槽體之間的保濕，以防止局部干燥發(fā)生閃銹，影響車身耐腐蝕性能。與傳統(tǒng)磷化工藝不同，薄膜反應短時間內(nèi)不會自動停止，反應時間越長膜重越高。因此在薄膜槽出槽位置，部分材料供應商要求加裝RO水噴淋，以快速阻斷薄膜反應，防止薄膜在車身板材上的過度反應產(chǎn)生缺陷。

2.2 系統(tǒng)清洗方案制定

由于傳統(tǒng)磷化在使用過程中會產(chǎn)生磷化渣，磷化渣會逐漸在管路中沉積并結(jié)成堅硬的結(jié)塊。因此在進行工藝轉(zhuǎn)換前，需要對系統(tǒng)管路進行深度清洗，避免磷化渣在后期析出，污染薄膜槽液。需要重點清洗的槽子包括原表調(diào)槽、原磷化槽、原磷化水洗槽以及原鈍化槽。清洗系統(tǒng)需使用一定濃度的硝酸溶液，以便將系統(tǒng)中的磷化渣溶化，濃度可以按材料供應商推薦或通過磷化渣浸泡實驗確定。按系統(tǒng)污染程度不同，各槽體需要進行不同時間的酸洗循環(huán)時間。酸洗完成后將酸洗廢液排放，安排人員對槽體、槽壁進行高壓清洗，將已經(jīng)被酸泡軟的磷化渣沖洗下來。

高壓清洗后往槽體中加30%工業(yè)水，進行一次循環(huán)清洗，進一步減少系統(tǒng)中的殘酸和磷化渣。完成后，需要再往槽體中加滿工業(yè)水，進行再一次循環(huán)清洗。一定時間后，檢測清洗液的pH，電導率以及磷含量。如達標，則表示清洗已完成。如未達標，則需重復清洗。

圖2 磷化槽的清洗計劃示意Fig.2 the cleaning plan of phosphate tank

在制定方案時，如停產(chǎn)時間允許，還可以將一個槽的水洗水轉(zhuǎn)移至另一個槽進行清洗，重復利用。如此，整個系統(tǒng)清洗活動中將會節(jié)省約300m3廢水排放。

2.3 廢水處理方案制定

本次轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生大量的廢水，集中排放可能導致廢水處理能力不足，需制定周詳?shù)呐欧庞媱?。為了保證廢水處理的針對性和經(jīng)濟性，需要按污染因子對廢水進行分類。本次清洗產(chǎn)生的廢水主要分4大類：含重金屬酸洗液、普通酸洗液、低pH廢水以及連續(xù)處理廢水。根據(jù)廢水因子的濃度，制定對應的廢水處理方案。

表1 各類廢水的污染因子預估濃度Table1 The estimated pollutant concentration of waste water

此外，原有的磷化液也需要進行處理。為了減少污染的排放和處理費用，可以考慮將磷化液轉(zhuǎn)移至另一車間再利用。我們將兩個車間的磷化液按不同比例進行混合，再進行磷化制板。檢測發(fā)現(xiàn)，不同比例槽液混合后制板的磷化膜重均在在規(guī)范要求范圍內(nèi)，晶相也均勻分布，各項性能與單一槽液制板基本一致。將磷化后板材在現(xiàn)場進行電泳，測試各項性能均合格。由此可以得出，可以將一個車間的磷化液按消耗量轉(zhuǎn)移到另一個車間進行再利用。

2.4 調(diào)試方案制定

在正式生產(chǎn)之前，需要進行一定數(shù)量的調(diào)試車生產(chǎn)。主要調(diào)試目標是實現(xiàn)目標薄膜膜重、電泳膜厚和泳透力，消除可能存在的電泳外觀問題。調(diào)試需要分批進行。第一批過一輛車，用于了解薄膜工藝的準備狀態(tài)是否達到要求，以及電泳膜厚相對原磷化工藝時的變化。根據(jù)第一輛車的狀態(tài)，調(diào)整薄膜工藝參數(shù)、噴淋角度、電泳電壓等。第二批過三輛車，觀察連續(xù)過車時的薄膜膜重、條印以及電泳膜厚、泳透力等參數(shù)是否正常。后續(xù)可以根據(jù)調(diào)試車實際狀態(tài)，制定多批次的調(diào)整方案。選取電泳膜厚和泳透力均達標的電泳車身進行拆解，測量車身內(nèi)腔位置的電泳膜厚。 拆解車應包含車間所有量產(chǎn)車型。在所有質(zhì)量指標均調(diào)試到達標狀態(tài)后，可以由調(diào)試階段進入爬坡生產(chǎn)階段。

2.5 轉(zhuǎn)換經(jīng)驗

在進行了多輪次的方案制定和優(yōu)化后，我們成功在金橋南廠油漆車間完成了薄膜工藝的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品各項指標均達到通用質(zhì)量標準。如圖3所示，金橋南廠首臺采用薄膜工藝的電泳車身外觀表現(xiàn)良好，沒有明顯的質(zhì)量缺陷。

圖3 某車間第一臺采用薄膜工藝的電泳車身Fig.3 The first body after thin film and Ecoatof brownfield

轉(zhuǎn)換過程中，我們也積累了一定的經(jīng)驗，可供讀者參考。由于薄膜工藝需要配套的脫脂劑，可以提前將脫脂材料進行升級，避免同步轉(zhuǎn)換變化點過大，增加調(diào)試難度。區(qū)別于傳統(tǒng)磷化工藝，薄膜工藝對車身板材打磨印的遮蓋能力有所降低，需要提前與沖壓和焊裝車間溝通優(yōu)化打磨方式，提升打磨質(zhì)量。在酸洗過程中，由于部分設備耐腐蝕性弱可能造成“燒穿”，需要對薄弱位置進行梳理，對薄弱位置進行保護或者更換備件，以免發(fā)生泄漏影響項目進度。在調(diào)試過程中，由于薄膜的濕膜電阻遠遠低于磷化，其電反應會更加劇烈。因此在電泳入槽階段需降低電泳電壓升壓速度，避免入槽條印。

3 結(jié)語

某油漆車間磷化轉(zhuǎn)薄膜項目的成功落地，為上汽通用積累了寶貴的實際轉(zhuǎn)換經(jīng)驗，為后續(xù)類似項目的實施打下了堅實的基礎。雖然薄膜工藝在國內(nèi)的應用時間尚短，但已經(jīng)有越來越多的主機廠加入到工藝升級轉(zhuǎn)換的行列中[3,4]。在環(huán)保法規(guī)趨嚴的大趨勢下以及薄膜材料的不斷更新?lián)Q代[5]，傳統(tǒng)磷化轉(zhuǎn)換為薄膜工藝是目前汽車行業(yè)的發(fā)展方向。實踐表明，只要做好充分的方案策劃和風險評估，轉(zhuǎn)換就能成功實施。

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