硅烷技術在汽車涂裝行業的應用

摘要：主要介紹了汽車涂裝前處理硅烷技術與磷化技術在環保、設備、現場管控三方面的差異點。同時，根據現場使用的經驗，總結出一些常見的質量問題產生的原因，供大家參考和借鑒。

關鍵詞：硅烷技術；磷化技術；前處理；電泳

隨著經濟的不斷發展，人們意識到高質量的發展決不能以犧牲環境為代價。進入21世紀以來，國家加強了對工業“三廢”的排放要求。在汽車制造四大工藝中，涂裝無疑是產生工業“三廢”最多的，其中前處理過程中的含“P”、含重金屬“Ni”的廢水一直是困擾環保的一大難題。為了解決這個問題，追根溯源，認為前處理磷化技術是造成問題的最主要原因。為了滿足車間工業“三廢”排放要求，經過數十年的努力，行業內誕生了替代磷化的新技術——硅烷技術。

硅烷技術誕生之初主要應用于白色家電、汽車零部件、普通工業等一些耐久性能要求不高的行業，因為它的環保性、便捷性以及成本優勢，得到了快速的推廣。但是作為涂裝耐久性能要求比較高的汽車整車行業，推廣應用一直比較緩慢，現就硅烷與磷化技術的差異，硅烷技術常見問題以及硅烷技術發展的方向進行分析探討。

硅烷技術與磷化技術的差異

硅烷技術在開發之初就考慮到了“三廢”排放問題，與磷化技術相比在環保方面優勢明，見表1，同時兩類產品在設備需求和過程管控方面有很多相似和不同，具體見表2、表3。

硅烷前處理常見問題分析

硅烷技術的過程管控與磷化有很多類似的地方，但是由于硅烷技術的膜層厚度與磷化有比較大的差別，所以在生產過程中的問題也相對比較多，下面就常見的問題進行舉例分析。

1.前處理過程生銹

硅烷技術對于進入硅烷槽的白車身有比較高的要求，尤其對于板材表面質量的要求要遠遠超出磷化要求，其主要原因為硅烷技術為薄膜技術，膜層極薄，無法遮蓋板材表面的銹蝕、打磨痕等缺陷。車身在進入硅烷前如果出現可擦拭的黃色銹跡，則經過硅烷處理后的車身硅烷膜層便會不致密，經過水洗后膜層會被加速破壞，增加生銹的面積，影響產品質量。

前處理生銹主要的來源很多，其中板材、無磷脫脂、室體溫濕度、水洗防銹效果、硅烷參數、硅烷膜層致密性、前處理時間及設備停線等均會影響到前處理過程生銹。只有做好每一個細節才能夠保證前處理不生銹，從而保證車身質量。

2.硅烷膜層發花、條紋

硅烷技術的產品特性主要有外觀、膜重等，在日常生產過程中主要以外觀作為評判標準，其中車身不同的板材材質顯現出來的外觀顏色有所不同，冷軋板膜層顏色為淡金黃色-金黃色，鍍鋅板膜層顏色一般為無色-藍紫色，鋁板的膜層顏色為無色。判斷前處理是否正常一般推薦使用冷軋板進行判斷，因為冷軋板相對目視比較明顯，容易分辨，如果有條件可以使用手持式的XRF儀器（X射線熒光光譜儀）檢測，通過提前內置曲線的方式，直接讀取板材表面的膜重數據。

冷軋板上常見的硅烷膜層缺陷包括發花、條紋等，其中發花的主要問題為板材活性、脫脂清洗、硅烷槽循環等；而硅烷條紋問題的可能原因包括板材狀態、脫脂清洗能力、脫脂劑被清洗能力、過程泡沫、出槽噴淋、硅烷膜層耐蝕性及過程保濕等。在車身進入電泳之前需要保證硅烷膜層的外觀無發花、條紋等缺陷，如果存在此類問題會直接導致電泳漆膜表面出現發花、條紋缺陷。

鍍鋅板上的膜層缺陷主要為膜層發白、條紋、發花等，其中發白主要問題為板材自身存在氧化、或者在脫脂及水洗過程中出現腐蝕或氧化，尤其板材自身出現氧化后，脫脂及水洗段很難消除，硅烷后就會出現明顯的發白問題；條紋很多情況下是因為板材自身打磨比較嚴重或者硅烷槽出槽二次成膜造成；發花很多時候因為脫脂槽及水洗槽對板材的腐蝕比較嚴重或板材打磨效果差造成。電泳前目視能夠看到的硅烷膜層缺陷，電泳后就會出現橘皮、條紋等問題。

鋁板上的膜層缺陷主要為膜層發花、低膜重等，其中發花的主要問題為脫脂劑對鍍鋅板過腐蝕，造成板材表面掛灰，硅烷后存在花膜；低膜重的主要原因與脫脂也有一定的關系，鋁板表面致密的氧化皮沒有得到一定的刻蝕，硅烷中槽液刻蝕效果不明顯的情況下，容易出現鋁板膜重的情況，同樣如果脫脂劑對鋁板刻蝕太嚴重，出現掛灰時，鋁板膜重會異常增加。以上缺陷電泳后容易出現外觀粗糙及附著力不良等問題。

3.電泳粗糙度不合格

硅烷技術生產的電泳車身也會遇到電泳漆膜表面粗糙度值太高（表面粗糙度≥0.3μm）的問題，表面粗糙度值太高會直接影響到后道的中面涂工藝，尤其是對B1、B2的工藝影響更大。所以電泳漆膜的表面粗糙度控制尤為重要，常見的影響因素如下。

（1）前處理的影響" 前處理會影響到車身表面粗糙度的因素主要包括過程生銹、硅烷膜層致密性等。很多電泳漆對于前處理的銹比較敏感，只要是有生銹現象，表面粗糙度值就會急劇增加，同時很多電泳漆對于硅烷膜層的致密性有要求，如果硅烷膜層致密性不好，同樣會造成電泳漆表面粗糙度異常。

（2）電泳漆的影響" 電泳車身表面粗糙度的好壞和電泳漆與硅烷的配套性也有很大關系，配套磷化的電泳數脂不需要很高的電阻，因為磷化層本身電阻比較大，會減緩外表面成膜的速度。而應用在硅烷上的電泳漆數脂電阻需要很高，因為硅烷膜幾乎沒有電阻，如果電泳數脂的電阻很小，那么外表面電泳漆的沉積速度會很快，漆膜就會很粗糙。另外比較常見的影響電泳漆表面粗糙度的因素還有顏基比、槽液殺菌、溶劑含量、電泳膜厚、電泳溫度等。

（3）板材材質的影響" 電泳車身表面粗糙度除了前處理與電泳漆的影響因素及過程管控以外，其實最重要的一點影響因素是車身本身材質的影響[2]，尤其硅烷技術對于車身板材表面粗糙度的要求要遠遠高于磷化的要求，因為磷化膜重為2～3g/m2，而硅烷膜重（冷軋板）為20～100mg/m2，屬于薄膜技術，無法將板材的表面粗糙度缺陷進行遮蓋，所以只有板材本身的表面粗糙度值控制在≤0.9μm，才有可能很穩定的保證車身外觀表面粗糙度值≤0.3μm。

4.電泳漆膜附著力不合格

鍍鋅板材質自身的防腐性能要明顯優于冷軋板，所以在汽車整車的外覆蓋件上大量使用了鍍鋅板，但是由于鍍鋅板表面鋅層相對比較活剝，硅烷技術在新能源車使用初期，出現了電泳附著力不合格問題。經過行業調研及實驗室試驗發現，影響鍍鋅板附著力不合格的因素較多，前處理段影響因素主要包括鍍鋅板材質本身、脫脂槽液及設備等。

（1）板材材質的影響" 鍍鋅板材質造成附著力不良主要有兩種原因：一種是沖壓車間使用了鈍化鍍鋅板（含表面做了鈍化處理的涂油鍍鋅板），而不是單純的使用未鈍化的涂油鍍鋅板；另一種是鍍鋅板在涂裝之前發生了氧化腐蝕，表面有一層稀疏的氧化層，降低了硅烷與鍍鋅板的結合力。

經過沖壓或打磨的鍍鋅板，表面鋅層遭到破壞，表面防銹油減少的情況下，高溫及光照可以使板材表面形成氧化鋅、氫氧化鋅，逐漸轉變成碳酸鋅，可能出現的反應如下：

2Zn+O2=2ZnO" " " " " " " " " " " " " " （1）

2Zn+O2+2H2O=2Zn（OH）2" " " " " " " " " " " " " " " （2）

Zn（OH）2+CO2=ZnCO3+H2O" " " " " " " " " "（3）

鍍鋅板初期在空氣中形成的腐蝕產物相對比較稀疏，粘附力較差[3]，此類腐蝕產物經過脫脂后無法清除，甚至于面積會不斷擴大，前處理電泳后無法保證油漆與基材的結合力，造成附著力不良[4]。

（2）脫脂槽液及設備的影響" 就脫脂劑而言，由于硅烷技術不含P元素，配套硅烷技術使用的脫脂劑產品同步做了微調，將之前常用到的磷酸鹽類產品取消，使用硅酸鹽、硼酸鹽等產品替代，造成了有色金屬在脫脂劑清洗過程中出現了氧化或者腐蝕問題，造成附著力下降。所以脫脂劑在使用過程中需要保證槽液合適的pH值范圍、合適的緩蝕劑用量以及前處理脫脂水洗段合適的溫濕度，只有充分保證以上條件才能夠有效保證鍍鋅板的附著力[5]。

硅烷技術需要提升的方向

雖然硅烷技術經過十幾年的發展已經比較成熟了，但是還有很多方面需要提升和改進，下面列舉幾個比較常見的項目：

1）硅烷技術對于板材活性、表面粗糙度有明確的選擇和限定。

2）對對應的無磷脫脂劑提出了更高的過程防銹要求、清洗能力要求，藥劑的干結、殘留等需要最大限度的杜絕。

3）硅烷技術電阻相對比較低，對電泳漆提出了新的挑戰，需要配套使用相對應高泳透率的電泳漆。

4）硅烷膜耐蝕性比磷化差，過程防銹及前處理停線要求更高。

5）硅烷技術在成膜過程中，雙金屬搭接或者間距較近位置的膜重需要重點控制等。

結語

硅烷技術目前是唯一可以替代磷化技術的新技術，不僅在環保、便捷、成本方面都有明顯的優勢，而且性能方面也可以滿足行業的要求。但是新技術的誕生總是有很多需要改進的方面，只有通過大家不懈的努力，不斷的摸索，最終才會將硅烷技術變的更加完善。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國生態環境部.污水綜合排放標準GB 8978-1996[S].北京：中國標準出版社，1996.

[2] 陳慕祖，于淑霞，周杰.電泳漆膜粗糙度的測定與改善[J].上海涂料，2002，40（6）：29-32.

[3] 章小鴿.鋅和鋅合金的腐蝕（一）[J].腐蝕與防護，2006，27（1）：41-50.

[4] 周杰，陳杰，成亞軍.硅烷薄膜前處理技術在大眾集團的應用[J].汽車工藝與材料，2023（11）：14-17.

[5] 和軍強.無磷前處理中電泳附著力事故的反思[J].電鍍與涂飾，2021，40（8）：613-617.