鋅系磷化應(yīng)對(duì)鋼鋁混合車身要求淺析

韓志偉 楊忠 段雪娜

摘 要：隨著汽車輕量化材料的快速發(fā)展，鋁板在汽車車身上的應(yīng)用率逐年提高。文章通過研究磷化工藝處理鋼鋁混合車身存在的問題，提出鋼鋁混合車身在磷化工藝條件下，對(duì)脫脂液、表調(diào)液、磷化液、鈍化液的要求。

關(guān)鍵字：鋼鋁混合車身;一步法磷化;二步法磷化

中圖分類號(hào)：U445? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-188-04

Abstract： With the rapid development of automobile lightweight materials， the application of aluminum plate in automo -bile body is increasing year by year. In this paper， through the study of phosphating process to deal with the problems existing in the steel aluminum hybrid body， the requirements of degreasing solution， surface adjusting solution and phosphating solution are put forward under the condition of phosphating process applied to the steel aluminum hybrid body.

Keywords： Steel aluminum hybrid body; One step phosphating; Two step phosphating

CLC NO.： U445? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-188-04

引言

目前全球僅有1%的汽車為全鋁車身，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到18%;2016年我國(guó)鋁合金汽車板用量?jī)H為7.2萬噸，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到61.6萬噸。目前汽車涂裝前處理還是以鋅系磷化工藝為主，其中一步法和兩步法常用于鋼鋁混合車身的磷化處理。本文主要研究一步法磷化和二步法磷化工藝原理、處理鋁板面積比例分析及對(duì)磷化材料的要求。

1 磷化工藝選擇

一步法磷化工藝即鋼板和鋁板在磷化槽同時(shí)形成磷化膜，該方法對(duì)于處理高比例鋁板車身生產(chǎn)線，其工藝不能滿足應(yīng)用要求;處理低比例鋁板車身生產(chǎn)線，脫脂液、表調(diào)液、磷化液需要改變材料中的添加劑含量及工藝過程施工參數(shù)。

二步法磷化工藝顧名思義分兩步進(jìn)行，第一步：鋼鋁混合車身的鋼板在磷化槽液中形成磷化膜，鋁板在掩蔽劑的作用下不形成磷化膜;第二步：鋁板在鈍化液中形成氧化鋯膜，鋼板在鈍化液中進(jìn)一步封閉。由于鋁板在磷化槽液中不成膜，故而磷化渣大大減少，減少除渣設(shè)備投入，從而減少電泳顆粒問題。

業(yè)內(nèi)應(yīng)用一步法磷化工藝的車身鋁板面積比例一般不超過20%，鋁板面積比例超過20%一般選用二步法磷化工藝。主要原因如下：

1.1 高比例鋁板應(yīng)用一步法磷化，磷化添加劑Zn/PO4溶解界限不成立一步法磷化工藝在鋼鋁車身鋁面積比率過大的情況下，會(huì)出現(xiàn)磷化液添加劑不能維持液體狀態(tài)的問題。Zn2+和PO43-的消耗比率根據(jù)板材的不同，如表1所示。

由于磷酸鋅水溶液Zn/PO4溶解界限為=1/2.76，如果鋁板比例高，磷化主劑中的Zn/PO4 必須提高，接近于磷化添加劑液體狀態(tài)不成立的范圍。鋁板面積比例界限范圍理論上限為50.6%，而實(shí)際磷化添加劑還含有其它金屬鹽類，Zn2+的溶解度會(huì)更低，從而使得Zn/PO4溶解界限范圍繼續(xù)縮小。

1.2 高比例鋁板應(yīng)用一步法磷化，磷化渣增多

一方面鋁的磷酸鋅處理產(chǎn)生的廢渣（Na3AlF6）由于粒徑小很難沉降;二方面磷化渣產(chǎn)生量裸鋼板3-5g/m2、鍍鋅板為0.1-0.8g/m2、鋁板10-16g/m2，鋁板產(chǎn)渣量大。過高的鋁板比例會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磷化殘?jiān)鼏栴}，影響電泳品質(zhì)。

為解決鋁板磷化殘?jiān)鼏栴}，目前主要對(duì)策有磷化槽增加循環(huán)量，采用連續(xù)排渣系統(tǒng);磷化槽出口平面加強(qiáng)噴淋;車身內(nèi)部增加工藝孔，加強(qiáng)車身內(nèi)殘?jiān)鼪_洗;磷化槽液增加結(jié)渣劑使用等。當(dāng)鋁板面積比例超過20%，應(yīng)用這些對(duì)策也不能很好的解決磷化渣問題，可考慮采用二步法磷化工藝，因鋁板在磷化槽液不成膜，將有效避免磷化渣過多問題。

2 鋼鋁車身應(yīng)用一步法磷化工藝要求

2.1 脫脂液要求

脫脂劑作用是除掉材質(zhì)表面上的防銹油、鋁粉、灰塵以及表面的偏析氧化鋁或其他的鈍化層。因鋁為雙性金屬，脫脂液的選擇應(yīng)考慮鋁板堿蝕帶來的影響，同時(shí)考慮脫脂后板材除油效果、鋁板堿蝕量及板面掛灰情況。

對(duì)于鋁板而言，pH對(duì)鋁板堿蝕量的影響很大，過高會(huì)造成鋁板溶解后表面合金元素和硅相析出，對(duì)附著力有不良影響;如表2試驗(yàn)所示，在保證脫脂液除油效果的情況下，pH一般不超過11.5，可通過添加硅酸鹽等緩蝕劑來減輕鋁板堿蝕;pH過低則無法完全去除鋁板表面的氧化層或鈍化層。而游離堿主要影響板材除油效果，偏低會(huì)使除油能力降低，過高則同樣會(huì)導(dǎo)致鋁板過腐蝕，影響涂裝質(zhì)量及槽液穩(wěn)定性。

2.2 表調(diào)液要求

如圖6、圖7所示，鋅系液體表調(diào)較鈦系粉體表調(diào)有助于細(xì)化磷化晶粒尺寸，提高磷化膜覆蓋率，從而增強(qiáng)磷化膜防腐性能。對(duì)于鋼鋁混合車身的磷化工藝應(yīng)優(yōu)先選用鋅系液體表調(diào)。

圖6? 鋅系液體表調(diào)處理6系鋁板? 圖7? 鈦系粉體表調(diào)處理6系鋁板

鋅系液體表調(diào)相較鈦系粉體表調(diào)穩(wěn)定期更長(zhǎng)，鋅系液體表調(diào)槽液廢棄周期一般為3-6個(gè)月，而鈦系粉體表調(diào)槽液廢棄周期一般為1-2周。

2.3 磷化液要求

如圖9、圖10所示，磷化液侵蝕鋁板，Al3+混入槽液AlPO4優(yōu)先析出，導(dǎo)致磷化膜無法形成，久而久之磷化槽液形成惡性循環(huán)。通過增加游離氟濃度，Al3+絡(luò)合化形成廢渣，以消除由于Al3+積存引起的危害。

2.4 鈍化液要求

相較裸鋼板及鍍鋅板，鋁板磷化晶粒尺寸較大、覆蓋率較低。磷化后需增加鈍化處理，使磷化膜空隙或未上膜的基體金屬上形成一層氧化鋯膜，從而能更好的提高磷化膜的防腐性能。圖13為無鈍化的一步法磷化處理的6系鋁腐蝕板，腐蝕試驗(yàn)出現(xiàn)絲狀腐蝕，圖14為有鈍化的一步法磷化處理的6系鋁腐蝕板，腐蝕試驗(yàn)則無絲狀腐蝕。

3 兩步法磷化工藝

二步法磷化基本原理是鋁板在磷化液中刻蝕，因鋁板生成鋯化膜較生成磷化膜快，鋁板先形成鋯化膜，阻止鋁板生成磷化膜，鋼板則正常生產(chǎn)磷化膜。

3.1 脫脂液要求

同一步法磷化工藝要求，脫脂液的選擇應(yīng)考慮鋁板堿蝕帶來的影響，同時(shí)考慮脫脂后板材除油效果、鋁板堿蝕量及板面掛灰情況。

3.2 表調(diào)液要求

鋅系液體表調(diào)相較鈦系粉體表調(diào)能加快磷化反應(yīng)速度，鋁板之所以在磷化液中不生成磷化膜，就是利用了兩種膜成膜的時(shí)間差，如鋁板磷化反應(yīng)速度快，鋯化膜將起不到很好阻止磷化膜生成的作用，所以建議選用粉體表調(diào)。

3.3 磷化液要求

基于二步法磷化工藝原理，磷化槽液增加氟化鋯作為鋁板在磷化槽液成膜的掩蔽劑。同時(shí)二步法磷化槽液游離氟濃度控制遠(yuǎn)低于一步法磷化槽液，一般控制在40-70ppm。鋁板在磷化槽液中不生成磷化，大大降低磷化殘?jiān)俊?/p>

3.4 鈍化液要求

一步法的鈍化液是成膜輔助工序，而二步法的鈍化液是鋁板重要成膜工序，所以二步法鈍化槽液藥劑控制濃度要高于一步法。

4 結(jié)論

（1）受限于磷化添加劑Zn/PO4溶解界限及鋁板產(chǎn)渣量大，一步法磷化工藝不適用鋁板面積比例大于20%的生產(chǎn)線;

（2）鋁板面積比例小于20%的生產(chǎn)線可應(yīng)用一步法磷化工藝，脫脂液在保證除油效果前提下，同時(shí)保證鋁板堿蝕量低不掛灰，脫脂液pH一般管控在11.5以下;表調(diào)液推薦選擇能細(xì)化磷化晶粒尺寸及提高磷化膜覆蓋率的鋅系液體表調(diào);為消除Al3+積存引起的危害，磷化槽游離氟溶度提升至150-250ppm;為消除鋁板的絲狀腐蝕，建議增加鈍化工序;

（3）鋁板面積比例大于20%的生產(chǎn)線可應(yīng)用二步法磷化工藝，因鋁板在二步法磷化工藝磷化槽不上磷化膜，解決了磷化液添加劑Zn/PO4溶解界限受限及鋁板產(chǎn)渣量大的問題，游離氟溶度可降低至40-70ppm;鋅系液體表調(diào)相較鈦系粉體表調(diào)能加快磷化反應(yīng)速度，鋁板磷化反應(yīng)速度快，鋯化膜將起不到很好阻止磷化膜生成的作用，所以二步法磷化工藝建議選用粉體表調(diào);

（4）目前薄膜工藝前處理逐步在汽車涂裝前處理得到廣泛應(yīng)用，該工藝適用不同比例的鋁板面積鋼鋁車身，但其處理裸鋼板轉(zhuǎn)化膜防腐性能不及磷化膜，選擇該工藝需平衡車型防腐目標(biāo)、設(shè)備投入成本并通過充分的整車腐蝕試驗(yàn)，優(yōu)化裸鋼板在車身不同腐蝕等級(jí)區(qū)域使用。

參考文獻(xiàn)

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