无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用

张　宇　马　琳　徐红哲

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用

张宇马琳徐红哲

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

本文主要分析探讨一种新型的环保技术无磷涂装前处理技术，以顺应现阶段工业生产需求，满足低温、节能要求。无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的应用，所得漆膜附着力较强，且具有良好的抗腐蚀性与抗冲击性，能够达到现阶段汽车工业基本需求标准。此外，本文将对无磷转化存在的问题与原因进行探讨，并总结出有效应对措施，以期能够促进该技术更好地应用。

无磷 涂装前处理 汽车 无磷转化

现阶段，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、镍几种重金属离子，并包含较多磷，与目前我国大力推行的节能环保政策背道而驰。无磷涂装前处理技术是一种新型的节能环保技术，在汽车涂装中具有广泛的应用前景。下面本文将针对无磷涂装前处理技术在汽车涂装中的具体应用进行分析，并总结无磷转化存在的问题，探讨有效的应对措施。

1　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目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，处理过程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℃，因此还需要投入辅助加热设备。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是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。无磷转化不含有有害重金属离子，不需要进行高温处理，无磷。同时，处理过程中不会产生残渣，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。这种应用形式是一种节能、低温、环保的新型处理技术。

2　无磷涂装前处理的原理及工艺简介

2.1原理分析

锆和钛属于性质较为相近的两种元素。锆具有较好的抗腐蚀性，即在大多数自然环境中均能够不受到腐蚀的影响。锆良好的抗腐蚀性主要是因为该元素表面具有连续稳定的氧化膜层，其牢固性较强。

锆与氧较强的亲和力以及自身较高的反应活性，能够使锆在自然环境中或在潮湿环境中形成较强的氧化膜。同时，实践操作以及经验总结可知，锆与铬酸盐化学转化膜同一原理。一旦暴露在存有微量氧气的环境中，它就会与氧形成氧化膜，若氧化锆膜受到破坏就会自行修复。无磷转化处理可用以下反应式表示：H2ZrF6+M+2H2O→ZrO2+M2++4H++6F-+H2。其中，M为Fe、Zn、Al等金属元素。

2.2工艺分析

2.2.1无磷转化基本工序

相对传统磷化工艺技术来说，无磷转化技术在实际操作阶段需要进一步优化，而磷化处理技术不需要通过改造的方式就能够直接进行生产。各个工位依次可以为1-预脱脂；2-脱脂；3-水洗；4-水洗；5-水洗；6-无磷转化；7-水洗；8-水洗。处理工艺如图1所示。

图1　无磷转化处理工艺示意图

2.2.2无磷转化与传统磷化性能对比分析

就汽车涂装工艺企业而言，质量与性能属于各个生产企业的第一要求。因此，从两个方面进行分析。

（1）微观形貌比较分析。不同类型的磷化以及无磷转化成膜作用机制并不相同。为此，对金属表面膜层情况以及形貌情况的分辨也不同。从微观形貌特征方面看，可以通过扫描电镜的方式发现其中的差异。

（2）附着力及抗冲击性能方面的对比分析。结合对GB/T9286-1996《色漆和清漆、漆膜的划格试验》等进行检测试验，分析结果可以发现，漆膜厚度在达到25μm的情况下，两种类型的转化膜设计附着力则为0，耐冲击力强度在50kg·cm左右。通过对附着力、抗冲击力性能对比研究可总结出，无磷转化漆膜附着力能够达到涂装基本标准需求，且其抗冲击性能也能够达到规定标准。

2.2.3耐蚀性比较分析

盐雾试验属于企业涂装工艺中重要的耐腐蚀性标准。当前，金属材料中最为流行的是冷轧板。但是，因为冷轧板本身并不具有镀锌板中的镀锌层或者没有热轧板中的氧化皮等保护，所以冷轧板的耐腐蚀性性能不强。通过进行盐雾试验可以知道考察区域是否具有变化。

3　无磷转化问题及解决对策

现阶段，各种类型的电泳漆生产企业通过分析传统磷化产品设计特征，形成了全新的技术材料。无磷转化技术的应用是一种新型引进技术，其膜层相对较小，pH值相对较高，且具有明显的电泳槽溶出现象。为此，在对无磷转化进行研究以及配套使用过程中，可能会产生新的问题。

3.1腐蚀问题

3.1.1影响因素

过渡段是通道特殊位置。过渡段位置温度相对较高，从涂装质量角度分析，第二水洗槽与第三水洗槽之间形成的过渡段相对比较容易发生锈蚀的情况。造成这种情况的主要原因包括三个方面：第一，通道高温、高湿，过渡段与脱脂槽之间距离较短，会产生串热情况，温度提升较多；第二，过渡段工艺主要是指通过脱脂槽完成的脱脂表面仍然存在的油脂被处理掉，此时裸板受到高温、高湿条件的影响，可能产生锈蚀情况；第三，工件在实现脱脂操作后，需要流入到过渡段环节中，并需要在空气中存在一段时间，这个过程中可能会出现锈蚀情况。

3.1.2解决对策

针对上述问题的解决措施：在完成无磷转化前合理加入添加剂，以防止发生锈蚀。尤其是在第二水洗槽工艺当中，需要添加添加剂。

在进行第一道水洗工序中，合理加入部分脱脂液，使槽液呈碱性，增强防腐蚀性。在第二道水洗工序中，要合理减少脱脂液的添加。这一过程防锈效果相对弱化，因此在第二道水洗工序前要合理加入添加剂，达到防锈目的。

通过实验总结可知，无磷转化槽液的pH值范围通常情况为3.8～4.5，以弱酸性为主。若对第三水洗槽中添加超出标准的防锈剂，就会造成无磷转化剂的稳定性受到影响，进而造成槽液PH范围超出标准，直接影响涂装。

3.2无磷转化槽液pH的控制效果

无磷转化槽液与传统磷化控制之间的参数存在差异。新工艺控制下，pH范围可以控制在3.8～4.5，控制范围也相对更加精确。当pH低于3.8时，工件的表面就会呈现出黄色，积水位置也会发生锈蚀情况。当pH超过4.5后，工件表面也会呈现出发黄的情况，同时槽液也会发生浑浊的情况。脱脂槽串槽带入的碱性物质也会造成无磷转化槽中的pH上升。为此，除了需要日常控制外，还需要控制总物质浓度情况，并通过无磷转化pH调整剂完成调节。

3.3漆膜表面产生针孔的成因排查分析

因为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之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。切换到新工艺后，在未发生工艺上的转变情况下，车身当中并不会产生针孔，此时车身漆膜表面也会表现出针孔。面对上述问题，现场可以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以及电泳漆之间不匹配。无磷转化因为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。因此，采用无磷转化方法对工件要求相对更高，因为只有这样才能够确保使用效果达到最佳状态。

4　无磷前处理工艺相关注意问题研究

与传统磷化技术之间进行比较，无磷前工艺表现出自身优势特征。但是，就实际应用阶段需要关注几个方面的问题。

（1）通过利用无磷工艺技术形成的沉渣相对更少，相对于传统磷化工艺产生的沉渣也相对较小，但是需要加强对过滤器方面的使用要求；

（2）工艺技术对纯水条件要求相对较高，纯水使用总量巨大；

（3）无磷前处理技术应用为了能够进入到最佳效果，对前处理槽液中的实际温度有一定的要求，需要能够被控制在一定范围中；

（4）借助硅烷类药剂，可能会对槽液造成污染，培养细菌环境，为此需要在槽液中添加杀菌剂；

（5）对前处理工艺进行使用阶段，需要有一定的要求，应当具备一定的清洗能力以及低残留能力；

（6）无磷前处理工艺所产生的膜层本身具有一定的耐蚀性特征，但是这种膜层产生的效果相对磷化膜较差。为了防止出现返锈，应当加强对实际生产工艺的管控，也需要针对相关设备等进行必要调整。

5　结束语

综上所述，无磷转化具有低成本、高性能优势，在汽车涂装行业中也具有广泛的发展空间。通过实践调查了解到，现阶段我国较多汽车零部件生产方都已逐步实现无磷转化。通过上述论述与分析可知，无磷转化存在的问题也是困扰企业发展以及汽车涂装行业的关键阻力。在今后应用过程中，要进一步分析无磷转化问题，并根据实际需求有效解决问题，从而不断促进低温节能无磷涂装前处理技术的应用。

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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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