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汽车行业涂装前处理工艺现状及改进

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-10  浏览次数:646

随着国内汽车工业的发展,推动了汽车涂装行业的发展,目前,涂装企业普通采用磷化膜作为涂料底层,开始采用阴极电泳涂料代替常规底涂料,这表明汽车行业的涂装质量有了进一步提高。笔者通过考察,认为部分涂装企业的磷化质量半不过关,生产中还存在某些问题。

1典型工艺

1.1工艺流程实例

①脱脂:金属脱脂剂,(60~65)℃,(3~4)min→热水洗→(80~90)℃→酸洗,HCl:H2O=1:1,除锈加速剂加量,(5~6)min→二道水洗→表面调整(表面调整剂5g/L,lmin)磷化(常温,冬天适当加温,6min)→二道水洗→烘干

②脱脂(30~40)℃,(5~6)min→水洗→酸洗,HCl:H2O=1:4,除锈加速剂适量,(20~30)min→水洗→表面调整→磷化,常温,(20~30)min→水洗→烘干

③脱脂(60~70)℃,3min→热水洗(80~90)℃→表面调整→磷化→(30~40)℃,(1~2)min水洗→烘干(脱脂前手工除去局部浮锈,浸渍脱脂后手工擦洗补充除油)

④脱脂表面调整“二合一”(40~50)℃,(5~10)min→水洗→酸洗,HCl:H2O=1:1,10min→水洗→磷化(30~40)℃,(20~30)min→水洗→烘干

⑤酸洗HCl:H2O=1:1,5min→水洗→脱脂表面调整“二合一”常温,(30~40)min→水洗→磷化,常温,(30~60)min→水洗→自干

1.2应用效果

一、第①种工艺适宜油、锈重的工件,工艺设计最佳,能获得优质磷化膜。优点(1)负载容量大,生产效率高;(2)脱脂后用热水洗净工件表面;(3)酸洗后二道水洗能洗净工件表面的残酸及吸附的缓蚀剂,避免抑制磷化反应,造成磷化不均匀;(4)磷化后二道水洗,能洗掉磷化膜上的残留可溶性盐,避免引起涂层的早期起泡和脱落。

二、第②种工艺适且油锈中等的工件,工艺控制得当,也能获得较好的磷化膜。

三、第③种工艺适且有油无锈的工件,线上不设酸洗,很适合汽车焊接总成件磷化。

四、第④种工艺适宜油轻锈重的工件,但采用了脱脂表面调整“二合一”工艺,使磷化质量受到影响,膜层粗糙、泛黄、挂灰等。

五、第⑤种工艺设计不合理。(1)酸洗槽易被油污污染,使用寿命缩短,酸洗效果也差。(2)存在脱脂表面调整“二合一”工艺的弊病,表面调整效果差。

2工艺控制

2.1除油除锈

2.1.1除油

冷轧钢板油重锈轻(甚至无锈),除油好坏直接影响磷化膜的质量。市售脱脂剂应具有强脱脂能力和极低泡沫的特性。脱脂要点是控制脱脂温度(40~50)℃,浓度3%~5%和脱脂时间(工件表面被水湿润为止)。为了脱脂彻底,最好预脱脂总碱度(7~8)点和脱脂总碱度(10~20)点。日常生产中检测脱脂液碱度,试纸测试pH值为10~12。

2.1.2除锈

冷轧钢板除锈以盐酸为宜,通常采用稀盐酸,其原因(1)减少盐酸对金属基体的过腐蚀,因盐酸浓度过高(25%以上),酸对金属基体的浸蚀速度比酸对铁锈的浸蚀速度快得多。(2)盐酸浓度越低,挥发速度越慢,酸雾越少,对改善操作环境有利。酸洗液中加入适量的除锈加速剂,能提高除锈速度,并减缓酸对金属基体的浸蚀速度。

为了防止酸洗后的工件泛黄,盐酸浓度也不宜过低,工件水洗后空停时间不宜过长。

2.2磷化工艺的选择

(1)优选磷化剂

磷化膜质量的优劣主要表现在晶体粗细和致密程度、表面有无沉淀物以及膜厚等方面,它们的差异直接影响涂层的效果(对漆膜结合力产生不同的影响)。

为了满足涂料对磷化膜的要求,大多采用低温低渣锌系磷化剂。市售磷化剂品种多,质量差异大,严把工艺验证关,优选磷化剂。

(2)控制工艺参数

关键要控制磷化温度(25~40)℃,时间(3~20)min、促进剂含量(气点3~5)及总酸度(20~40)点和游离酸度(0.8~3)点。温度太低则不能成膜或成膜速度慢,膜不完整,易泛黄;反之,膜粗大,耐腐蚀性低,同时槽液稳定性变差,沉渣增多。促进剂含量低,成膜慢,膜层泛黄;反之,沉渣明显增多,膜层带彩色。总酸度稍高,能加快磷化反应的进行,磷化膜薄而致密。但不宜过高,否则沉渣增多,膜层挂灰。游离酸度对磷化膜影响较明显,控制低一些,有利于降低磷化温度和沉渣量;过高,沉渣增多,甚至不成膜。

2.3槽液调整方法

一般涂装企业都具备化验条件,测试手段较先进,严格槽液管理,做到磷化前检测槽液总酸度、游离酸度、促进剂气点等,调槽较准确及时。

也有的厂家凭经验管理槽液,效果也不错。如某汽车车身厂采用Ch9308低温低渣快速磷化剂已有2年,班产磷化驾驶室65台,磷化面积3250m2(双面积计)。槽液有效容积14t,每3天添加一次磷化剂,其添加量按A(磷化剂):B(促进剂):C(中和剂)=10:1:3(重量比)。此法能控制工艺参数在规范内,总酸度(38~40)点,游离酸度(2~3)点,促进剂(5~6)气体点,成膜速度快(3min),膜层质量好(膜层细致光洁、无挂灰,防锈性好,如磷化件存放磷化车间1个月无锈蚀),槽液调整方便。

此外,槽液要定期排渣和更新。如磷化槽每星期排渣1次,脱脂槽、表面调整槽每(3~4)个星期更新1次。

3存在问题

3.1磷化质量差异大

国内涂装汽车行业的磷化质量视厂家的工艺设计、选材及工艺管理不同而异,各厂家汽车磷化质量有区别,不同程度地影响涂装质量。磷化质量的突出问题是膜层挂灰较严重,泛黄较明显。有的涂装前必须除挂灰,有时也难以保证涂装质量。

3.2辅助设备不配套

辅助设备不配套主要表现在(1)磷化缺少烘干设备,个别厂工件磷化后自干,造成磷化膜含结晶水、孔隙率高、耐蚀性低。(2)沉渣无过滤装置。一般来说,缺少沉渣过滤装置不会明显影响磷化膜质量。但个别厂磷化线采用压缩空气来搅拌脱脂液、表面调整液及磷化液,力求加速反应,这是有利的一面。但不利磷化渣沉积槽底,悬浮的沉渣吸附在磷化膜表面,膜层挂灰更为严重,大大影响涂层质量。如果配备一套连续过滤机,不仅能提高磷化成膜速度,而且膜层质量也可大大改善。

3.3操作工艺不严格

笔者发现有的操作者执行工艺不严,为了提高生产速度,任意简化操作工序,脱脂后省去水洗直接表面调整。他们认为这样有利于升高表面调整液的温度,促进表面调整的作用,却忽视了油污不断被带入表面调整液中的危害,相反会缩短表面调整液的使用寿命,最终影响表面调整的效果。

3.4槽液管理不善

槽液管理不善表现在槽液乱投料、误投料时有发生,如将除锈加速剂误投磷化槽,造成磷化不上,工件表面全部泛黄,槽液处理困难,影响槽液正常运行。

3.5磷化线废水不经处理排放

一般磷化线排出酸碱废水,汇集到同一废水池后排放,则可能因中和作用而使废水的pH值接近中性。但有有磷化线仅有脱脂工序无酸洗工序,则从该线排出的废水多呈碱性。原因是脱脂液温度高,带出碱性物质多。特别当更换脱脂和表面调整液时,排出的碱性废水更多,若废水不经处理直接排入池塘、农田,会破坏土壤结构、毒害鱼类和牲畜等。

4改进措施

4.1优化工艺设计

工艺设计的好坏与磷化质量密切相关。涂装企业往往受客观条件的限制,难以满足工艺设计的要求。如何因地制宜的优化工艺设计,亦是设计者研究的课题之一。生产中一旦发现工艺设计不合理的地方,尽可能在原设计基础上调整工艺流程,尽量满足生产要求。

笔者曾对某厂磷化线作了改进。该厂原按上述第④种工艺设计,投产生磷化质量始终不理想,如膜层粗糙不均匀,泛黄、挂灰较严重。反复调整槽液,收效甚少。笔者认为是工艺设计不合理所致。在不增加槽子的条件下(场地所限),采用磷酸酸洗“二合一”新工艺,改用下述工艺:脱脂酸洗“二合一”Ch9301除油除锈剂,(40~50)℃,(15~20)min→热水洗→水洗→表面调整→磷化→水洗→烘干。

改进后工艺的优点(1)以磷酸代替盐酸,既可避免C1-的串槽现象(如C1-污染磷化槽,严重时磷化不上;或加大磷化膜的孔隙,降低防护性),又能防止可能对工件造成二次腐蚀,因焊缝内残酸腐蚀缝内的磷化膜,经烘干时,由于热胀冷缩,酸就从焊缝内渗出文化腐蚀周围表面的磷化膜,带来磷化膜严重生锈的现象,有时比未经磷化处理的工件还要差。(2)脱脂与表面调整分步进行,充分发挥了表面调整的作用,胶体钛的均匀吸附就改善了工件的表面状态,使整个表面在磷化前就形成大量的细结晶核,从而极大地加速磷化过程,形成均匀、薄而致密的磷化膜。而原来脱脂、表面调整“二合一”,且脱脂后水洗,其结果(1)脱脂槽pH值过高,胶体钛在碱性溶液中,能吸附OH—或其他阴离了,成带电状的大分子,又因带电而增加结团,最终使胶体钛的稳定性受到影响。(2)工件表面吸附的胶体钛被洗掉,进一点降低了表面调整的作用。

尽管磷酸酸洗成本偏高,但综合性能比盐酸好。如它与铁反应,在其表面上能生成薄的磷酸铁,与磷化液配套形成致密的保护膜,不必担心工件酸洗后泛黄。该厂原提出以手工以手工除锈代替酸洗,固然可行,但劳动强度大,且难保证除锈彻底。此外,笔者建议,象汽车这类焊接结构复杂件,酸洗后中和处理很有必要。

4.2提高工艺管理水平

工艺设计固然重要,也不可忽视工艺管理。实践表明,在同等条件下(磷化工艺和磷化剂均相同),不同的工艺管理却获得不同的磷化效果。工艺管理水平高,不仅磷化质量好,而且低耗(1m2消耗磷化剂0.6kg),低成本1m2磷化成本(0.3~0.4)元;反之,低质量、高成本即1m2磷化成本(0.5~0.6)元。

目前有些企业技术力量薄弱,管理跟不上。如何来提高工艺管理水平呢?引进或培训专业技术人才;开展行业的技术交流;邀请经验丰富的专业人员协助处理关键技术问题等,这些都是行之有效的办法。

4.3改善磷化膜与涂料的配套性

磷化膜与涂料的配套性已成为人们十分关注的问题。随着涂装技术的发展,对磷化处理与涂装的配套性提出了更高的要求。而以往人们过多地强调磷化膜本身的耐腐蚀性,而忽视了磷化膜与涂料的配套性。实际上磷化膜本身在整个涂装体系中并不单独具有耐腐蚀作用,关键是磷化膜与涂料的配套性要好,这对电泳涂装尤为重要。特别目前有的乡镇企业已建成或准备筹建阴极电泳生产线,因此,改善磷化膜与阴极电泳涂料的配套性已成为涂装企业研究的新课题。

改善磷化膜与阴极电泳涂料配套性的方法是提高磷化膜的耐碱性,即而碱性越高,则磷化膜在阴极电泳成膜过程中溶解越少,阴极电泳的质量就越高。这不仅要求磷化膜结晶致密,而且P比要高(>85%)。提高P比常用含锰低锌磷化、浸渍磷化、超声波磷化、磷化膜钝化处理等。

4.4重视磷化线废水处理

将磷化线废水排入中和处理槽中,先测定其酸度,然后加入10%Ca(OH2)溶液,调pH为6~9排放。

 

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