無磷涂裝前處理技術在汽車涂裝中的應用

張　宇　馬　琳　徐紅哲

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

無磷涂裝前處理技術在汽車涂裝中的應用

張宇馬琳徐紅哲

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

本文主要分析探討一種新型的環保技術無磷涂裝前處理技術，以順應現階段工業生產需求，滿足低溫、節能要求。無磷涂裝前處理技術在汽車涂裝中的應用，所得漆膜附著力較強，且具有良好的抗腐蝕性與抗沖擊性，能夠達到現階段汽車工業基本需求標準。此外，本文將對無磷轉化存在的問題與原因進行探討，并總結出有效應對措施，以期能夠促進該技術更好地應用。

無磷 涂裝前處理 汽車 無磷轉化

現階段，我國汽車行業電泳前主要處理技術以鋅錳鎳三元系磷化處理為主。這種處理形式中包括鋅、錳、鎳幾種重金屬離子，并包含較多磷，與目前我國大力推行的節能環保政策背道而馳。無磷涂裝前處理技術是一種新型的節能環保技術，在汽車涂裝中具有廣泛的應用前景。下面本文將針對無磷涂裝前處理技術在汽車涂裝中的具體應用進行分析，并總結無磷轉化存在的問題，探討有效的應對措施。

1　無磷涂裝前處理技術的應用現狀

目前，我國汽車涂裝行業中應用的磷化處理技術與目前我國積極推行的節能環保政策相沖突，同時磷化處理形式與國家規定處理形式也存在一定不符。磷化處理污染環境的根源在于，處理過程中造成較多磷化渣堆積。為解決這些磷化渣，就要采用專業的處理設備。由于磷化溫度超過40℃，因此還需要投入輔助加熱設備。另外，磷化處理要利用較多的逆流水完成工件漂洗工作，這種高耗能、高排放的形式無法滿足行業環保要求。

無磷轉化技術的應用主要是以鋯鹽類物質為原料，實現對金屬表面的有效處理。這種處理形式明顯區別于傳統磷化處理。無磷轉化不含有有害重金屬離子，不需要進行高溫處理，無磷。同時，處理過程中不會產生殘渣，通過便捷的操作方式即可有效完成轉化，并有效增強電泳對基材的附著力。這種應用形式是一種節能、低溫、環保的新型處理技術。

2　無磷涂裝前處理的原理及工藝簡介

2.1原理分析

鋯和鈦屬于性質較為相近的兩種元素。鋯具有較好的抗腐蝕性，即在大多數自然環境中均能夠不受到腐蝕的影響。鋯良好的抗腐蝕性主要是因為該元素表面具有連續穩定的氧化膜層，其牢固性較強。

鋯與氧較強的親和力以及自身較高的反應活性，能夠使鋯在自然環境中或在潮濕環境中形成較強的氧化膜。同時，實踐操作以及經驗總結可知，鋯與鉻酸鹽化學轉化膜同一原理。一旦暴露在存有微量氧氣的環境中，它就會與氧形成氧化膜，若氧化鋯膜受到破壞就會自行修復。無磷轉化處理可用以下反應式表示：H2ZrF6+M+2H2O→ZrO2+M2++4H++6F-+H2。其中，M為Fe、Zn、Al等金屬元素。

2.2工藝分析

2.2.1無磷轉化基本工序

相對傳統磷化工藝技術來說，無磷轉化技術在實際操作階段需要進一步優化，而磷化處理技術不需要通過改造的方式就能夠直接進行生產。各個工位依次可以為1-預脫脂；2-脫脂；3-水洗；4-水洗；5-水洗；6-無磷轉化；7-水洗；8-水洗。處理工藝如圖1所示。

圖1　無磷轉化處理工藝示意圖

2.2.2無磷轉化與傳統磷化性能對比分析

就汽車涂裝工藝企業而言，質量與性能屬于各個生產企業的第一要求。因此，從兩個方面進行分析。

（1）微觀形貌比較分析。不同類型的磷化以及無磷轉化成膜作用機制并不相同。為此，對金屬表面膜層情況以及形貌情況的分辨也不同。從微觀形貌特征方面看，可以通過掃描電鏡的方式發現其中的差異。

（2）附著力及抗沖擊性能方面的對比分析。結合對GB/T9286-1996《色漆和清漆、漆膜的劃格試驗》等進行檢測試驗，分析結果可以發現，漆膜厚度在達到25μm的情況下，兩種類型的轉化膜設計附著力則為0，耐沖擊力強度在50kg·cm左右。通過對附著力、抗沖擊力性能對比研究可總結出，無磷轉化漆膜附著力能夠達到涂裝基本標準需求，且其抗沖擊性能也能夠達到規定標準。

2.2.3耐蝕性比較分析

鹽霧試驗屬于企業涂裝工藝中重要的耐腐蝕性標準。當前，金屬材料中最為流行的是冷軋板。但是，因為冷軋板本身并不具有鍍鋅板中的鍍鋅層或者沒有熱軋板中的氧化皮等保護，所以冷軋板的耐腐蝕性性能不強。通過進行鹽霧試驗可以知道考察區域是否具有變化。

3　無磷轉化問題及解決對策

現階段，各種類型的電泳漆生產企業通過分析傳統磷化產品設計特征，形成了全新的技術材料。無磷轉化技術的應用是一種新型引進技術，其膜層相對較小，pH值相對較高，且具有明顯的電泳槽溶出現象。為此，在對無磷轉化進行研究以及配套使用過程中，可能會產生新的問題。

3.1腐蝕問題

3.1.1影響因素

過渡段是通道特殊位置。過渡段位置溫度相對較高，從涂裝質量角度分析，第二水洗槽與第三水洗槽之間形成的過渡段相對比較容易發生銹蝕的情況。造成這種情況的主要原因包括三個方面：第一，通道高溫、高濕，過渡段與脫脂槽之間距離較短，會產生串熱情況，溫度提升較多；第二，過渡段工藝主要是指通過脫脂槽完成的脫脂表面仍然存在的油脂被處理掉，此時裸板受到高溫、高濕條件的影響，可能產生銹蝕情況；第三，工件在實現脫脂操作后，需要流入到過渡段環節中，并需要在空氣中存在一段時間，這個過程中可能會出現銹蝕情況。

3.1.2解決對策

針對上述問題的解決措施：在完成無磷轉化前合理加入添加劑，以防止發生銹蝕。尤其是在第二水洗槽工藝當中，需要添加添加劑。

在進行第一道水洗工序中，合理加入部分脫脂液，使槽液呈堿性，增強防腐蝕性。在第二道水洗工序中，要合理減少脫脂液的添加。這一過程防銹效果相對弱化，因此在第二道水洗工序前要合理加入添加劑，達到防銹目的。

通過實驗總結可知，無磷轉化槽液的pH值范圍通常情況為3.8～4.5，以弱酸性為主。若對第三水洗槽中添加超出標準的防銹劑，就會造成無磷轉化劑的穩定性受到影響，進而造成槽液PH范圍超出標準，直接影響涂裝。

3.2無磷轉化槽液pH的控制效果

無磷轉化槽液與傳統磷化控制之間的參數存在差異。新工藝控制下，pH范圍可以控制在3.8～4.5，控制范圍也相對更加精確。當pH低于3.8時，工件的表面就會呈現出黃色，積水位置也會發生銹蝕情況。當pH超過4.5后，工件表面也會呈現出發黃的情況，同時槽液也會發生渾濁的情況。脫脂槽串槽帶入的堿性物質也會造成無磷轉化槽中的pH上升。為此，除了需要日常控制外，還需要控制總物質濃度情況，并通過無磷轉化pH調整劑完成調節。

3.3漆膜表面產生針孔的成因排查分析

因為當前電泳漆主要應用的材料配方設計與生產，均屬于在傳統磷化處理技術基礎上開發形成的。為此，在切換無磷轉化技術后，相關的新工藝技術與電泳漆之間形成的匹配效果往往表現出新問題。其中，比較常見的問題是復雜結構工件外表面產生針孔。切換到新工藝后，在未發生工藝上的轉變情況下，車身當中并不會產生針孔，此時車身漆膜表面也會表現出針孔。面對上述問題，現場可以采用降低點用電壓的方式解決。通過實驗分析與總結發現，造成針孔的主要成因是新工藝以及電泳漆之間不匹配。無磷轉化因為膜層本身相對傳統磷化更薄，因此通常情況下電泳漆主要采用陰極電泳漆，而不會采用膜層厚度為納米級的方法進行處理。于是，可能會發生電泳漆產生電流密度大的情況，并更進一步產生針孔問題。因此，采用無磷轉化方法對工件要求相對更高，因為只有這樣才能夠確保使用效果達到最佳狀態。

4　無磷前處理工藝相關注意問題研究

與傳統磷化技術之間進行比較，無磷前工藝表現出自身優勢特征。但是，就實際應用階段需要關注幾個方面的問題。

（1）通過利用無磷工藝技術形成的沉渣相對更少，相對于傳統磷化工藝產生的沉渣也相對較小，但是需要加強對過濾器方面的使用要求；

（2）工藝技術對純水條件要求相對較高，純水使用總量巨大；

（3）無磷前處理技術應用為了能夠進入到最佳效果，對前處理槽液中的實際溫度有一定的要求，需要能夠被控制在一定范圍中；

（4）借助硅烷類藥劑，可能會對槽液造成污染，培養細菌環境，為此需要在槽液中添加殺菌劑；

（5）對前處理工藝進行使用階段，需要有一定的要求，應當具備一定的清洗能力以及低殘留能力；

（6）無磷前處理工藝所產生的膜層本身具有一定的耐蝕性特征，但是這種膜層產生的效果相對磷化膜較差。為了防止出現返銹，應當加強對實際生產工藝的管控，也需要針對相關設備等進行必要調整。

5　結束語

綜上所述，無磷轉化具有低成本、高性能優勢，在汽車涂裝行業中也具有廣泛的發展空間。通過實踐調查了解到，現階段我國較多汽車零部件生產方都已逐步實現無磷轉化。通過上述論述與分析可知，無磷轉化存在的問題也是困擾企業發展以及汽車涂裝行業的關鍵阻力。在今后應用過程中，要進一步分析無磷轉化問題，并根據實際需求有效解決問題，從而不斷促進低溫節能無磷涂裝前處理技術的應用。

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Application of Pretreatment Technology of Non Phosphate Coating in Automobile Painting

ZHANG Yu,MA Lin,XU Hongzhe
(China Automotive Industry Engineering Co., Ltd., Tianjin 300113)

This paper mainly analyzes a nd discusses the pretreatment technology of non phosphorus coating technology, which is a new type of environmental protection technology, to meet the needs of industrial production at the pres ent stage, to meet the requirem ents of low temperature and energy s aving. The application of non phosphate coating pretreatment technology in automobile coating, the film adhesion is strong, and has goo d corrosion resistance and impact resistance, can achieve the basic requirements of automotive industry at pres ent. In addition, this paper will discuss the problems and reasons of non phosphorus transformation, and summarize the effective measures to promote the better application of the technology.

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