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1 第二章涂裝前處理 第一節(jié)涂裝前處理的意義第二節(jié)除油第三節(jié)除銹第四節(jié)表調(diào)第五節(jié)磷化第六節(jié)非鐵材料的涂裝前處理復(fù)習(xí)題 2 本章教學(xué)目的 1 了解涂裝前處理的意義 2 了解涂裝前處理各關(guān)鍵工序的作用原理 選用依據(jù)和影響因素 3 了解前處理質(zhì)量控制的檢測(cè)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 本章重點(diǎn) 表調(diào) 磷化技術(shù) 3 涂裝過(guò)程的動(dòng)畫演示 1號(hào)行車 上件 熱水洗 1min 預(yù)脫脂 3min 脫脂 3min 2號(hào)行車 水洗 1min 表調(diào) 1min 磷化 3min 3號(hào)行車 水洗 1min 水洗 1min 水洗 1min 空停 1min 電泳 3min 4號(hào)行車 UF1 1min UF2 1min 純水洗 1min 下件 進(jìn)入烘房 4 江西五十鈴皮卡車涂裝生產(chǎn)線前處理工藝流程 手工預(yù)清理 洪流沖洗 40 50 噴 預(yù)脫脂 50 60 噴 脫脂 50 60 浸 第一水洗 噴 第二水洗 浸 表面調(diào)整 浸 磷化 40 50 180s 浸 第三水洗 噴 第四水洗 浸 第一純水洗 噴 第二純水洗 浸 瀝水 新鮮純水洗 噴 瀝水 陰極電泳 5 第一節(jié)前處理的意義 金屬表面的構(gòu)成 第一節(jié)前處理的意義 6 涂裝各因素對(duì)涂膜質(zhì)量的影響 前處理的內(nèi)容及意義 第一節(jié)前處理的意義 7 金屬一般前處理工藝如下 可根據(jù)工件材質(zhì)及其表面狀態(tài) 如銹蝕 油污程度和表面光潔度等 涂料品種和使用環(huán)境等 選擇最適合的表面處理方法 前處理的內(nèi)容 第一節(jié)前處理的意義 P252 表7 2 8 經(jīng)吹砂 砂紙打磨 酸洗 表面化成處理 形成磷化膜或氧化膜 等方法進(jìn)行適當(dāng)粗化來(lái)提高涂層與基體的附著力 不同加工方法所形成的比表面積 前處理意義 第一節(jié)前處理的意義 9 多孔性的氧化膜或磷化膜等化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能將金屬由導(dǎo)體變成不良導(dǎo)體或絕緣體 增強(qiáng)涂層的抗蝕能力 通過(guò)前處理提高涂料對(duì)基材表面的潤(rùn)濕性 固氣 液固 液氣COS 若 固氣 液固 COS 為正值 1 COS 0 則 900 液體能潤(rùn)濕固體 反之 COS 0 900 為不潤(rùn)濕 依靠前處理提高涂層的裝飾性 第一節(jié)前處理的意義 10 涂裝前處理除油以有機(jī)溶劑除油為輔化學(xué)除油 帶有表面活性劑的堿性水基清洗除油 為主 適用于自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn) 一 表面活性劑的選擇 P21 臨界膠束濃度CMC 指表面活性劑形成膠束的最低濃度 第二節(jié)除油 表面活性劑的定向吸附和膠束作用示意圖 第二節(jié)除油 11 HLB值 親油親水平衡值 對(duì)應(yīng)值為0 20 親油性最高的為0 親水性最高的為20 在選擇非離子型表活時(shí) HLB值是一項(xiàng)重要參數(shù) 表面活性劑HLB值與用途的關(guān)系 第二節(jié)除油 12 非活的HLB值經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 非活的HLB值 親水基部分的分子量 表活的分子量 20HLB法的加和性舉例 一種HLB值等于12 3性能最佳的洗滌劑 可用下列物質(zhì)配制 選用20 司本65 HLB 2 1 親油性強(qiáng) 和80 吐溫60 HLB 14 9 親水性強(qiáng) 混合后的表面活性物質(zhì)HLB 0 2X2 1 0 8X14 9 12 3 第二節(jié)除油 13 表面活性劑使用注意事項(xiàng) 1 溫度表活在濁點(diǎn)以上溫度使用 效果降低 2 使用方法 3 一般選用非離子型表面活性劑除油效果檢查 采用水膜連續(xù)性檢查 第二節(jié)除油 14 1 工件材質(zhì)狀況2 油污種類和數(shù)量3 脫脂工藝條件4 脫脂劑的配套性 二 脫脂方法和脫脂劑的選擇 參考教材P17 三 脫脂劑的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) 1 采用無(wú)磷能生物降解的環(huán)保型脫脂劑2 發(fā)展低溫和常溫脫脂劑3 低泡脫脂劑 第二節(jié)除油 15 第三節(jié)除銹 除銹方法 一 機(jī)械法 也叫物理除銹 手工除銹借助于風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)工具除銹噴丸 沙 除銹 利用沖擊力除銹 噴砂除銹 除銹砂輪 拋丸除銹機(jī) 第三節(jié)除銹 16 涂裝前處理要嚴(yán)格控制工序間的間隔時(shí)間 考慮酸洗帶來(lái)的負(fù)面效果 盡量以防銹基材代替除銹處理 二 化學(xué)法 廣泛采用 P28 酸洗液好壞的衡量 處理效果對(duì)環(huán)境的污染程度 可操作性處理成本 酸洗液 第三節(jié)除銹 17 第四節(jié)表調(diào) P34 P38表調(diào) 也稱表調(diào)調(diào)整 即活化處理 是金屬在磷化前的預(yù)處理工序 其目的是利用表面調(diào)整改變金屬表面的微觀狀態(tài) 使之更有利于后續(xù)形核和磷化成膜的質(zhì)量 表調(diào)的方式 既有拋丸 噴沙 砂紙輕度擦拭等機(jī)械法 也可用酸洗增加有效表面積的化學(xué)法 還包括物理化學(xué)吸附法 表調(diào)通常指此法 采用膠體磷酸鈦鹽調(diào)整劑 第四節(jié)表調(diào) 18 膠體鈦表面調(diào)整劑的配方 P38 僅供參考 1 K2TiF6適量2 TiO SO45 Na2HPO41g LNa2HPO455 Na5P3O103g LNa4P2O715 H2O余量NaHCO310 H2O15 第四節(jié)表調(diào) 19 磷化膜結(jié)構(gòu)照片 表調(diào)對(duì)磷化膜的影響和作用 圖2 1未表調(diào)的磷化膜SEM形貌 100 x 圖2 2表調(diào)后的磷化膜SEM形貌 100 x 圖2 3未表調(diào)的磷化膜SEM形貌 10000 x 圖2 4表調(diào)后的磷化膜SEM形貌 10000 x 表調(diào)是在磷化之前對(duì)工件表面進(jìn)行處理的一道重要工序 它使工件表面吸附大量膠體鈦結(jié)晶點(diǎn) 再以此為核心反應(yīng)生成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜 20 表調(diào)的作用通過(guò)膠體活化作用使金屬表面物理化學(xué)性能均勻化 增加表面活性中心 增加形核率 細(xì)化晶粒 提高磷化膜的致密性與均勻性 大大縮短磷化時(shí)間 改善磷化膜的附著性 提高耐蝕性 表調(diào)的適應(yīng)對(duì)象經(jīng)過(guò)了強(qiáng)堿除油或強(qiáng)酸除銹的金屬件磷化 有色金屬磷化 大批量處理工件磷化等場(chǎng)合 第四節(jié)表調(diào) 21 注意事項(xiàng) 嚴(yán)格控制脫脂后的水洗質(zhì)量 經(jīng)過(guò)鈦鹽表調(diào)后的零件都必須立即進(jìn)入磷化槽磷化 期間不需進(jìn)行水洗 表面調(diào)整一般在常溫下進(jìn)行 處理時(shí)間一般在1min左右 采用膠鈦進(jìn)行表面調(diào)整時(shí) pH值最好控制在8 9之間 第四節(jié)表調(diào) 22 第五節(jié)磷化 一 磷化處理的應(yīng)用 定義及分類二 磷化劑成分三 磷化膜形成機(jī)理及成膜規(guī)律四 磷化膜質(zhì)量檢驗(yàn)五 影響磷化的因素六 磷化的后處理 水洗 鈍化 干燥七 涂裝前處理工藝流程 第五節(jié)磷化 23 一 磷化處理的應(yīng)用 定義和分類 返回 第五節(jié)磷化 磷化技術(shù)工業(yè)用途比例分布圖 磷化膜的用途主要由磷化膜的種類和厚度所決定 厚膜常常用作單獨(dú)防護(hù) 電絕緣 耐磨 冷成型等 薄膜主要用于工序間的防護(hù)及油漆和粉末等有機(jī)膜的基底 24 第五節(jié)磷化 25 磷化定義所謂磷化處理 是將金屬工件浸入含Zn2 Ca2 Mn2 Fe2 Na 等磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理 在金屬表面得到由主鹽金屬或基底金屬自身轉(zhuǎn)化并形成的難溶于水的磷酸鹽膜或磷酸鹽和氧化物組成的表面膜的處理過(guò)程 簡(jiǎn)稱磷化 或化成 磷化樣品 第五節(jié)磷化 26 按磷化成膜物質(zhì)分類 鋅系 耐蝕性好 涂裝磷化中應(yīng)用最廣 鋅鈣系 鋅錳系 錳系 馬日夫鹽 屬厚膜磷化 主要用作防銹 鐵系 堿金屬鐵系 含渣量少 用于耐蝕性要求一般的室內(nèi)涂裝產(chǎn)品 有機(jī)聚合物復(fù)合磷酸鹽等 按膜重分類 次輕量級(jí) 用作較大形變鋼鐵工件的涂裝底層或耐蝕性要求較低的涂裝底層 輕量級(jí) 用作涂裝底層 次重量級(jí) 可用作基本不發(fā)生形變鋼鐵工件的涂裝底層 重量級(jí) 不適應(yīng)作涂裝底層 用于防腐蝕與冷加工 按溫度分類 室溫磷化 5 30 自動(dòng)生產(chǎn)線上難以普及 低溫磷化 30 50 現(xiàn)代涂裝大量采用 中溫磷化 50 70 不適用于電泳及靜電粉末噴涂的底層 高溫磷化 80 以上 這種磷化膜常用于冷作 耐膜 潤(rùn)滑 絕緣等 第五節(jié)磷化 按促進(jìn)劑類型分類 硝酸鹽型 亞硝酸鹽型 氯酸鹽型 有機(jī)氮化物型 鉬酸鹽型等主要類型 磷化分類 P34 27 按磷化膜的用途分類 1 防護(hù) 裝飾涂層底層 一般要求膜重為0 5 3g m2 2 防腐蝕涂層 用于鋼鐵工件防腐蝕磷化層 可采用Zn系 Mn系 Zn Mn系磷化膜 膜重必須大于10g m2 磷化膜須涂防銹油 防銹脂之類防銹劑 3 冷加工潤(rùn)滑用磷化層 Zn系磷化膜有助于冷加工成型 單位面積膜重依使用目的而定 4 減摩潤(rùn)滑用磷化膜 Mn系磷化膜有助于降低摩擦系數(shù) 5 電絕緣用磷化膜 變壓器 電機(jī)用硅鋼片經(jīng)磷化處理可提高絕緣性能 一般選用Zn系磷化 膜重l 20g m2 擊穿電壓240 380V 經(jīng)磷化后再涂絕緣漆 可提高至1000V 不影響其磁性能 第五節(jié)磷化 28 按磷化膜結(jié)晶形態(tài)分類 1 結(jié)晶型磷化膜 磷化膜中不僅有酸根離子 而且有主鹽金屬離子 如Zn2 Ca2 Mn2 等 直接參與成膜反應(yīng) 這種磷化處理劑稱為成膜型處理劑 即主鹽中的金屬離子參與成膜 2 無(wú)定型磷化膜 轉(zhuǎn)化膜 在磷化過(guò)程中主鹽金屬離子 如Na 不參與成膜反應(yīng) 金屬基體作為膜的陽(yáng)離子成分 形成無(wú)定型膜 這是由磷酸或聚磷酸的堿金屬鹽 如堿金屬鐵系 或銨鹽形成的磷化處理劑 這種磷化處理劑稱為非成膜型處理劑 既主鹽中的金屬離子不是成膜組分 第五節(jié)磷化 29 浸漬磷化適用于處理形狀復(fù)雜的工件 噴淋磷化適用于處理幾何形狀較簡(jiǎn)單的板材 刷涂磷化適用于大型鋼鐵構(gòu)件的磷化或局部磷化 噴浸結(jié)合能滿足各種形狀工件的磷化處理 磷化時(shí)間比單純的浸漬法縮短 磷化處理方式 第五節(jié)磷化 30 1 磷酸鹽磷化膜的主要成膜物質(zhì) 2 磷酸含量多少用游離酸度 FA 表示 3 氧化促進(jìn)劑分為 硝酸鹽型 亞硝酸鹽型 氯酸鹽型 有機(jī)氮化物型 鉬酸鹽型等主要類型 促進(jìn)劑加速反應(yīng)的機(jī)理 a 金屬界面去極化作用H2 O H2Ob 將Fe2 氧化成Fe3 4 其他添加劑如降渣劑 絡(luò)合劑 防垢劑 緩蝕劑 通常由磷酸二氫鹽Me H2PO4 2 游離的磷酸 氧化劑或促進(jìn)劑等組成 返回 磷化劑 第五節(jié)磷化 二 磷化劑成分 P35 37 31 返回 第五節(jié)磷化 三 磷化膜形成機(jī)理 以鋅系為例 及成膜規(guī)律 磷酸鹽成膜過(guò)程示意圖 32 成膜機(jī)理 四步法 1 磷酸二氫鋅鹽在金屬表面發(fā)生水解反應(yīng)與磷酸的三級(jí)離解 Me H2PO4 2 MeHPO4 H3P043MeHP04 Me3 P04 2 H3P04H3P04 H2PO4 H HPO42 2H PO43 3H 2 金屬工件表面與磷化液中的游離磷酸發(fā)生酸蝕反應(yīng) Fe 2H3PO4 Fe H2PO4 2 H2 提供Fe2 3 利用氧化促進(jìn)劑 去除氫氣 加速磷化反應(yīng)速度縮短磷化時(shí)間 O O 如 Fe2 Fe3 H2 H2O 第五節(jié)磷化 33 4 成膜反應(yīng)當(dāng)基材是鋅板 或鍍鋅鋼板 時(shí) 生成的磷化膜 淺灰到深灰色膜 為 3Zn2 2PO43 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 當(dāng)基材是鋼板時(shí) 生成的磷化膜 淺灰到深灰色膜 為 P38 2Zn2 Fe2 2PO43 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 采用堿金屬鐵系磷化時(shí) 生成的磷化膜 連續(xù)彩色膜 為 Fe NaH2PO4 O2 FePO4 4H2O Fe2O3 Na2HPO4 H2O 主鹽 磷化膜 水溶性磷化渣 磷化膜的主要成分是Me3 PO4 2 4H2O 但也有磷酸鐵和氧化鐵存在 第五節(jié)磷化 34 磷化渣及再生利用磷酸鹽沉淀的副反應(yīng)將形成磷化沉渣 Fe3 PO43 FePO4 但也有少量的Me3 PO4 2 磷化渣在鋼鐵 機(jī)械等行業(yè)得到再生利用 將磷化渣用磷酸溶解后 調(diào)整其組成成分 直接配制成磷化液 第五節(jié)磷化 35 鐵鹽磷化 反應(yīng)時(shí)間 較快 幾秒至一兩分鐘 較慢 一般大于2分鐘 工藝控制 簡(jiǎn)單 相對(duì)較復(fù)雜 鋅鹽磷化 藥品消耗 消耗少 生成成本低 消耗相對(duì)高 成本亦相對(duì)高 pH 4 0 6 0 4 5 5 5 1 5 1 3 膜組成 磷酸鐵 氧化鐵 鐵 鋅 錳 鎳的磷酸鹽 很少 於渣 設(shè)備維護(hù) 比較多 磷化淤渣少 容易維護(hù) 磷化淤渣多 維護(hù)復(fù)雜 促進(jìn)劑用途 增加膜重 降低膜重 附著力 優(yōu)良 良 好 差 耐蝕性 設(shè)備耐蝕性要求不高 可采用磷化 除油二合一工藝 設(shè)備要求 設(shè)備要求相對(duì)高 應(yīng)用 多用于設(shè)備有限 部件要求不高的場(chǎng)合 作為涂裝底層而普遍采用 鐵系磷化與鋅系磷化的比較 第五節(jié)磷化 36 磷化膜成膜規(guī)律研究分析 第五節(jié)磷化 磷化過(guò)程的 開路電位 時(shí)間 曲線 溫度T 25 時(shí)間t 1800秒 AB 自然氧化層的溶解和基體的腐蝕階段 BC 開始形核成膜階段 CD 基體再溶解階段 DE 主要成膜階段 EF 再結(jié)晶階段 FG 磷化膜孔隙中沉淀物形成階段 GH 膜的 生長(zhǎng) 溶解 平衡階段 1 開路電位 時(shí)間 曲線分析 37 2 磷化膜的形成過(guò)程 磷化膜結(jié)構(gòu)的EMS圖1000X 第五節(jié)磷化 磷化2s的磷化膜結(jié)構(gòu) 磷化4s的磷化膜結(jié)構(gòu) 磷化6s的磷化膜結(jié)構(gòu) 磷化30s的磷化膜結(jié)構(gòu) 磷化40s的磷化膜結(jié)構(gòu) 38 1 磷化膜外觀 目測(cè) GB11376 1989 GB T6807 1986 2 磷化膜厚或膜重的測(cè)定 GB T6807 1986 GB9792 1988 3 磷化膜的耐蝕性浸漬法 ASTMD870 54 GB T6807 1986 點(diǎn)滴法 孔隙率測(cè)定 GB T6807 1986 點(diǎn)滴液的成分與含量 分析純硫酸銅 CuSO4 5H2O 41g L分析純氯化鈉 NaCl 35g L0 37 鹽酸 HCl 13ml L鹽霧實(shí)驗(yàn) ASTMB117 64或GB1771 1979 漆膜耐鹽霧測(cè)定法 四 磷化膜質(zhì)量檢驗(yàn)P42 返回 第五節(jié)磷化 39 膜重 g m2 用途0 3 1 1 次輕量級(jí) 用于較大形變鋼鐵工件的油漆底層1 1 4 3 輕量級(jí) 用于油漆底層4 3 7 5 次重量級(jí) 作基本不發(fā)生變形的鋼鐵工件的油漆底層 7 5 重量級(jí) 不作油漆底層 可做模具的潤(rùn)滑層 磷化膜重量與用途關(guān)系 第五節(jié)磷化 40 1 磷化工藝參數(shù)的影響P37總酸度 TA TotalAcid 磷化液中含有的所有酸性成分的總和 測(cè)定結(jié)果用 點(diǎn) 數(shù)表示 用酚酞為指示劑 變色范圍pH8 0 10 0 游離酸度 FA FreeAcid 磷化液中游離酸的濃度 由磷酸和其它酸電離所產(chǎn)生 測(cè)定結(jié)果以 點(diǎn) 數(shù)表示 以甲基橙或溴酚藍(lán)為指示劑 變色范圍pH3 1 5 0 點(diǎn) 指消耗0 1mol LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù) 以0 1mol LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定10mL磷化液 每消耗1mLNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液稱為1 點(diǎn) 五 影響磷化的因素 P35 返回 第五節(jié)磷化 41 磷化溫度磷化液的溫度變化越小越好 生產(chǎn)中多采用板式交換器以防止磷化液瞬間過(guò)熱分解 磷化時(shí)間通過(guò)工藝試驗(yàn)獲得 2 促進(jìn)劑的影響 P35 2 3 金屬種類及表面狀態(tài)的影響 P35 1 4 磷化設(shè)備及工藝管理因素P39包括 控制槽液負(fù)荷 經(jīng)常檢測(cè)游離酸和總酸 嚴(yán)格控制液溫的波動(dòng) 槽液過(guò)濾 水洗質(zhì)量 第五節(jié)磷化 42 磷化液加熱方式 槽外循環(huán)加熱 第五節(jié)磷化 43 磷化后的水洗通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)定控制水洗質(zhì)量 磷化后的鈍化可提高磷化膜的耐蝕性 但在耐蝕性要求不高的情況下可有可無(wú) 磷化膜的烘干1 為下道工序的溶劑型涂料或粉末涂料施工作準(zhǔn)備 2 消除磷化膜結(jié)晶水脫除對(duì)涂層結(jié)合力帶來(lái)的不利影響鐵系磷化膜可采用自然干燥或烘干 鋅系錳系磷化膜應(yīng)采用烘干 六 磷化的后處理 水洗 鈍化 干燥P39 返回 第五節(jié)磷化 44 1 完全無(wú)銹工件預(yù)脫脂 脫脂 多道水清洗 表調(diào) 磷化 多道水清洗 烘干 或直接電泳 2 一般油污 銹蝕 氧化皮混合工件脫脂除銹 二合一 多道水清洗 中和 多道水清洗 表調(diào) 磷化 多道水清洗 烘干 或直接電泳 3 重油污 銹蝕 氧化皮類工件預(yù)脫脂 多道水清洗 脫脂除銹 二合一 多道水清洗 中和 多道水清洗 表調(diào) 磷化 多道水清洗 烘干 或直接電泳 七 涂裝前處理工藝流程 返回 第五節(jié)磷化 45 第六節(jié)非鐵材料的涂裝前處理 鋁合金 鋅合金 鎂合金和塑料等材料的涂裝前處理方法區(qū)別于鋼鐵金屬 各有不同 鋅合金涂裝前處理采用磷化 鋁合金 鎂合金涂裝前處理以化學(xué)氧化為主 作為兩性金屬 注意脫脂液pH值的控制 塑料涂裝前表面處理 P46 a 脫脂處理 有機(jī)溶劑清洗和化學(xué)清洗 b 灰塵的處理 采用吹離子風(fēng)消除靜電 c 改善塑料底材表面狀態(tài) 采用火焰處理 鉻酸溶液氧化處理 等離子處理等方法 對(duì)塑料表層分子進(jìn)行極性化處理 第六節(jié)非鐵材料的涂裝前處理 46 高溫氧化火焰處理 采用高溫富氧火焰對(duì)塑料件表面進(jìn)行高溫處理 通過(guò)對(duì)表面分子的加氧處理 提高塑料表面分子極性 增大表面張力 第六節(jié)非鐵材料的涂裝前處理 47 機(jī)器人結(jié)合燒嘴火焰處理 第六節(jié)非鐵材料的涂裝前處理 48 火焰處理汽車保險(xiǎn)桿