汽车零部件电泳涂装前处理常见问题分析

    随着经济的快速增长，中国的汽车工业迎来了一个高速发展的时期。伴随着汽车产量的大幅增长，人们对汽车质量也提出了更高的要求。阴极电泳涂装因泳透率、涂装自动化程度高，对环境污染小，漆膜致密且边缘覆盖性好等优点，在汽车零部件涂装中得到了广泛应用。与汽车主机厂相比，汽车零部件厂面临更多的难题：产品所用材料多样，如冷轧板、热轧板、热镀锌板、电镀锌板、铝板等；产品大小不一，形状复杂，夹缝及焊点等难处理部位较多。本文总结了汽车零部件厂涂装车间磷化前处理线日常生产中存在的典型问题，分析了问题产生的原因，提出了解决方案。

    2汽车零部件电泳涂装前处理线的工艺流程

    预脱脂(50～60℃喷淋)一脱脂(50～60℃浸泡)一水洗(常温喷淋)一水洗(常温浸泡)一表调(常温喷淋)一磷化(35～45℃浸泡)一水洗(常温浸泡或喷淋)一水洗(常温喷淋或浸泡)一无铬钝化(常温浸泡)一纯水洗(常温浸泡或喷淋)一纯水洗(常温喷淋)一电泳。

    3存在的问题及其解决措施

    3．1通道抽风不良的影响

    由于金属表面总会有各种油污，如机油、液压油、润滑油、压延油等，这些油污对涂装影响特别大，造成涂层外观差、附着力降低等，故在涂装前必须进行脱脂[1]。因为中温脱脂(50～60℃)较常温脱脂具有更强的除油能力和更快的除油速度，因此已成为大多数厂家的首选。但目前汽车零部件厂广泛采用的前处理生产线为全封闭通过式，仅设有少量的检修门和观察窗，中温脱脂过程所产生的热量、水雾则通过抽风系统排出。若抽风系统不完善，则易造成脱脂槽产生的热量不能有效扩散，导致通道内温度、湿度升高(温度可达50～60℃，湿度达90％～95％)，产生通道内串热现象(即使其它槽体温度也升高)。而受此影响最大的部位是通道内的过渡段、表调槽以及磷化槽。

    3．1．1过渡段受串热的影响及其消除

    过渡段，即通道内工位与工位之间的连接部位。由于通道内的温度升高，过渡段温度随之升高。从涂装质量方面看，第二水洗槽到表调槽之间的过渡段(以下简称过渡段I)最易出现工序间锈蚀问题。原因如下：(1)根据热量扩散原理，过渡段离脱脂槽较近，受串热的影响较严重，故过渡段为高温高湿环境：(2)过渡段处在脱脂槽之后、磷化槽之前，工件经过脱脂后表面油脂已被完全去除，裸板处于通道内的高温高湿环境：(3)工件从脱脂工序运行出来到过渡段之前，己通过了2个过渡段，在空气中暴露的时间较长。就上述现场情况在实验室进行模拟。试片采用神龙汽车公司用冷轧板，脱脂剂采用浓度为20g／L的中温脱脂剂。模拟实验分以下2种流程进行，腐蚀状况对比见图l。

    (1)55℃脱脂3min一常温喷淋水洗30s一常温浸泡水洗30s-常温高湿晾3min(左图)

    (2)55℃脱脂3min一常温喷淋水洗30s．一常温浸泡水洗30s一高温高湿晾3min(右图)

图1 脱脂水洗后的试样在不同环境条件下的腐蚀情况对比

    Figure l Comparison between samples corrosion status indifferent conditions after degreasing and rinsing

    由图l可以看出，脱脂水洗后的试片在常温高湿的环境下放置3min后，试片表面状况良好，没有出现锈蚀情况；而脱脂水洗后的试片在高温高湿的环境中放置3min后，表面已出现较为严重的锈蚀情况。若生产中出现锈蚀问题，不仅造成产品防腐蚀能力的降低，并且腐蚀产物会污染表调槽、磷化槽甚至钝化槽。解决此问题的方法：一是配备一套性能优良的抽风系统，以保证通道内其它工位的正常温度；二是选用清洗性能好、防锈性能强的脱脂剂。对于锈蚀工件，需重新喷砂或打磨除锈后，返工处理。

    3．1．2表调槽受串热的影响

    表面调整是磷化处理中的一个工序，表面调整处理能够为磷化膜的生长提供良好的晶核，提高膜的致密性，降低膜重。目前，汽车零部件厂大多使用胶体磷酸钛表调体系。由于胶体属于高度分散的多相系统，具有巨大的表面自由焓，属于热力学不稳定系统，故在高温下，胶体磷酸钛会自动产生微粒，继而聚结成大颗粒，使胶体很快产生沉淀而失效。温度越高，则沉降越多。钛胶体在pH超过8．0～9．5和温度超过35℃时会沉聚，因而使用时必须控制在特定的pH和温度范围[2]。当表调槽因串热而导致槽液温度升高后，表调槽液的稳定性降低，表调功能减弱，直接导致磷化后工件表面不均匀、结晶粗大及发彩。因表调的沉聚为不可逆反应，当该问题出现时，需重新配制表调液方可起到良好的表调作用，受影响的工件需要返工。

    2．1．3磷化槽受串热的影响

    目前，与阴极电泳配套的大多为锌锰镍三元系磷化液。该磷化液与阴极电泳配套性好，涂层防腐性能优异，附着力良好。锌离子浓度对磷化膜的形成有较大影响(见图2)。

图2 锌离子浓度对磷化膜的影响

    Figure 2 Effect of zinc ion concentrations on phosphating film

    由图2可见，当锌离子浓度为l．6g／L时，磷化膜均匀；当锌离子浓度为0．8g／L时，磷化膜不完整。故Zn2+浓度应控制在1．2～1．6g/L。此时，可得到“P比”>／90％的磷化膜，大大提高了涂装产品的耐蚀性[3]。但当磷化槽受到通道串热影响时，磷化槽液温度升高至超过正常使用温度，会出现磷化结晶现象。即温度过高时，磷化液中可溶性磷酸盐的离解度加大，从而使磷酸根浓度升高，产生磷酸锌沉淀，槽液中锌离子浓度降低。当磷化液恢复到正常的温度时，原有的平衡并不能恢复。此时如果不调整锌离子浓度，就会使磷化膜不完整，导致工件上残留大量的磷酸锌晶粒，在后续的水洗工序中难以洗净。带有结晶的工件在电泳漆膜烘干固化后，表面依然会残留大量颗粒，严重影响产品外观及防腐蚀性能。要解决这一问题，只有重新调整磷化槽，对工件进行返工处理。

    3．2临时停线及其解决措施

    由于输送链故障等突发事件，临时停线时有发生。这对于还留在前处理阶段的部分工件会有严重影响。首先脱脂槽液中含有表面活性剂、助剂和缓蚀剂等组分，有一定的防锈效果，可使浸泡在其中的工件短时间内不被锈蚀。因此，在短时间停线中，完全被脱脂液所覆盖的工件在恢复生产后可继续进行涂装处理，几乎不受停线的影响。如遇到镀锌板或铝板时，因其为两性金属，在碱性环境中也会受到腐蚀，故不宜在碱性脱脂槽液中长时间停留。

    处在过渡段的工件，因暴露在空气中的时间较长，加上通道中的高湿环境，会产生锈蚀，于后续工序中难以得到性能优良、均匀的磷化膜。故为了保证涂装质量，停线时处在过渡段中的工件需取出返工。

    现采用的胶体钛体系表调剂，其核心成分是胶体磷酸氧钛四钠[Na4TiO(P04)2](简称Ti(VI))。若吸附在金属表面的Ti(VI)(结晶原点)多，覆盖率高，则大量的结晶原点可形成网状结晶核，加上表面吸附有其它磷酸盐，故可以短期防锈。因此短时间停线，对于表调槽中的工件没有大的影响，恢复生产后可继续进行后处理。

    磷化槽里的工件若反应时间较长，则会在已形成的磷化膜表层上形成一层松散的浮膜。浮膜与漆膜之间的附着力差，而漆膜附着力大小是影响涂装效果的重要因素之一[4]。因此，需对浮膜进行处理。如工艺流程中没有钝化工艺，工件就需重新退膜返工；如在磷化后有钝化工艺，则工件可继续后续工艺处理。

    由于环保方面的压力，目前大部分钝化工艺都已采用无铬环保型钝化。新型钝化剂主要采用含锆的化合物与去离子水配制使用。该类钝化与含铬钝化原理相似，都有去除浮膜及磷化膜封闭的作用。因此生产工艺中如有无铬钝化工序，就可清除由停线而生成的磷化浮膜。

    为除磷化浮膜，选pH为4．2～4．8的无铬钝化液，处理时时间(40±20)S。因该工艺环境为酸性，在去除磷化浮膜之后，如果滞留时间过长也会腐蚀底层磷化膜。图3为不同钝化时间时磷化膜的表面形貌。实验材料使用神龙汽车公司冷轧板，实验流程为：脱脂一水洗一表调一磷化一水洗—钝化一水洗一晾千。

图3 不同钝化时I司时磷化腰的表面形貌

      Figure 3 Surface morphologiel of phosphating films after passivation for different time

    由图3可看出，钝化处理时间对磷化膜的微观形貌有极大影响。钝化处理10S后的试板，磷化膜晶粒均匀，结合紧密；钝化处理60S后的试板，晶粒均匀，结合紧密，但膜层厚度降低；钝化处理120S后的试板，磷化膜晶粒分布不均匀，厚度严重降低。

    由此可见，钝化处理近60S时，在保证磷化膜原有的防锈性能的基础上，有效地溶解了磷化膜表层的浮膜，提高了磷化膜与电泳漆的附着力，从而提升涂装产品的质量。而另一方面，如果钝化时间过长就会出现磷化膜厚度严重降低，防锈性能降低。综上所述，如果停线时间超过lmin，停留在钝化槽中的工件质量会降低，不能继续使用，需退膜返工处理。另因汽车零部件外形的多样化，对有积水部位的工件，若在钝化后过渡段停留超过60S，也应一并进行退膜返工。

    3．3槽液串槽及其解决方法

    汽车零部件形状复杂，夹缝及焊缝多，在前处理过程中工件带液量大，而且喷淋处理方式的广泛应用也会造成串槽问题。串槽出现的直接表现为槽液液位升高异常，严重时会对磷化质量造成影响。因表调剂大多为弱碱性，而磷化槽液为酸性，大量的表调槽液串槽，会导致磷化槽中游离酸浓度降低、磷化沉渣增多，严重时会出现磷化结晶。

    解决串槽的方法主要有以下几种：(1)在生产线的设计初期，设计足够距离的过渡段，减少工件带液量；(2)过渡段中添加塑料挂帘，降低槽液的带出；(3)喷淋段第一排及最后一排的喷头角度向槽内调整5～100，减少喷淋对其它工位的串槽；(4)个别工位(如磷化后水洗部分)设置吹水处理，以减少工件积水处的带液量。

    4结语

    综上所述，涂装线上设备出现问题时，磷化前处理的质量会受到很大影响。当出现通道抽风不良导致磷化槽温度异常升高并超过限定值时，为确保质量须暂停生产，待取样实验证明无磷化结晶现象时，方可继续生产，对受影响的工件需进行退膜返工处理。而出现临时停线超过60S时，过渡段及钝化槽中的工件也需取出进行返工处理。当串槽现象出现时，可对线上的个别部位进行改进。当表调槽液串槽严重时，还需补加磷化液以确保正常的工艺参数。

    参考文献：

    [1]傅乐峰，寿建平，王洋等．高效水基金属脱脂剂的研究[J]．表面技术，2001，30(3)：12—15．

    [2]谭海林，李新立，许朝玉，等．涂装前处理研究进展概况[c]／／首届国际(西安)涂料、涂装、表面工程高层论坛论文集(第二分册：涂装前处理)．2005．

    [3]邢宏楠，李新立，李安忠，等．Zn2+对钢铁磷化的影响[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．