榮光，孫少朋，趙德勇

    關(guān)鍵詞：汽車零部件,電泳涂裝,前處理,磷化

    1.前言

    隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，中國(guó)的汽車工業(yè)迎來(lái)了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期。伴隨著汽車產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，人們對(duì)汽車質(zhì)量也提出了更高的要求。陰極電泳涂裝因泳透率、涂裝自動(dòng)化程度高，對(duì)環(huán)境污染小，漆膜致密且邊緣覆蓋性好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車零部件涂裝中得到了廣泛應(yīng)用。與汽車主機(jī)廠相比，汽車零部件廠面臨更多的難題：產(chǎn)品所用材料多樣，如冷軋板、熱軋板、熱鍍鋅板、電鍍鋅板、鋁板等；產(chǎn)品大小不一，形狀復(fù)雜，夾縫及焊點(diǎn)等難處理部位較多。本文總結(jié)了汽車零部件廠涂裝車間磷化前處理線日常生產(chǎn)中存在的典型問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，提出了解決方案。

    2.汽車零部件電泳涂裝前處理線的工藝流程

    預(yù)脫脂(50～60℃噴淋)一脫脂(50～60℃浸泡)一水洗(常溫噴淋)一水洗(常溫浸泡)一表調(diào)(常溫噴淋)一磷化(35～45℃浸泡)一水洗(常溫浸泡或噴淋)一水洗(常溫噴淋或浸泡)一無(wú)鉻鈍化(常溫浸泡)一純水洗(常溫浸泡或噴淋)一純水洗(常溫噴淋)一電泳。

    3.存在的問(wèn)題及其解決措施

    3．1 通道抽風(fēng)不良的影響

    由于金屬表面總會(huì)有各種油污，如機(jī)油、液壓油、潤(rùn)滑油、壓延油等，這些油污對(duì)涂裝影響特別大，造成涂層外觀差、附著力降低等，故在涂裝前必須進(jìn)行脫脂。因?yàn)橹袦孛撝?50～60℃)較常溫脫脂具有更強(qiáng)的除油能力和更快的除油速度，因此已成為大多數(shù)廠家的首選。但目前汽車零部件廠廣泛采用的前處理生產(chǎn)線為全封閉通過(guò)式，僅設(shè)有少量的檢修門(mén)和觀察窗，中溫脫脂過(guò)程所產(chǎn)生的熱量、水霧則通過(guò)抽風(fēng)系統(tǒng)排出。若抽風(fēng)系統(tǒng)不完善，則易造成脫脂槽產(chǎn)生的熱量不能有效擴(kuò)散，導(dǎo)致通道內(nèi)溫度、濕度升高(溫度可達(dá)50～60℃，濕度達(dá)90％～95％)，產(chǎn)生通道內(nèi)串熱現(xiàn)象(即使其它槽體溫度也升高)。而受此影響最大的部位是通道內(nèi)的過(guò)渡段、表調(diào)槽以及磷化槽。

    3．1．1 過(guò)渡段受串熱的影響及其消除

    過(guò)渡段，即通道內(nèi)工位與工位之間的連接部位。由于通道內(nèi)的溫度升高，過(guò)渡段溫度隨之升高。從涂裝質(zhì)量方面看，第二水洗槽到表調(diào)槽之間的過(guò)渡段(以下簡(jiǎn)稱過(guò)渡段I)最易出現(xiàn)工序間銹蝕問(wèn)題。原因如下：(1)根據(jù)熱量擴(kuò)散原理，過(guò)渡段離脫脂槽較近，受串熱的影響較嚴(yán)重，故過(guò)渡段為高溫高濕環(huán)境：(2)過(guò)渡段處在脫脂槽之后、磷化槽之前，工件經(jīng)過(guò)脫脂后表面油脂已被完全去除，裸板處于通道內(nèi)的高溫高濕環(huán)境：(3)工件從脫脂工序運(yùn)行出來(lái)到過(guò)渡段之前，己通過(guò)了2個(gè)過(guò)渡段，在空氣中暴露的時(shí)間較長(zhǎng)。就上述現(xiàn)場(chǎng)情況在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬。試片采用神龍汽車公司用冷軋板，脫脂劑采用濃度為20g／L的中溫脫脂劑。模擬實(shí)驗(yàn)分以下2種流程進(jìn)行，腐蝕狀況對(duì)比見(jiàn)圖l。

    (1)55℃脫脂3min一常溫噴淋水洗30s一常溫浸泡水洗30s-常溫高濕晾3min(左圖)

    (2)55℃脫脂3min一常溫噴淋水洗30s．一常溫浸泡水洗30s一高溫高濕晾3min(右圖)

圖1 脫脂水洗后的試樣在不同環(huán)境條件下的腐蝕情況對(duì)比

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    Figure l Comparison between samples corrosion status indifferent conditions after degreasing and rinsing

    由圖l可以看出，脫脂水洗后的試片在常溫高濕的環(huán)境下放置3min后，試片表面狀況良好，沒(méi)有出現(xiàn)銹蝕情況；而脫脂水洗后的試片在高溫高濕的環(huán)境中放置3min后，表面已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的銹蝕情況。若生產(chǎn)中出現(xiàn)銹蝕問(wèn)題，不僅造成產(chǎn)品防腐蝕能力的降低，并且腐蝕產(chǎn)物會(huì)污染表調(diào)槽、磷化槽甚至鈍化槽。解決此問(wèn)題的方法：一是配備一套性能優(yōu)良的抽風(fēng)系統(tǒng)，以保證通道內(nèi)其它工位的正常溫度；二是選用清洗性能好、防銹性能強(qiáng)的脫脂劑。對(duì)于銹蝕工件，需重新噴砂或打磨除銹后，返工處理。

    3．1．2 表調(diào)槽受串熱的影響

    表面調(diào)整是磷化處理中的一個(gè)工序，表面調(diào)整處理能夠?yàn)榱谆さ纳L(zhǎng)提供良好的晶核，提高膜的致密性，降低膜重。目前，汽車零部件廠大多使用膠體磷酸鈦表調(diào)體系。由于膠體屬于高度分散的多相系統(tǒng)，具有巨大的表面自由焓，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，故在高溫下，膠體磷酸鈦會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生微粒，繼而聚結(jié)成大顆粒，使膠體很快產(chǎn)生沉淀而失效。溫度越高，則沉降越多。鈦膠體在pH超過(guò)8．0～9．5和溫度超過(guò)35℃時(shí)會(huì)沉聚，因而使用時(shí)必須控制在特定的pH和溫度范圍。當(dāng)表調(diào)槽因串熱而導(dǎo)致槽液溫度升高后，表調(diào)槽液的穩(wěn)定性降低，表調(diào)功能減弱，直接導(dǎo)致磷化后工件表面不均勻、結(jié)晶粗大及發(fā)彩。因表調(diào)的沉聚為不可逆反應(yīng)，當(dāng)該問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，需重新配制表調(diào)液方可起到良好的表調(diào)作用，受影響的工件需要返工。

    2．1．3 磷化槽受串熱的影響

    目前，與陰極電泳配套的大多為鋅錳鎳三元系磷化液。該磷化液與陰極電泳配套性好，涂層防腐性能優(yōu)異，附著力良好。鋅離子濃度對(duì)磷化膜的形成有較大影響(見(jiàn)圖2)。

圖2 鋅離子濃度對(duì)磷化膜的影響

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    Figure 2 Effect of zinc ion concentrations on phosphating film

    由圖2可見(jiàn)，當(dāng)鋅離子濃度為l．6g／L時(shí)，磷化膜均勻；當(dāng)鋅離子濃度為0．8g／L時(shí)，磷化膜不完整。故Zn2+濃度應(yīng)控制在1．2～1．6g/L。此時(shí)，可得到“P比”>／90％的磷化膜，大大提高了涂裝產(chǎn)品的耐蝕性。但當(dāng)磷化槽受到通道串熱影響時(shí)，磷化槽液溫度升高至超過(guò)正常使用溫度，會(huì)出現(xiàn)磷化結(jié)晶現(xiàn)象。即溫度過(guò)高時(shí)，磷化液中可溶性磷酸鹽的離解度加大，從而使磷酸根濃度升高，產(chǎn)生磷酸鋅沉淀，槽液中鋅離子濃度降低。當(dāng)磷化液恢復(fù)到正常的溫度時(shí)，原有的平衡并不能恢復(fù)。此時(shí)如果不調(diào)整鋅離子濃度，就會(huì)使磷化膜不完整，導(dǎo)致工件上殘留大量的磷酸鋅晶粒，在后續(xù)的水洗工序中難以洗凈。帶有結(jié)晶的工件在電泳漆膜烘干固化后，表面依然會(huì)殘留大量顆粒，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀及防腐蝕性能。要解決這一問(wèn)題，只有重新調(diào)整磷化槽，對(duì)工件進(jìn)行返工處理。

    3．2 臨時(shí)停線及其解決措施

    由于輸送鏈故障等突發(fā)事件，臨時(shí)停線時(shí)有發(fā)生。這對(duì)于還留在前處理階段的部分工件會(huì)有嚴(yán)重影響。首先脫脂槽液中含有表面活性劑、助劑和緩蝕劑等組分，有一定的防銹效果，可使浸泡在其中的工件短時(shí)間內(nèi)不被銹蝕。因此，在短時(shí)間停線中，完全被脫脂液所覆蓋的工件在恢復(fù)生產(chǎn)后可繼續(xù)進(jìn)行涂裝處理，幾乎不受停線的影響。如遇到鍍鋅板或鋁板時(shí)，因其為兩性金屬，在堿性環(huán)境中也會(huì)受到腐蝕，故不宜在堿性脫脂槽液中長(zhǎng)時(shí)間停留。

    處在過(guò)渡段的工件，因暴露在空氣中的時(shí)間較長(zhǎng)，加上通道中的高濕環(huán)境，會(huì)產(chǎn)生銹蝕，于后續(xù)工序中難以得到性能優(yōu)良、均勻的磷化膜。故為了保證涂裝質(zhì)量，停線時(shí)處在過(guò)渡段中的工件需取出返工。

    現(xiàn)采用的膠體鈦體系表調(diào)劑，其核心成分是膠體磷酸氧鈦四鈉(簡(jiǎn)稱Ti(VI))。若吸附在金屬表面的Ti(VI)(結(jié)晶原點(diǎn))多，覆蓋率高，則大量的結(jié)晶原點(diǎn)可形成網(wǎng)狀結(jié)晶核，加上表面吸附有其它磷酸鹽，故可以短期防銹。因此短時(shí)間停線，對(duì)于表調(diào)槽中的工件沒(méi)有大的影響，恢復(fù)生產(chǎn)后可繼續(xù)進(jìn)行后處理。

    磷化槽里的工件若反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)在已形成的磷化膜表層上形成一層松散的浮膜。浮膜與漆膜之間的附著力差，而漆膜附著力大小是影響涂裝效果的重要因素之一。因此，需對(duì)浮膜進(jìn)行處理。如工藝流程中沒(méi)有鈍化工藝，工件就需重新退膜返工；如在磷化后有鈍化工藝，則工件可繼續(xù)后續(xù)工藝處理。

    由于環(huán)保方面的壓力，目前大部分鈍化工藝都已采用無(wú)鉻環(huán)保型鈍化。新型鈍化劑主要采用含鋯的化合物與去離子水配制使用。該類鈍化與含鉻鈍化原理相似，都有去除浮膜及磷化膜封閉的作用。因此生產(chǎn)工藝中如有無(wú)鉻鈍化工序，就可清除由停線而生成的磷化浮膜。

    為除磷化浮膜，選pH為4．2～4．8的無(wú)鉻鈍化液，處理時(shí)時(shí)間(40±20)S。因該工藝環(huán)境為酸性，在去除磷化浮膜之后，如果滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)腐蝕底層磷化膜。圖3為不同鈍化時(shí)間時(shí)磷化膜的表面形貌。實(shí)驗(yàn)材料使用神龍汽車公司冷軋板，實(shí)驗(yàn)流程為：脫脂一水洗一表調(diào)一磷化一水洗—鈍化一水洗一晾千。

圖3 不同鈍化時(shí)I司時(shí)磷化腰的表面形貌

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    Figure 3 Surface morphologiel of phosphating films after passivation for different time

    由圖3可看出，鈍化處理時(shí)間對(duì)磷化膜的微觀形貌有極大影響。鈍化處理10S后的試板，磷化膜晶粒均勻，結(jié)合緊密；鈍化處理60S后的試板，晶粒均勻，結(jié)合緊密，但膜層厚度降低；鈍化處理120S后的試板，磷化膜晶粒分布不均勻，厚度嚴(yán)重降低。

    由此可見(jiàn)，鈍化處理近60S時(shí)，在保證磷化膜原有的防銹性能的基礎(chǔ)上，有效地溶解了磷化膜表層的浮膜，提高了磷化膜與電泳漆的附著力，從而提升涂裝產(chǎn)品的質(zhì)量。而另一方面，如果鈍化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)磷化膜厚度嚴(yán)重降低，防銹性能降低。綜上所述，如果停線時(shí)間超過(guò)lmin，停留在鈍化槽中的工件質(zhì)量會(huì)降低，不能繼續(xù)使用，需退膜返工處理。另因汽車零部件外形的多樣化，對(duì)有積水部位的工件，若在鈍化后過(guò)渡段停留超過(guò)60S，也應(yīng)一并進(jìn)行退膜返工。

    3．3 槽液串槽及其解決方法

    汽車零部件形狀復(fù)雜，夾縫及焊縫多，在前處理過(guò)程中工件帶液量大，而且噴淋處理方式的廣泛應(yīng)用也會(huì)造成串槽問(wèn)題。串槽出現(xiàn)的直接表現(xiàn)為槽液液位升高異常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)磷化質(zhì)量造成影響。因表調(diào)劑大多為弱堿性，而磷化槽液為酸性，大量的表調(diào)槽液串槽，會(huì)導(dǎo)致磷化槽中游離酸濃度降低、磷化沉渣增多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)磷化結(jié)晶。

    解決串槽的方法主要有以下幾種：(1)在生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)足夠距離的過(guò)渡段，減少工件帶液量；(2)過(guò)渡段中添加塑料掛簾，降低槽液的帶出；(3)噴淋段第一排及最后一排的噴頭角度向槽內(nèi)調(diào)整5～100，減少噴淋對(duì)其它工位的串槽；(4)個(gè)別工位(如磷化后水洗部分)設(shè)置吹水處理，以減少工件積水處的帶液量。

    4 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述，涂裝線上設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，磷化前處理的質(zhì)量會(huì)受到很大影響。當(dāng)出現(xiàn)通道抽風(fēng)不良導(dǎo)致磷化槽溫度異常升高并超過(guò)限定值時(shí)，為確保質(zhì)量須暫停生產(chǎn)，待取樣實(shí)驗(yàn)證明無(wú)磷化結(jié)晶現(xiàn)象時(shí)，方可繼續(xù)生產(chǎn)，對(duì)受影響的工件需進(jìn)行退膜返工處理。而出現(xiàn)臨時(shí)停線超過(guò)60S時(shí)，過(guò)渡段及鈍化槽中的工件也需取出進(jìn)行返工處理。當(dāng)串槽現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，可對(duì)線上的個(gè)別部位進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)表調(diào)槽液串槽嚴(yán)重時(shí)，還需補(bǔ)加磷化液以確保正常的工藝參數(shù)。

    參考文獻(xiàn)：

    傅樂(lè)峰，壽建平，王洋等．高效水基金屬脫脂劑的研究．表面技術(shù)，2001，30(3)：12-15．

    譚海林，李新立，許朝玉，等．涂裝前處理研究進(jìn)展概況／／首屆國(guó)際(西安)涂料、涂裝、表面工程高層論壇論文集(第二分冊(cè)：涂裝前處理)．2005．

    邢宏楠，李新立，李安忠，等．Zn2+對(duì)鋼鐵磷化的影響上海涂料，2006，44(8)：5-7．

    RICHARDSON M O w，F(xiàn)REEMAN D B，BROWN K，et al．Theinfluence of zinc phosphate crystalline morphology on the corrosionresistance of eleetropainted steelTrans Inst Met Finish，1983，61(4)：155-160．