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磷化各工序的功能及其控制要点

1280 人参与  2012年11月16日 17:53  分类 : 前处理工艺 前处理设备  评论

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。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。温度高使油污的黏度降低,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,喷射方式的脱脂时间一般为1-3min,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0.1-0.2MPa。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,浓度高了,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。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晶的重要工序。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钛盐(钛胶体)和磷酸钠,是微碱性的胶体溶液。由于胶体微粒表面能很高,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有效钛浓度:10mg/kg 以上。PH8.5-9.5.Ti( 钛)浓度低于10mg/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为防止主成分钛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200us/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摄氏度,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剂。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值管理。

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,Fe2+ 和H+ 浓度变得过大,阻凝反应,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:表中脱脂后的工序4,5和磷化后的工序。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,而巨要几乎无滴水程度。一般为30s 左右,最长不超过1min。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<200us/cm。新鲜纯水的电导率<10us/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<30us/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酐0.1-2g/L .,常温处理0.5-1min。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! 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。

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