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汽车 工艺技术
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第二章 汽车车身涂装工艺技术 第一节 漆前表面处理工艺(磷化处理工艺) 一、 前处理的目的 为获得前述的汽车涂层的耐久性、耐腐蚀性,都采用磷化处理作为涂装的前处理。磷化处理(又称 磷酸盐化学处理)是利用磷酸的离解(平衡)反应在清洗(脱脂)过的金属底材表面上析出不溶性的磷 酸金属盐的(磷化膜)技术。磷化膜的功能是提高涂布在其上的涂膜(电泳涂膜)的附着力和耐蚀性。 关于附着力,因所制得磷化膜结晶微溶人金属表面,结晶的附着力良好。还有,由于无数的结 晶的表面 凹凸 ,表面 积增大 ,提高 了 涂膜的附着力。 然后 , 随 着涂膜附着力的提高, 防止 腐蚀 生成 物质 的 侵入 , 而 提高 了 其耐蚀性( 尤 其能 抑 制漆膜 下 的 扩 蚀)。 未 磷化处理过的 短期内 涂膜 就起泡生锈 。 透 过涂膜的 水 、 空气 , 到达钢板 表面, 形成红锈将 漆 膜 鼓起 , 透 过涂膜的 水 、 空气到达镀锌钢板 , 形成白锈 ,还 与 涂膜反应 成 金属 皂 ,其 体积增大 10 倍 , 因 而更强 力 地鼓起 涂膜。磷化膜是 靠 化学反应在金属表面上 生成 的不溶性的膜,由于其附着力( 物 理的)和化学 稳定 性好, 而 作为耐久性好的高 级防锈 涂装的底材处理。 要 得 到优质稳定 的磷化膜, 确保 其附着力、耐 扩 蚀性,前处理的 管 理 十分重要 , 同时需 良好 地 理解磷化处理的 基本 反应 机 理 及要素 。 二、磷化处理的反应机理 磷化膜是 靠 化学反应 生成 的。 充分 脱脂过的金属表面, 并进行 表面 调整 ,是 生成 磷化膜的 最适 宜条件 。化学反应由磷酸的离解反应和 成 膜反应 组成 。 磷化处理的 主要成分 是磷酸( H3PO4 ) ,磷酸在 水 溶 液中三次 离解,在 25 ℃ 下它们 的离解 常 数 如下: H3PO4← → H2PO4 - + H +K1 = 7.5× 10 -3( 2-1 ) H2PO4 - ← → HPO4 2- + H +K2 = 6.2× 10 -8( 2-2 ) HPO4 2- ← → PO4 3- + H +K3 = 4.8× 10 -13( 2-3 ) 由离解 常 数 可知 ,在 水 溶 液中 ( 2-1 ) 式 的反应 容易 进行 , ( 2-3 ) 式 反应 几乎 不能 进行 。还 有, 对 应磷酸的 三 种 离解 状态 , 生成 不 种 金属盐。 当 金属是 Zn , Fe 等二价 金属 时 , 生成如 以 下 所 示 的盐。 第一 种 磷酸盐 : Me(H2PO4)2又称磷酸 二氢 盐。 第 二种 磷酸盐 : MeHPO4又称磷酸一 氢 盐。 第 三 种 磷酸盐 : Me3(PO4)2又称磷酸盐。 一 般 , 2 价 金属的第一 种 磷酸盐是 可 溶性的,第 二种 磷酸盐是 可 溶性 或难 溶性的,第 三 种 磷酸 盐是 难 溶性的。磷化处理技术是由第一 种 磷酸金属盐 形 态 的 水 溶 液 通 过化学反应析出 难 溶的第 三 种 磷酸金属盐。 磷化膜的 生成 反应。在 2 价 金属的磷酸盐的 水 溶 液中如 式 ( 2-4 )、 式 ( 2-5 )、 式 ( 2-6 ) 所 示 的离解 状态 。因 各 反应是平衡反应, 例 如 ( 2-4 ) 式左边 的 H3PO4浓度 因 各种原 因 减小 , 则 为 补 充 减小 的 H3PO4浓度 反应 向右方向 进行 , 最 终 是 难 溶性的盐 Me3(PO4)2析出。 Me3(PO4)2 ← → MeHPO4 + H3PO4 (2-1) 3MeHPO4 ← → Me3(PO4)2 + H3PO4 (2-2) 3Me(H2PO4)2← → Me3(PO4)2+ H3PO4 (2-3) 汽车涂装前的磷化处理是 以 锌 盐磷化处理为 代 表。 被 处理的底材 侵 蚀反应, 消耗 H3PO4,为 补 充 消耗 的 H3PO4反应 向右 进行 ,析出第 三 种 磷酸 锌 。( 2-7 ) 式 和( 2-8 ) 式 所 示 的是 生成锌 盐磷 化膜的平衡反应。 PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 www.fineprint.com.cnFe + 2H3PO4← → Fe(H2PO4)2 + H2 ( 2-7 ) 3Zn(H2PO4)2← → Zn3(PO4)2 + 4 H3PO4 ( 2-8 ) ( 2-7) 式 反应在 被 处理 物 上 进行 , 钢板 介 面的 Fe(H2PO4)2 浓度 增 高,又因 发 生 的 H2 气 覆盖 钢 板 表面, 而防 碍 反应的 进行 。在 此 ,为 除去 上述 弊害 , 使 用 氧 化 促 进 剂 。能 将 H 2变 成水 和能 将 2 价 铁氧 化 成 3 价 的 两类 物质 均可 作为 氧 化 促 进 剂 , 通 常 使 用的 氧 化 促 进 剂 是 亚硝 酸盐。 将 亚硝 酸盐 添加 到锌 盐磷化 液中后 , ( 2-7 ) 式 中 Fe(H2PO4)2就成 为 Fe PO4( 沉渣 ) , H2变 成 H2O除去 。 实际 反应 可 理解为 如 图 2-l 所 示 的平衡反应和 形成 微晶 粒 的电化学反应。 实际 的磷化膜结晶 生成 反应 可 作 如下 表 示 。 根据 ( 2-7 ) 式 的反应,在磷化 槽 液内 的 钢板 表面 上, 靠 促 进 剂 的作用, 氢 离 子浓度 下 降 , 引发 ( 2-9 ) 式 的反应。 3Zn (H2PO4)2 ← → Zn3(PO4)2· 4 H2O +4 H3PO4 ( 2-9 ) Fe 的 浓度 高 时就生成 磷酸 二 锌 铁 。 Fe+2Zn(H2PO4)2 ← → Zn2(PO4)2· 4 H2O +2H3PO4+ H2O ( 2-10) 二 、磷化膜的 组成及 其耐蚀性 在 钢板 上的磷化膜结晶是由磷酸 锌 ( hopeite )和磷酸 二 锌 铁 ( phosphophillite ) 组成 。 锌 盐磷化膜 中 磷酸 锌 和磷酸 二 锌 铁 的 X 射线衍射 强 度比 称为 P 比 。 P 比 是 两种 磷酸盐结晶的 含量之比 。 式 中: P―― Zn2Fe(PO4)3· 4H2O 结晶 含量; H―― Zn3Fe(PO4)2· 4H2O 结晶 含量 。 图 2-1 锌盐磷化膜析出模式 . 磷化膜的 P 比 高 低 与 被 处理 件 的材 质 、磷化 液 的 组成 和磷化处理 方式 有关, 低 锌三 元 磷化 液 和 浸 式 磷化处理所得磷化膜的 P就 高。 如 不 同 的磷化处理 方式 所得磷化膜 中 的 铁 / 锌 比 率 不 同: 一 般 喷淋 处理 方式 1: 7.5 ( Fe/Zn ) ,一 般 浸渍 处理 方式 l: 3.5 ( Fe/Zn ) , 改 进后 的 喷淋 处理 方式 1:4.3 ( Fe/Zn ) , 改 进后 的 浸渍 处理 方式 1:2.2 ( Fe/Zn ) ① 。 磷酸 二 锌 铁 的耐 碱 溶解性 较 磷酸 锌 高,因 此 P高的磷化膜在 湿 腐蚀 时 的 阳极部位 ,和 阴极 电泳 时 PH 值 上 升 时 的磷化膜的耐 碱 性高,涂装 后 的耐蚀性 优 良。耐 碱 性良好的磷酸 二 锌 铁 的 含量 越 高 磷化膜的溶解 就 少 ,耐蚀性 就 越 好。所 以 , 要 求 与 阴极 电泳涂装 配套 的磷化膜的 P比 高于 0.9。 在磷化处理 镀锌钢板时 ,不能 从 镀 层 供给 Fe 离 子 ,因 而 只 能 形成锌 盐磷化膜。 这 种 锌 盐磷化 膜上的涂膜 二 次 附着力(耐 水后 的附着力) 较 磷酸 二 锌 铁 磷化膜 差 。所 以 要 用 含 Zn- Ni- Mn ( 锌 、 镍 、 锰 ) 三成分 的, 三 阳 离 子 ( trvi- ceation ) 型 磷化 液 处理 锌 系 底材, 改 变 磷化膜的金属 成分 。 三 阳 离 子 型 的磷化膜耐 碱 性 优 良,在 阴极 电泳涂装 时 因 界 面 碱 性化 产 生 剥 离(附着力 变 差 ),所 以 , ①浸演 磷化处理 方式 的 改 进 措施 是 缩 短 处理 时 间 , 控 制膜 敢 ( 3 .5g/m 2 以 下 ), 降低 处理 沮 度 和处理 液 的 浓度 。 P P 比 = P + H (磷化 液 ) ( 锌 盐磷化膜 Hopcite ) (钢板 ) (磷化 液 ) ( 二 锌 铁 磷化膜 ) [O] PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 ? www.fineprint.com.cn对 这 时 的 碱 性化的 抵抗 性 要 高 . 另外 , 锌 盐磷化膜在电泳涂膜 烘干 时 ,膜 中 的 4 个 结晶 水 的盐脱 水 变 成 2 个 结晶 水 盐。 随后 , 毛细 管 现象 透 过涂膜的 水分 , 使 其还 原 为 4 个 结晶 水 盐 时 ,磷化膜的 体积 膨胀 , 而 使 磷化膜 产 生 内 应力, 再 因 加 水分 解 而 使 磷化膜 产 生 明显 地 劣 化。 现今 ,汽车涂装 最 广泛 应用的是涂装前 锌 盐磷化处理 液中 添加 Ni 和 Mn 。关于磷化膜 中 的 Ni 、 Mn 的 效果 有 种种 说法 。 例 如 , 添加 Ni 能 使 磷化膜结晶微 细 化,提高附着力,能 防止 恢复 成 4 个 结晶 水 磷酸 锌 盐, 而 提高耐 水 试 验 后 的 二 次 附着力 ; 在 镀锌 层 界 面析出和 锌 盐磷化膜 中 的 Ni 能 促 进 在 湿 式 腐蚀 时 的 碱 性 氯 化 锌 的 生成 , 而 提高耐蚀性 等 。 Mn 在磷化膜 中 的 存 在 形 态 ,由 X 射线衍 射 分 析结 果 可知 置换 了 磷酸 锌 晶 格 中 的 特 定 部位 的 Zn 。 Mn 进 人磷酸 锌 结晶 后 ,磷化膜的耐 碱 溶 解性提高,因 而 也 提高 了 耐蚀性。 浸渍 处理 方式 所得磷化膜的磷酸 二 锌 铁含量 高, 且致密 ,因 而 其耐蚀性、涂膜附着力 优 良。 喷 射 处理 方式 所得磷化膜的磷酸 锌 的 含 有 率 高,结晶 成 针 状 且粗 ( 参见 图 2- 2 ) ,因 而 其耐蚀性 较 浸渍 处理 方式 差 , 这也 是汽车车 身 涂装 生 产 线几乎 都 变 更成 浸渍 处理 方式 的 主要 因 素 之 一。不 同 前 处理 及 处理 方式对 电泳涂膜的耐腐蚀性的 影响 , 请参见 图 2- 3 。 喷 射 处理 方式 磷化膜 针 状 、结 品粗 全浸 处理 方式 磷化膜 粒状 、 且 结晶 致密 图 2- 2 磷化膜结晶表面状态 24 48 7272 200 240 360 24 72 160 200 160 261 360 240 600 800 1000 200 300 600 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 10μm15μm20μm5 μm10μm15μm20μm10μm15μm20μm20μ m 仅 脱脂无磷化处理 脱脂、 锌 盐磷化( 浸 式 处理) 脱脂、 锌 盐磷化( 喷 式 处理) 锌 盐磷化 盐 雾 试 验 /h 阳极 电泳 阴极 电泳 图 2-3 前处理及其方式不同对阴极、阳极电泳涂膜的耐腐蚀性的影响 不 同 配 方 、 品 牌 的 阴阳极 电泳涂膜耐腐蚀性 相 差 很 大 , 图 中 数 据 仅供 定 性 对比 参 考 四、涂装前磷化处理工艺 PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 香 ? www.fineprint.com.cn前处理是涂装工艺 中最重要 的工 程 之 一。为获得 最 佳 的磷化膜, 确保 产 量 和处理面 积 , 必须精心设 计 和 选 用前处理工艺 及 设备 。在 设计 时 应 考虑 以 下 必 要条件: 被 处理 物 (车 身 )的 大 小 、 形 状 及 面 积 ,材 质 ( 钢板 种类 、 铝 材 等 ), 产 量 ( 或 生 产 节 拍 min/台 ), 被 涂 物 的 输送 方式 ( 间 歇步 进 式 , 连续 方式 ),处理 方式 ( 喷 射方式 , 浸渍 方式 ), 设备场 地 ( 空 间 ), 运 行 效率 ( 80-90 % ) ,前 处理的 质 量 基 准 等 。 涂装前磷化处理的工艺 流程 ( 基本 工 序 ) 列 于表 2-1 中 。 1 . 处理 方式 前处理的处理 方式 按 处理 液与 被 处理 件 的 接触 方式可 分 两 大 类 ,喷 射方式 和 浸渍 方式 。 1980 年 以 前汽车车 身 涂装前处理 方式 是 喷 射式 , 基 于 喷 射方式 处理所得磷化膜的 P 比 偏 低 和车 身 内 表面 处理不 完善 (处理面 积 80 % 左右 , 而 采用 浸渍 处理 方式可 达到 车 体 面 积 的 95-100 %) 等弊 端 , 1980 年 后 变 为 以 浸渍 方式 为 主 流 。 现今只 有 批 量 生 产 的 大 客 车车 身 前处理采用 单室 或 双室 的 喷 射式 前处 理 设备 。 图 2- 4 为 浸渍 处理 方式 的 设备流程概念 图 。 表 2 - 1 前处理的方式和各工序的概念 处理 方式 喷 射方式 浸渍 方式 ① 工 序名 称 处理功能 时 间/ s 温 度 / ℃ 时 问 / s 温 度 / ℃ 备注 1.热 水 预 清洗( 或 手 工 预 清洗) 除去 车 身 上的附着 物 车 身 加 热 60 60-70 60 ( 喷 ) 60-70 使 用 70-80 ℃ 的 热 水 , 如 果 白 车 身较 清 洁 , 本 工 序 可 省略 , 可 由工 序 2或 4补 水 2.预 脱脂 除去 车 身外 板 油污 车 身 加 热 60 45-50 60 ( 喷 ) 45-50 可使 用脱脂 液 和由第 1 水 洗 补 给 的 水 3.脱脂 撅 去 油污 120 50-60 120 45-50 使 用由 硅 酸 钠 ,磷酸 钠 、表面 活 性 剂等 配 制清洗 液 , 除去 整 个 车 身 的 油污 4.水 洗 No.1 除去 脱脂清洗 剂 冷却 车 身 20-30 室温 ( 偏 低 较 好) 20-30 ( 喷 ) 室温 ( 偏 低 较 好) 自来 水 ,由 水 洗 No . 2 通 过 溢流 或 预 洗 法 补 给 5.水 洗 N0.2 除去 脱脂清洗 剂 冷却 车 身 20-30 室温 ( 偏 低 较 好) 20-30 ( 浸 人 即 出) 室温 ( 偏 低 较 好) 连续 补 给 自来 水 (出 日 喷 ) 保 车 体 温 度 40 ℃ 以 下 6.表面 调整 调整 微 碱 性 活 化、 形成 膜 核 60 室温 ( 低 于 RT ) 60 (出 槽 喷 ) 室温 ( 低 于 RT ) 使 用 钛 酸盐,磷酸 钠 等 表 调 剂 、 调整钢板 表面 呈 微 碱 性 7.磷化 生成 磷化膜 120 50-60 1 20 40-45 使 用 “ 三 元 ” 锌 盐磷化 液 加促 进 剂 ,由化 学反应在金属表面上 生成 磷酸盐结晶膜 8.水 洗 No.3 除去 磷化 液 20-30 室温 ( 80s ) (出 槽 喷 ) 室温 自来 水 ,由 水 洗 No . 4 通 过 溢流 或 预 洗 补 给 。 特 别 是 要 除去 磷化 渣 9.水 洗 No.4 除去 磷化 液 20-30 室温 20-30 ( 喷 ) 室温 自来 水 , 或 由工 序 11 纯 水水 洗 通 过 溢流 或 预 洗 法 补 给 10.钝 化 ② 封闭 磷化膜 提高耐蚀性 30 室温 20-30 ( 浸 人 即 出) 室温 补 给 纯 水 11.纯 水 洗 除去 杂 质 离 子 10-20 室温 ( 浸 人 即 出) 室温 洗 后 车 身 的 滴 水 12.新鲜纯 水 洗 10-20 室温 10-20 室温 电 导 率 ≤ 30μ s/ cm ① 浸渍 方式 , 并 不是 各 工 序 都是 浸 , 而 是关 键 工 序 ( 3 、 5 、 7 、 9 、 11 )采用 浸渍 处理, 而 其 他 工 序 是采用 喷 射 处理。 ② 基 于 钝 化工 序 的 “ Cr”公 害 ,在 日 本 汽车工 业 中 磷化 后 不 进行 钝 化处理, 而 是 强调 磷化膜的 P比 (磷酸 二 锌 铁 的 含量 )。 欧美 汽车 厂家 坚持 要 钝 化, 现 发 展 采用无 铬 钝 化 剂 不 同 的磷化处理 方式对 磷化膜 特 性的 影响 , 见 表 2- 2 。 表 2- 2 不同处理方式对磷化膜特性的影响 特 性 处理 方式 P/( P/H ) 膜 重 / ( g/m 2) 结晶 尺寸 /μ m 结晶 形 状 重 金属 含量 /( mg/m 2 ) 耐 碱 性 耐 水 、 二 次 附着力 耐 痕 形 腐蚀性 弯曲 性 镀锌板 适 应性 喷 射式 0.5-0.7 1-2 10-30 针 状 0-15 △ -○ × -△ × -△ △ -○ × -△ 浸渍 式 0.9-1.0 2-3 ≤ 10 粒状 棒 状 10-50 ◎ ○ -◎ ○ -◎ ○ ○ -◎ PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 www.fineprint.com.cn注 : ◎ -优 ; ○ -良, △ -中 , × -劣 。 图 2 -4 前处理工艺(全浸式)及设备流程示意 1 一离 心 分 离 器 . 2 一 加 热油 水分 离 器 ; 3 一 热 交 换 器 . 4 一 促 进 剂 , 5 一 PS 过 滤器 , 6-沉渣槽 ,7 一 EFC 脱 水 过 滤器 ; 8 一 HNO3 槽; 9 一 沉 淀 过 滤器 ; 10 一 紫 外 线 杀菌 剂 . 11-泵 . 2 .各工序的功能及其控制要点 汽车车 身 的前处理工艺一 般 由 预 脱脂、脱脂、 水 洗、表 调 、磷化、 水 洗、 纯 水 洗 等 10 多道 基 本 工 序 组成 。 按 表 2-1 工 序 介 绍 如下: 工 序 1-3 为 除 油 清洗(脱脂)工 序 。用 热 水 和 热 碱 液 喷浸 结 合 的 方 法 清洗车 身 。 通 过脱脂 剂 中 的 碱 性 物质 对 油污 皂 化 及 表面 活 性 剂 的 浸 润 、 分 散 、 乳 化 及增 溶作用 达到 去除 油污 的 目 的。 脱脂 质 量 的好 坏 主要 取决 于脱脂 温 度 、脱脂 时 间 、 机 械 作用和脱脂 剂等 四 个 因 素 。 脱脂 温 度 : 一 般 来 说 , 温 度 越 高、脱脂 效果越 好。 温 度 高 使 油污 的 猫 度降低 , 加 速 皂 化 等 化学 反应和表面 活 性 剂 的 浸 润 、 乳 化、 分 散 等 作用。 但 不是所有 场 合 都是 温 度 越 高 越 好, 各种 脱脂 剂 都 有其 合 适 的 温 度 范围 ,过高的 温 度 会 使 某些 脱脂 液中 的表面 活 性 剂 析出 聚集 ,附着在 被 清洗的表面 上, 造 成 磷化膜 发 花 不 均 。 脱脂 时 间 : 必须 保 证 有 足够 的脱脂 时 间 , 喷 射方式 的脱脂 时 问 一 般 为 l-3min , 浸渍 方式 脱脂 时 间 一 般 为 3-5min , 视 油污 的 种类 和 多 少 而定 。 油污 多 需增 长 脱脂 液与 油污 的 接触 时 间 。 但 在高 速 流 水 作 业 线 上, 往往 不 允许 采用 时 间 太长 。在车 身 前处理 线 上采用 如 表 2- 1 所 示 的脱脂工艺, 先 用 热 水 冲 洗 1min , 预 脱脂 喷 洗 1min , 再 用 浸 洗脱脂 2min 的结 合 的 多 次 清洗 法 , 来 达到最 佳 的脱脂清洗 效果 。 机 械 作用 : 借助压 力 喷 射 和 搅拌 等 机 械 作用提高脱脂清洗 效果 是 非 常 有 效 的。 喷 射 迫 使 脱脂 液 与 车 身 表面良好的 接触 , 使 脱脂 剂 渗 透 和 破坏 油 膜, 防止 油污 再 吸 附 到 被 清洗表面上。在 中 、 低 温 脱脂 中 , 机 械 作用 尤 为 重要 。一 般 说 , 压 力 喷 射 脱脂 比 浸渍 脱脂 速 度 快 一 倍 以 上, 喷 射 压 力 通 常 为 PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 www.fineprint.com.cn0.1- 0.2 M Pa 。 浸渍 脱脂采用 循环搅拌 , 确保 脱脂 槽 液 均 匀 和 与 车 身 充分 接触 , 泵每 小 时 循环 液 量 为 槽 液 量 的 5 倍 。 脱脂 剂 : 脱脂 剂 的 组成 和 品 种对 脱脂 效果 有 很 大 的 影响 。 例 如 , 含 有表面 活 性 剂 的 碱 性脱脂 剂 较 单 独 的 碱 性脱脂 剂 的脱脂 效果 好,所 以 , 要 根据被 清洗 物 的材 质 ( 钢板 , 镀锌板 ,还是 铝 材 等 )、 油污 状态 、处理 方式 和 与下 道 工 序 的 匹 配 性, 通 过 试 验 来 正 确 选 用脱脂 剂 。 使 用过 程 中 ,脱脂 剂 会 不 断 地 被消耗 , 需定期 补加 . 保 持 浓度 。脱脂 剂 的脱脂 效果 与 浓度 并 不是一 个 直 线 上 升 的关 系 , 浓 度 高 厂 , 随 车 身 带走 , 耗量 增 加 , 且 加 重后 清洗的 负担 。 在 实际使 用 中 , 必须 认真 地 、 全 面 地 考虑 上述 各 影响 因 素 , 使各 个 因 素 都 控 制在 最 佳 状态 。 但 也 不能 孤立 地 看待 , 如 果 受 客 观 条件 的 限 制, 也 可以 强 化其 他 的因 素 , 来 弥 补 某 因 素 的不 足 。 工 序 6 磷化前的表面 调整: 脱脂 后 磷化前的表面 调整 是 生成 磷化膜结 品 的 重要 工 序 。 它 改 变 金属表面的微 观 状态 , 促使 磷化过 程 中形成 结晶 细 小 、 均 匀 、 致密 的磷化膜。 尤 其是 经 酸洗 或 高 温 强 碱 清洗过的金属表面,和 浸 式低 温 低 锌 薄 膜磷化 场 合 , 特 别 需要进行 表面 调整 。 表面 调整液 的 主要成分 是 铁 盐( 钛 胶 体 )和磷酸 钠 ,是微 碱 性的 胶 体 溶 液 。由于 胶休 微 粒 表面 能 很 高, 对 金属表面有 极 强 的 吸 附作用,在 被 处理表面 形成 数 量 极 多 的晶 核 ,磷化 初 期就 在晶 核 周 围快速 形成 均 匀 的磷酸盐结晶, 限 制 了大 晶 体 的 生 长 , 促使 磷化膜 细 化和 致密 , 且 提高 了成 膜性, 缩 短了 磷化 时 间 , 降低 膜 厚 , 同时 也 能 消除 金属表面 状态 的 差 异 对 磷化 质 量 的 影响. 表面 调整 工 序 的 控 制 管 理 要 点 如下: ① 有 效 铁浓度 : l0 mg/kg 以 上, pH8.5-9.5 。 Ti ( 钛 ) 浓度低 于 10 mg/kg ,磷化膜 就增 厚 , pH 值 下 降 ,表面 调整 效果 下 降 , 形成 磷酸 铁 膜( 发 蓝 ),耐蚀性 下 降 . ② 为 防止主成分 铁 胶 体 在处理 液中 突 发 性 地 凝 聚 ,附着在 钢板 上磷化 后 ,磷化膜结晶 变 大 , 膜 变 粗 , 配 制表 调 处理 液 的 水 应 纯 净 ,其电 导 率 应 小 于 200 μ s/cm 。 自来 水 ( 含 有 氯 不 适 用)的 水质 差 , 最 好 使 用 去 离 子 水 . ③ 在 室温 下进行 , 最 高 温 度 不 超 过 35 ℃ , 要 控 制 被 处理的车 体 温 度 。处理 时 间 为 30- 60s。 ④ 为 保 处理 液 的 稳定 性, 必须 经 常 供给 新鲜 水 和 补加 表 调 刹 。在 生 产 线 上表面 剂 的 使 用 量 与 处理车 身 的 台 数不 成 比例 . 一 般 要定期 添加 . 每 周 处理 液需 彻 底 更 新 一 次 (应 按 材 料 供 应 厂 的 指 示 管 理)。处理 液 应 保 持 良好的 搅拌 状态 , 避免 沉 淀 。 表面 调整 工 序 管 理的 最重要 点 是车 体 温 度 应 尽 可 能 低 和 严 格 的 pH 位 管 理。 在前面工 序 7 磷化处理 已 对 磷化膜的 成 膜反应 机 理 等 作 了 介 绍 ,在 实际 生 产 中 槽 液 的 浓度 平 衡 非 常重要 。应 严 格控 制 总 酸 度 、 游 离酸、酸 比 、 温 度 、处理 时 间 、 促 进 剂 的 浓度等 磷化工艺 参 数。 总 酸 度 : 总 酸 度低 了 ,磷化膜 生成 反应所 需要 的 游 离的磷酸 锌 量 不 足 , 而 不能 充分生成 磷化膜 (结晶)。反 之 ,过高 后 , 生成 磷化膜的 药 品 消耗量 过 大 , 沉渣发 生 量 增 多 , 且 附着在磷化膜面上 而成 缺陷 。 控 制 总 酸 度 的 意义 是 将 磷化膜 中成 膜离 子浓度 保 持 在 必 要 的 范围 内 。 总 酸 度 因 消耗 而下 降 , 则补加浓 缩 磷化 液 来 提高。 游 离酸 度 ( H+ 浓度 ) : 游 离酸 度 过高,过 低均 会 对 磷化 产 生 不良 影响 。过高不能 成 膜, 易 出 现 黄 锈 ,过 低 磷化 液 的 稳定 性 受 影响 , 生成 额 外 的 沉渣 。 控 制 游 离酸的 意义 是 控 制磷酸 二氢 盐的离解 度 。 酸 比 : 即 总 酸 度 与 游 离酸 度 的 比 值 。 当 处理的 对 象 、 条件 和所 选 用 药 剂 配 方 确定 ,酸 比 一 定要 维 持 在一 个 适 当 的数 值 。酸 比小 ( 即 游 离酸 度 高), 成 膜 速 度 慢 ,磷化 时 间 长 ,所 需 温 度 高 ; 酸 比 大 , 成 膜 速 度 快 ,磷化 时 间 短 ,所 需 温 度低 。 温 度 : 磷化处理 温 度 与 酸 比 一 样 , 也 是能 否 成 膜的一 个 关 键 因 素 。不 同 的磷化 液 配 方 都有 规 定 的处理 温 度 范围 , 控 制 温 度 就 是 控 制磷化 液中 的 成 膜离 子浓度 和酸 比 。 温 度 过高 要 产 生大 量沉渣 , 磷化 液 失 去原 有的 浓度 平衡。 温 度 过 低 , 成 膜离 子浓度 达 不 到成 膜所 需 的 浓度 ,磷化膜不 完 整 。 温 度 过高, 失 去原 有的 浓度 平衡 后 , 当 处理 液 温 度 恢复 到 原 定 温 度 时 浓度 平衡 也 不能 恢复 , 需进行 必 要 的 调整 , 才 能磷化。所 以 温 度 的 控 制 非 常重要 。 处理 时 间 : 规 定 的工艺 时 间 应 严 格 遵守 。 时 间 过 短 , 成 膜不 足 ,不能 形成 致密 的磷化膜, 时 间 过 长 ,结晶在 形成 的膜上 继 续 生 长 , 使 磷化膜 变 粗 、 变 厚 , 且 疏松 。 促 进 剂浓度 : 在汽车涂装的高 质 量 的 快速 磷化工艺 中 , 促 进 剂 是一 个 必 不 可 少 的 成分 。磷化处 理的 促 进 剂 是 某些 氧 化 剂 。 促 进 剂浓度 过 低 后 , 游 离酸 返回 , Fe 2+ 和 H + 浓度变 得过 大 , 阻凝 反应, PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 www.fineprint.com.cn磷化膜 生成 困 难 。 促 进 剂浓度 过高 时 , 游 离酸 被 中 和, 产 生大 量沉渣 。 再 增 多 , 铁 面 可 能 氧 化 发 蓝 。 水 清洗工 序 : 表 2- l 中 脱脂 后 的工 序 4 , 5 和磷化 后 的工 序 8 , 9 , 11 , 12 ( No . l , 2 , 3 , 4 水 洗和 纯 水 洗)。 水 洗工 序 的 实 质 是用 水 稀释 、 置换 的 原 理洗 掉 被 涂 物 上附着的处理 液 , 水 洗 效果 ( 被 涂 物 洗 后 的清 洁 度 ) 与水 洗 次 数、 水 洗 方式 、 水 洗用 水 的 污 染 度 、 自来 水 和 纯 水 的 水质 、 沥 水时 间 等 工艺 参 数有关。 多 次水 清洗是提高清洗 效果 的关 键 因 素 ,一 般 达到 工艺 要 求 的洗 净 度 , 需水 洗 2- 4次 。 每 次 水 洗 要达到 稀释 10 倍 的 目 的( 即 每 次水 洗 水 的 污 染 度 控 制在前 道 工 序 处理 液 浓度 的 1/10 以 下 )。 每道 水 洗的 时 间 不是关 键 的工艺 参 数,在 大 量 生 产 的 流 水 线 上 喷 射 水 洗一 般 为 20-30s, 浸 式 水 洗 为 浸 入 即 出。 每道 水 洗 时 间 长 了 ,提高清洗 效果 不 大 , 而增 加 运 转费 用,不 经 济 。工 序 间 的 沥 水液 时 间 应 达到 不 仅 没 有 水 流 , 而 且 要 几乎 无 滴 水 程 度 。一 般 为 30s左右 , 最 长 不 超 过 lmin . 如 果 超 过 1min 还 滴 不 干 净 , 则 应 从产品 设计 上 开 工艺 孔 解 决 。 沥 水时 间 长 了 被 涂 物 易 风 干 而 产 生锈 蚀, 需 喷 雾 加 湿 防锈 。 要充分 注 意 清洗用 水 的 水质 ,所用 自来 水 的电 导 率 应 控 制 < 200 μ s/cm 。 新鲜纯 水 的电 导 率 < 1μ s/cm . 在前处理的 最 终 一 道 水 洗 必须 用 纯 水 来 置换 自来 水 , 使 从 车 身 上 滴 落 下 来 水 的电 导 率 < 30μ s/cm , 才 能 达到 高 防 蚀性,高装 饰 性涂层(电泳涂装)的涂装 要 求 。 钝 化 : 磷化 后进行 钝 化处理能 改 善 磷化膜 与 电泳涂膜的 配套 性, 进 一 步 提高磷化膜( 尤 其是 P 比低 的磷化膜和 镀锌板 上的磷化膜)的耐蚀性( 约 能提高 10 % 左右 )。一 般 采用 六 价 铬 钝 化 浓度 铬 醉 0.1-2g/L , 常 温 处理 0.5-1 min 。 欧美 汽车 厂 仍 坚持 要 铬 钝 化( 最 近 在 开 发 无 铬 钝 化 剂 ), 基 于 六 价 铬 剧毒 ,涂装 公 害 严 重 , 日 本 、 韩国 则 在提高磷化膜 P 比 的 基 础 上 已 取 消 了 钝 化工 序 。 作 者 认 为,结 合 我国国情普 通 钢板 在采用 三 元低 锌 磷化 液进行 磷化 后 可 不 进行 钝 化处理 ; 在采用高 锌 磷化 液 或 镀锌钢板 磷化 后进行 钝 化处理, 以 提高 与 电泳涂装的 配套 性和涂层的耐蚀性、附着力。 五、全浸式前处理设备的技术进步 随 着电泳涂装技术的采用 促使 车 身 的前处理工艺 迅 速 由 喷 射方式 革 新 为 全浸 处理 方式 , 以 解 决 喷 射 处理车 身 未 处理 完 全 的 油污 (车 身 的 内 表面和 袋 状 部位 的 油污 除 不 净 ) 被 带 人电泳 槽 内 , 加 上 电泳 槽 液中 溶 剂 和金属溶 质而 产 生 电解脱脂,其结 果 电泳涂膜上 产 生 缩 孔 。采用 全浸 处理 方式 是 使 车 身 内 表面 尽 可 能处理 完善 , 并 提高其 防锈 力。 在 连续 全浸 式 处理 场 合 ,车 身 顶 部 内 表面的 空气 排 不 尽 , 形成气 包 , 甚至 能 将 车 体 浮 起 , 产 生 生 产 线 停 产 事故 。 气 包 未 处理 部位 , 当 然 , 防锈 力不 足 。为解 决 这 一 问 题 ,提出 了 种种 改 进 方 法 , 推 出 了 各式各 样 的 新设备 、装 置 , 如 图 2- 5 所 示 的 垂 直 全浸 式 处理 设备 ( VERTAK ) , 最 近开 发 成 功的 旋转 全浸 式 处理 设备 RoDip- 3 ( 如 图 2-6 所 示 )。 图 2-5 VERTAK 间歇全浸式前处理设备(最大产量 45 台/ h、) PDF 文 件 使 用 “pdfFactory Pro“ 试 用 版 本 创建 www.fineprint.com.cnRoDip-3 前处理和电泳 设备 : 车 身 在 输送 链 上 直 线 运 行 , 可 按 各 工 序 的 要 求 ,作 360°旋转 , 其 优 点 不 仅 车 身 上 方 水 平面无 脏 物 沉 积 , 且 在磷化、电泳过 程 中 涂层 外 观 装 饰 性 要 求 高的车 身 水 平 面 朝 下 ,所得磷化膜 更 平 滑 均 匀 。车 体内 的 气 包 被 彻 底 消除 ,在 旋转 中 槽 液 和清洗 水 倒 的 更 干 净 , 与 摆扦 式 输送 链 比 较 , 设备 和 槽 的 长 度 更短 ,涂膜 质 量 更 好, 输送 链 使 用 寿命 更 长 , 运 转 成本更 低 。 我国 第 1 . 2 条 RoDip-3前处理、 阴极 电泳 线 已 在上 海 大 众 和 芜湖奇瑞 汽车 公 司投 产 。 原 认 为汽车车 身 的 生 产 节 拍 超 过 5min 才 可 选 用 间 歇 式 前处理 设备 , 现今 生 产 节 拍 在 3min 左 右 , 也 可 选 用 自 行 葫芦 步 进 间 歇 式 前处理 设备 ,其 改 进 措施 是在工艺处理 时 间 长 的工 序 ( 如 磷化 浸 3min ) 增 长 浸 槽 到 2 个 工 位 或 选 用高 效 快速 磷化 液 。 当 年 产 量 为 5- 8
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