常溫環(huán)保型前處理工藝在商用車儲氣筒涂裝中的應(yīng)用

王子建，榮光, *，張?zhí)禊i，劉海峰，劉軍

（1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北 武漢 430030；2.成都明奇工貿(mào)有限公司，四川 成都 610305）

目前我國正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，制造業(yè)經(jīng)受嚴(yán)峻考驗(yàn)，商用車需求量下滑。因此各商用車制造企業(yè)及其各配套廠家在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將降低制造成本作為首要任務(wù)。同時，國家的環(huán)保政策日趨收緊，這對涂裝前處理材料的環(huán)保性也提出了更高的要求。

儲氣筒用于儲存空氣壓縮機(jī)壓縮出來的氣體，供汽車制動、鳴笛等系統(tǒng)使用，一般采用粉末噴涂進(jìn)行防護(hù)。因系多內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，并且存在焊縫長、基材種類多的特點(diǎn)，故其涂裝質(zhì)量控制難度較大。以往都是采用傳統(tǒng)加溫脫脂及磷化工藝，但目前亟需以低成本的環(huán)境友好型前處理來取代傳統(tǒng)工藝。筆者所在單位自主研發(fā)的 PA30-IA(CC)型脫脂劑由滲透性脫脂劑與乳化性脫脂劑構(gòu)成，能從基材表面開始從里到外地去除油污，在確保除油效率的前提下可將使用溫度由55 °C將至常溫，此前應(yīng)用在卡車貨箱磷化涂裝的前處理中有不俗的表現(xiàn)[1]。而另外一款自主研發(fā)的SA-206無磷轉(zhuǎn)化劑以鋯鹽類物質(zhì)為主體，復(fù)配多種硅烷，可在金屬表面生成復(fù)合膜，提高后續(xù)漆膜的附著力及防腐蝕性能，以其代替原加溫磷化工藝，在實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型改造的同時將使用溫度由原40 °C將至常溫。本文擬將上述兩款產(chǎn)品用在儲氣筒涂裝前處理中，考察常溫脫脂和無磷轉(zhuǎn)化工藝改造后的效果。

圖1 儲氣筒的外觀Figure 1 Appearance of an air reservoir

1 工藝流程

對原磷化工藝的改造很簡單，只需將磷化槽改造成無磷轉(zhuǎn)化槽并增設(shè)純水管，對原加溫預(yù)脫脂及脫脂槽不加溫并改用PA30-IA(CC)常溫脫脂劑進(jìn)行補(bǔ)加，將原表調(diào)槽改為純水槽，原磷化后水洗改用純水。新舊工藝流程的對比如圖2所示。

圖2 新無磷轉(zhuǎn)化工藝與原磷化工藝在流程上的對比Figure 2 Comparison between the process flows of original phosphating and new phosphorus-free conversion

由于在工藝選擇上從源頭杜絕了含磷、鋅、錳、鎳等污水的排放，并將各槽體的使用溫度都降至常溫，只要無磷轉(zhuǎn)化槽上增設(shè)過濾裝置就可以將槽中少量的殘?jiān)コ虼苏麠l涂裝前處理生產(chǎn)線變得既節(jié)能又環(huán)保。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 常溫脫脂

2. 1. 1 實(shí)驗(yàn)方法

分別在(27 ± 2) °C和(50 ± 5) °C的條件下將預(yù)先浸涂30號機(jī)油(室溫下掛油量約為1.2 mg/cm2)的汽車用冷軋?zhí)间撈?100 mm × 50 mm × 0.8 mm)置于含30 g/L PA30-IA(CC)或加溫脫脂劑的工作液中擺洗(20次/min)4 min，取出水洗后立即在(120 ± 10) °C的溫度下烘干。

2. 1. 2 效果檢驗(yàn)

除油效率用稱重法判別。稱量出試片脫脂前及脫脂后的質(zhì)量(分別記為m0和m1)，用無水乙醇和丙酮對脫脂后的試片進(jìn)行徹底清洗，然后放入(40 ± 2) °C的烘箱中烘干，再放入干燥器中，達(dá)到恒重后取出稱重(記為m2)，則除油率

2. 2 無磷轉(zhuǎn)化

2. 2. 1 實(shí)驗(yàn)方法

將脫脂后的試片置于含30 g/L SA-206的無磷轉(zhuǎn)化工作液(用SA-A55調(diào)整劑將pH調(diào)至4.8 ± 0.2)中，每分鐘擺動20次，2 min后取出水洗，然后立即在(120 ± 10) °C下烘干，并存放于干燥器中。用艾仕得華佳AD系列粉末對無磷轉(zhuǎn)化后的試片進(jìn)行噴涂，膜厚控制在(70 ± 10) μm。

2. 2. 2 效果檢驗(yàn)

無磷轉(zhuǎn)化膜外觀目測應(yīng)為金黃色至藍(lán)紫色，其微觀形貌通過掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察。粉末涂裝后漆膜的附著力、沖擊強(qiáng)度和耐蝕性分別按照GB/T 1720–1989《漆膜附著力測定法》、GB/T 1732–1993《漆膜耐沖擊測定法》和GB/T 10125–1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行檢測。

3 結(jié)果與討論

3. 1 除油效率分析

根據(jù)涂裝質(zhì)量需要，一般要求脫脂除油效率大于95%，除油效率低會對后續(xù)涂裝質(zhì)量造成影響。由表1可知，2種脫脂劑在加溫至55 °C的條件下，除油效率都大于95%，但傳統(tǒng)加溫脫脂劑在常溫條件下不能滿足除油要求，而常溫脫脂劑的除油效率無明顯降低。

3. 2 無磷轉(zhuǎn)化膜的形貌分析

無磷轉(zhuǎn)化膜的微觀形貌是評價涂裝前處理質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般要求均勻致密。若非如此，不利于后續(xù)涂裝。用掃描電子顯微鏡對基材及其磷化或無磷轉(zhuǎn)化后的表面微觀形貌進(jìn)行觀察(放大2 500倍)，結(jié)果如圖 3所示?？梢娀臒o磷轉(zhuǎn)化前后的表面狀態(tài)存在明顯差異，說明無磷轉(zhuǎn)化已在基材表面形成轉(zhuǎn)化膜，改變了基材外觀。另外，無磷轉(zhuǎn)化工藝與原磷化工藝的成膜機(jī)理不同，因此兩種膜層的微觀形貌也有很大的差異。磷化得到的是結(jié)晶型膜，而無磷轉(zhuǎn)化得到的是鋯鹽?硅烷復(fù)合膜。不能以磷化膜才有的晶粒尺寸、P比等指標(biāo)對無磷轉(zhuǎn)化膜層的質(zhì)量進(jìn)行評價，而應(yīng)該注重其均勻性，并且重點(diǎn)以與漆膜配套后的各項(xiàng)涂裝性能作為評價依據(jù)。

表1 不同脫脂劑在不同使用溫度下的除油效率對比Table 1 Comparison between the oil removal efficiencies of different degreasing agents when working at different temperatures

圖3 不同工藝所得膜層的微觀形貌對比Figure 3 Comparison between microscopic morphologies of the coatings obtained by different processes

3. 3 粉末涂裝后的性能對比

各儲氣筒生產(chǎn)企業(yè)對粉末涂裝質(zhì)量要求類似，要求漆膜附著力、沖擊強(qiáng)度及耐鹽霧性能達(dá)到一定的水平。而除油不盡會使粉末涂裝后的涂膜產(chǎn)生縮孔、花斑等表面缺陷，導(dǎo)致其性能降低。對前處理分別采用加溫脫脂+磷化，常溫脫脂+磷化，以及常溫脫脂+無磷轉(zhuǎn)化后得到的涂裝樣板進(jìn)行性能對比，結(jié)果均達(dá)到附著力0級，50 kg·cm沖擊下無裂紋，以及耐中性鹽霧試驗(yàn)超過500 h的要求。常溫化改造后的漆膜外觀與改造前無明顯差異，沒有表面缺陷，各項(xiàng)性能均無降低。由此可見，脫脂常溫化改造后與無磷轉(zhuǎn)化的配套性良好，能滿足粉末涂裝的要求。

考慮到儲氣筒結(jié)構(gòu)上存在較多的焊縫及夾縫，這些特殊部位的涂裝質(zhì)量較差會直接影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量，因此對加溫脫脂+磷化以及常溫脫脂+無磷轉(zhuǎn)化這2種不同的工藝處理后焊縫及夾縫部位的涂裝性能進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對于焊縫而言，2種工藝都能在正常的工藝條件下獲得附著力為0級、厚度為(70 ±10) μm的漆膜，并且在中性鹽霧試驗(yàn)240 h內(nèi)無銹點(diǎn)；對于夾縫而言，雖然所得漆膜的附著力也是0級，但厚度減小至(30 ± 10) μm，且只有常溫脫脂+無磷轉(zhuǎn)化后制備的漆膜能經(jīng)受240 h的中性鹽霧腐蝕，加溫脫脂+磷化后制備的漆膜在中性鹽霧試驗(yàn)后出現(xiàn)了少量銹點(diǎn)和起泡。

夾縫部位因結(jié)構(gòu)特殊，故粉末涂層厚度較其他部位大幅度降低，也更容易出現(xiàn)漆膜缺陷。加溫脫脂+磷化后所得漆膜在中性鹽霧試驗(yàn)中出現(xiàn)銹點(diǎn)的原因推測為：(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致清洗難度大，在磷化后水洗不充分的情況下，夾縫中容易殘留較多酸性較強(qiáng)的磷化液；(2)夾縫處易積累磷化渣等其他雜質(zhì)。無磷轉(zhuǎn)化因反應(yīng)原理與磷化不同，在處理過程中只產(chǎn)生很少的沉渣，對夾縫部位不會造成太多殘留，并且無磷轉(zhuǎn)化工作液的pH一般控制在4.6 ～ 5.0范圍內(nèi)，酸性較弱，對焊縫及夾縫不會造成太大的腐蝕。因此，無磷轉(zhuǎn)化非常適合儲氣筒類結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的涂裝前表面處理。

3. 4 改造后的經(jīng)濟(jì)效益

涂裝前處理常溫化改造后，氣溫高于25 °C時無需開啟加溫鍋爐對預(yù)脫脂、脫脂及磷化槽液進(jìn)行加溫，氣溫低于25 °C的條件下僅需升溫至30 °C(以前要升至50 °C)，因此加溫用天然氣消耗量大幅降低。另外，因改造后涂裝前處理槽液為環(huán)境友好型，故污水處理費(fèi)用明顯降低。從表2可以看出，改造后的制造成本大幅降低，這對淡季生產(chǎn)尤為有利。

表2 工藝改造前后的成本對比Table 2 Comparison between costs of the process before and after modification

4 結(jié)語

涂裝前處理常溫環(huán)保改造后，與后續(xù)噴粉工藝配套性良好，在除油效率和粉末涂裝質(zhì)量方面都能滿足儲氣筒生產(chǎn)的要求。涂裝前處理常溫環(huán)保改造項(xiàng)目的實(shí)施能為儲氣筒生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約大量能源和其他費(fèi)用，也為淡季時的生產(chǎn)安排調(diào)度提供了更大便利。