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關 鍵 詞：汽車零部件,電泳涂裝,前處理,磷化 作 者：榮光，孫少朋，趙德勇 內 容： 1前言 隨著經濟的快速增長，中國的汽車工業迎來了一個高速發展的時期。伴隨著汽車產量的大幅增長，人們對汽車質量也提出了更高的要求。陰極電泳涂裝因泳透率、涂裝自動化程度高，對環境污染小，漆膜致密且邊緣覆蓋性好等優點，在汽車零部件涂裝中得到了廣泛應用。與汽車主機廠相比，汽車零部件廠面臨更多的難題：產品所用材料多樣，如冷軋板、熱軋板、熱鍍鋅板、電鍍鋅板、鋁板等；產品大小不一，形狀復雜，夾縫及焊點等難處理部位較多。本文總結了汽車零部件廠涂裝車間磷化前處理線日常生產中存在的典型問題，分析了問題產生的原因，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(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存在的問題及其解決措施 3．1通道抽風不良的影響 由于金屬表面總會有各種油污，如機油、液壓油、潤滑油、壓延油等，這些油污對涂裝影響特別大，造成涂層外觀差、附著力降低等，故在涂裝前必須進行脫脂[1]。因為中溫脫脂(50～60℃)較常溫脫脂具有更強的除油能力和更快的除油速度，因此已成為大多數廠家的首選。但目前汽車零部件廠廣泛采用的前處理生產線為全封閉通過式，僅設有少量的檢修門和觀察窗，中溫脫脂過程所產生的熱量、水霧則通過抽風系統排出。若抽風系統不完善，則易造成脫脂槽產生的熱量不能有效擴散，導致通道內溫度、濕度升高(溫度可達50～60℃，濕度達90％～95％)，產生通道內串熱現象(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的過渡段、表調槽以及磷化槽。 3．1．1 過渡段受串熱的影響及其消除 過渡段，即通道內工位與工位之間的連接部位。由于通道內的溫度升高，過渡段溫度隨之升高。從涂裝質量方面看，第二水洗槽到表調槽之間的過渡段(以下簡稱過渡段I)最易出現工序間銹蝕問題。原因如下：(1)根據熱量擴散原理，過渡段離脫脂槽較近，受串熱的影響較嚴重，故過渡段為高溫高濕環境：(2)過渡段處在脫脂槽之后、磷化槽之前，工件經過脫脂后表面油脂已被完全去除，裸板處于通道內的高溫高濕環境：(3)工件從脫脂工序運行出來到過渡段之前，己通過了2個過渡段，在空氣中暴露的時間較長。就上述現場情況在實驗室進行模擬。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。模擬實驗分以下2種流程進行，腐蝕狀況對比見圖l。 (1)55℃脫脂3min一常溫噴淋水洗30 s一常溫浸泡水洗30 s-常溫高濕晾3 min(左圖) (2)55℃脫脂3 min一常溫噴淋水洗30 s．一常溫浸泡水洗30 s一高溫高濕晾3min(右圖)
圖1脫脂水洗后的試樣在不同環境條件下的腐蝕情況對比 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境下放置3 min后，試片表面狀況良好，沒有出現銹蝕情況；而脫脂水洗后的試片在高溫高濕的環境中放置3 min后，表面已出現較為嚴重的銹蝕情況。若生產中出現銹蝕問題，不僅造成產品防腐蝕能力的降低，并且腐蝕產物會污染表調槽、磷化槽甚至鈍化槽。解決此問題的方法：一是配備一套性能優良的抽風系統，以保證通道內其它工位的正常溫度；二是選用清洗性能好、防銹性能強的脫脂劑。對于銹蝕工件，需重新噴砂或打磨除銹后，返工處理。 3．1．2 表調槽受串熱的影響 表面調整是磷化處理中的一個工序，表面調整處理能夠為磷化膜的生長提供良好的晶核，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體系。由于膠體屬于高度分散的多相系統，具有巨大的表面自由焓，屬于熱力學不穩定系統，故在高溫下，膠體磷酸鈦會自動產生微粒，繼而聚結成大顆粒，使膠體很快產生沉淀而失效。溫度越高，則沉降越多。鈦膠體在pH超過8．0～9．5和溫度超過35℃時會沉聚，因而使用時必須控制在特定的pH和溫度范圍[2]。當表調槽因串熱而導致槽液溫度升高后，表調槽液的穩定性降低，表調功能減弱，直接導致磷化后工件表面不均勻、結晶粗大及發彩。因表調的沉聚為不可逆反應，當該問題出現時，需重新配制表調液方可起到良好的表調作用，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，涂層防腐性能優異，附著力良好。鋅離子濃度對磷化膜的形成有較大影響(見圖2)。
圖2鋅離子濃度對磷化膜的影響 Figure 2 Effect of zinc ion concentrations on phosphating film 由圖2可見，當鋅離子濃度為l．6g／L時，磷化膜均勻；當鋅離子濃度為0．8g／L時，磷化膜不完整。故Zn2+濃度應控制在1．2～1．6g/L。此時，可得到“P比”>／90％的磷化膜，大大提高了涂裝產品的耐蝕性[3]。但當磷化槽受到通道串熱影響時，磷化槽液溫度升高至超過正常使用溫度，會出現磷化結晶現象。即溫度過高時，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，產生磷酸鋅沉淀，槽液中鋅離子濃度降低。當磷化液恢復到正常的溫度時，原有的平衡并不能恢復。此時如果不調整鋅離子濃度，就會使磷化膜不完整，導致工件上殘留大量的磷酸鋅晶粒，在后續的水洗工序中難以洗凈。帶有結晶的工件在電泳漆膜烘干固化后，表面依然會殘留大量顆粒，嚴重影響產品外觀及防腐蝕性能。要解決這一問題，只有重新調整磷化槽，對工件進行返工處理。 3．2臨時停線及其解決措施 由于輸送鏈故障等突發事件，臨時停線時有發生。這對于還留在前處理階段的部分工件會有嚴重影響。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間內不被銹蝕。因此，在短時間停線中，完全被脫脂液所覆蓋的工件在恢復生產后可繼續進行涂裝處理，幾乎不受停線的影響。如遇到鍍鋅板或鋁板時，因其為兩性金屬，在堿性環境中也會受到腐蝕，故不宜在堿性脫脂槽液中長時間停留。 處在過渡段的工件，因暴露在空氣中的時間較長，加上通道中的高濕環境，會產生銹蝕，于后續工序中難以得到性能優良、均勻的磷化膜。故為了保證涂裝質量，停線時處在過渡段中的工件需取出返工。 現采用的膠體鈦體系表調劑，其核心成分是膠體磷酸氧鈦四鈉[Na4TiO(P04)2](簡稱Ti(VI))。若吸附在金屬表面的Ti(VI)(結晶原點)多，覆蓋率高，則大量的結晶原點可形成網狀結晶核，加上表面吸附有其它磷酸鹽，故可以短期防銹。因此短時間停線，對于表調槽中的工件沒有大的影響，恢復生產后可繼續進行后處理。 磷化槽里的工件若反應時間較長，則會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[4]。因此，需對浮膜進行處理。如工藝流程中沒有鈍化工藝，工件就需重新退膜返工；如在磷化后有鈍化工藝，則工件可繼續后續工藝處理。 由于環保方面的壓力，目前大部分鈍化工藝都已采用無鉻環保型鈍化。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。因此生產工藝中如有無鉻鈍化工序，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的無鉻鈍化液，處理時時間(40±20)S。因該工藝環境為酸性，在去除磷化浮膜之后，如果滯留時間過長也會腐蝕底層磷化膜。圖3為不同鈍化時間時磷化膜的表面形貌。實驗材料使用神龍汽車公司冷軋板，實驗流程為：脫脂一水洗一表調一磷化一水洗—鈍化一水洗一晾千。
圖3不同鈍化時I司時磷化腰的表面形貌 Figure 3 Surface morphologiel of phosphating films after passivation for different time 由圖3可看出，鈍化處理時間對磷化膜的微觀形貌有極大影響。鈍化處理10 S后的試板，磷化膜晶粒均勻，結合緊密；鈍化處理60 S后的試板，晶粒均勻，結合緊密，但膜層厚度降低；鈍化處理120 S后的試板，磷化膜晶粒分布不均勻，厚度嚴重降低。 由此可見，鈍化處理近60 S時，在保證磷化膜原有的防銹性能的基礎上，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，從而提升涂裝產品的質量。而另一方面，如果鈍化時間過長就會出現磷化膜厚度嚴重降低，防銹性能降低。綜上所述，如果停線時間超過l min，停留在鈍化槽中的工件質量會降低，不能繼續使用，需退膜返工處理。另因汽車零部件外形的多樣化，對有積水部位的工件，若在鈍化后過渡段停留超過60 S，也應一并進行退膜返工。 3．3槽液串槽及其解決方法 汽車零部件形狀復雜，夾縫及焊縫多，在前處理過程中工件帶液量大，而且噴淋處理方式的廣泛應用也會造成串槽問題。串槽出現的直接表現為槽液液位升高異常，嚴重時會對磷化質量造成影響。因表調劑大多為弱堿性，而磷化槽液為酸性，大量的表調槽液串槽，會導致磷化槽中游離酸濃度降低、磷化沉渣增多，嚴重時會出現磷化結晶。 解決串槽的方法主要有以下幾種：(1)在生產線的設計初期，設計足夠距離的過渡段，減少工件帶液量；(2)過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調整5～100，減少噴淋對其它工位的串槽；(4)個別工位(如磷化后水洗部分)設置吹水處理，以減少工件積水處的帶液量。 4結語 綜上所述，涂裝線上設備出現問題時，磷化前處理的質量會受到很大影響。當出現通道抽風不良導致磷化槽溫度異常升高并超過限定值時，為確保質量須暫停生產，待取樣實驗證明無磷化結晶現象時，方可繼續生產，對受影響的工件需進行退膜返工處理。而出現臨時停線超過60 S時，過渡段及鈍化槽中的工件也需取出進行返工處理。當串槽現象出現時，可對線上的個別部位進行改進。當表調槽液串槽嚴重時，還需補加磷化液以確保正常的工藝參數。 參考文獻： [1] 傅樂峰，壽建平，王洋，‘等．高效水基金屬脫脂劑的研究[J]．表面技術，2001，30(3)：12—15． [2] 譚海林，李新立，許朝玉，等．涂裝前處理研究進展概況[c]／／首屆國際(西安)涂料、涂裝、表面工程高層論壇論文集(第二分冊：涂裝前處理)．2005． [3] 邢宏楠，李新立，李安忠，等．Zn2+對鋼鐵磷化的影響[J]上海涂料，2006，44(8)：5-7． [4] RICHARDSON M O w，FREEMAN D B，BROWN K，et al．Theinfluence of zinc phosphate crystalline morphology on the corrosionresistance of eleetropainted steel[J]Trans Inst Met Finish，1983，61(4)：155—160．
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