无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用

无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用

柴圣 苗瑛 王品懿

中汽（天津）系统工程有限公司， 天津 300 38 0

摘要：目前，我国汽车行业电泳前主要处理技术以锌锰镍三元系磷化处理为主，这种处理形式中包括锌、锰、镍，磷含量较高，这与我国现行的节能环保政策背道而驰。无磷涂料前处理技术是一种新型的节能环保技术，在汽车涂装中有着广阔的应用前景。基于此，本文详细探讨了无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用。

关键词：无磷涂装前处理；汽车涂装；应用

一、无磷涂装前处理技术工作原理

无磷涂装前处理技术在实际应用中，需积极使用到多种化学元素。锆和钛两者之间的性质较为接近，锆本身的抗腐蚀性较好，也就是说这种元素在大多数环境下不会出现一些腐蚀问题，这主要是因其本身表面中存在着一定的氧化膜层，锆和氧具有着较为强烈的亲和力，能自然形成相应的氧化膜，并且该氧化膜还能在受到破坏的情况下，自行恢复到原来的状态，从而有效提升了无磷涂装前处理技术的总体应用效果。

二、无磷涂装前处理技术的应用现状

目前，我国汽车涂装行业中应用的磷化处理技术与当前我国积极推行的节能环保政策相冲突，同时磷化处理形式与国家规定处理形式也存在一定不符。磷化处理污染环境的根源在于，处理中造成较多磷化渣堆积。为解决这些磷化渣，就要采用专业的处理设备。由于磷化温度超过40℃，因此还需投入辅助加热设备。另外，磷化处理要利用较多的逆流水完成工件漂洗工作，这种高耗能、高排放的形式无法满足行业环保要求。

无磷转化技术的应用主要以锆盐类物质为原料，实现对金属表面的有效处理。这种处理形式明显区别于传统磷化处理。无磷转化不含有害重金属离子，无需高温处理，无磷。同时，处理中不会产生残渣，通过便捷的操作方式即可有效完成转化，并有效增强电泳对基材的附着力。

三、无磷转化处理工艺

1、无磷转化工序。汽车在涂装工作时，积极使用无磷涂装前处理技术，需使用到良好的工艺作为支撑。无磷转化技术在实际运用中，需做好进一步的转化工作，先要进行预脱脂处理，然后脱脂处理，再进行水洗，之后无磷转化工作，最后还需进行相应的水洗工作。

2、无磷转化与传统磷化的性能比较。无磷涂装前处理技术在实际发挥作用过程中，有着自身较明显的优势，主要表现在：

①微观形貌方面，通常不同类型的磷化转变成膜过程中磷化过程不同，同时在金属表面中的膜层中所形成的情况也不同，观察外观时，能发现无磷转化和传统磷化性能本身的区别。

②在附着力和抗冲击性能方面。按GB/T 9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》及GB/T 1732《漆膜耐冲击测定法》，分别对无磷转化膜和锌锰镍三元系磷化膜进行检测。结果发现，在漆膜厚度均为25μm条件下，两种转化膜的附着力均为0级，耐冲击强度均能达到50kg·cm。即无磷转化及传统磷化在漆膜附着力及抗冲击性能方面都能满足汽车涂装性能要求。

③耐蚀性能比较。盐雾试验是汽车涂装行业用于检验电泳前处理耐腐蚀性能的标准。冷轧板是目前用途最为广泛的金属材料，在每个行业都有大规模的应用，但冷轧板没有镀锌板那样的镀锌层或热轧板的氧化皮及铝板的氧化膜保护，因此，冷轧板的耐腐蚀性能依赖于涂装的保护。根据GB/T 10125《人造气氛腐蚀试验-盐雾试验》，对已涂覆漆膜的冷轧板试片进行1000h中性盐雾试验，检验分别经传统锌锰镍三元系前处理及无磷转化处理后电泳漆膜(平均厚度为(25±2)μm)的耐盐雾性能，以比较两种涂装前处理方式与电泳漆膜配套后的耐腐蚀能力。结果表明，两种试片经盐雾试验后，表面考察区域(距试片边缘3cm内不考察)无变化，无气泡和锈蚀现象。可见，两种电泳前处理方式所获得的耐腐蚀性能相当，都能达到1000h的盐雾试验要求。此结果说明无磷转化能满足汽车涂装的耐蚀性要求。

四、无磷转化常见问题及其解决方案

目前，各电泳漆生产企业大多根据传统磷化的特点设计并生产针对于传统磷化的电泳漆材料。无磷转化不同于传统磷化，它有较小的膜层厚度和较高的pH，在电泳槽中有溶出现象。因此，无磷转化在与电泳漆配套使用时，往往会产生传统磷化所没有的问题。

4、过渡段锈蚀

①原因。过渡段即通道内工位与工位之间的连接部位。由于通道内的温度升高，过渡段温度随之升高。从涂装质量方面看，第二水洗槽到第三水洗槽之间的过渡段(简称过渡段I)最易出现锈蚀问题。其原因为：a.通道内本为高湿环境，加之过渡段I离脱脂槽较近，受串热影响大，温度升高较多。因此，过渡段I的环境为高温高湿环境。b.过渡段I处在脱脂槽之后、磷化槽之前。工件经脱脂，其表面油脂已被完全去除，裸板处于高温高湿环境极易生锈。c.工件从脱脂运行到过渡段I，在空气中暴露的时间较长，因而易锈蚀。

②解决方案。在脱脂后、无磷转化前的水洗槽中添加少量添加剂，起到临时防锈的作用。特别是第二水洗工序，添加剂的加入显得尤为重要。在第一道水洗中，脱脂后的工件会带入一定量的脱脂液，使槽液呈碱性，从而起到一定的防锈效果。但在第二次水洗中，工件带入的脱脂液很少，已不能起到良好的防锈效果。因此，需在第二次水洗中添加少量添加剂，以起到防锈作用。原来磷化的表调槽成为改造后的第三水洗槽，由工件带入的水洗添加剂可提供一定的防锈作用，因此，此槽无需或极少添加防锈剂。而且，无磷转化槽液的pH日常控制范围在3.8～4.5之间，呈弱酸性，如在第三水洗槽中添加大量防锈剂，会使无磷转化剂参数不稳定，造成槽液pH超出正常范围，从而影响涂装质量。

2、无磷转化槽液pH的控制。无磷转化槽液与传统磷化控制的参数不同，新工艺控制pH为3.8～4.5，控制范围精确。一旦pH低于3.8，工件表面即会出现发黄，积水处产生锈蚀现象；pH高于4.5时，工件表面也会出现发黄现象，并且槽液会出现浑浊。除正常生产消耗会使pH上升外，脱脂槽串槽带入的碱性物质也会使无磷转化槽的pH升高，因此，除日常控制pH外，还需监控总物质浓度来控制槽液状态，利用无磷转化pH调整剂来调整槽液pH。

3、漆膜表面产生针孔的成因与排查。因当前电泳漆主要应用的材料配方设计与生产，均属于在传统磷化处理技术基础上开发形成的。为此，在切换无磷转化技术后，相关的新工艺技术与电泳漆间形成的匹配效果往往表现出新问题。其中，比较常见的问题是复杂结构工件外表面产生针孔。面对上述问题，现场可采用降低点用电压的方式解决。通过实验分析与总结发现，造成针孔的主要成因是新工艺及电泳漆之间不匹配。无磷转化因膜层本身相对传统磷化更薄，因此通常情况下电泳漆主要采用阴极电泳漆，而不会采用膜层厚度为纳米级的方法进行处理。于是，可能会发生电泳漆产生电流密度大的情况，并更进一步产生针孔问题。因而，采用无磷转化方法对工件要求相对更高，只有这样才能确保使用效果达到最佳状态。

五、无磷前处理工艺相关注意问题

1、无磷技术产生的沉渣量虽少，但相比磷化渣更细小，对过滤器的要求较高。

2、对纯水要求较严格，纯水用量较大。

3、为达到最佳效果，前处理槽液温度要控制在合理范围内。

4、使用硅烷类前处理药剂的槽液可能会滋生细菌，需添加杀菌剂。

5、无磷前处理技术要求前道脱脂剂具备高清洗能力和低残留等性能。

6、无磷前处理技术形成的膜层自身耐蚀性不如磷化膜，为避免返锈情况发生，需严格控制生产过程，必要情况下需对设备进行调整。

参考文献：

[1]冯日华.汽车涂装中无磷涂装前处理技术的运用[J].华东科技,2016(12).

[2]张宇.无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用[J].现代制造技术与装备，2016(03).