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材料表面处理技术 一 磷化处理二 电泳 Generalizationofmaterialsurfacetreatmenttechnique 02 27 04 汽车涂装工艺 汽车涂装工艺 一般可分为两大部分 一是涂装前金属的表面处理 也叫前处理技术 二是涂装的施工工艺 表面处理主要包括清除工件表面的油污 尘土 锈蚀 以及进行修补作业时旧涂料层的清除等 以改善工件的表面状态 包括根据各种具体情况对工件表面进行机械加工和化学处理 如磷化 氧化和钝化处理 工程机械防锈涂装工艺一般可分为涂装前表面处理工艺和防锈底漆涂装工艺 02 27 04 汽车涂装工艺 涂装前表面处理工艺表面处理是防锈涂装的重要工序之一 工程机械防锈涂装质量在很大程度上取决于表面处理的方式好坏 据英国帝国化学公司介绍 涂层寿命受3方面因素制约 表面处理 占60 涂装施工 占25 涂料本身质量 占15 工程机械行业 不同零部件的表面处理方式 机械清理可有效去除工件上的铁锈 焊渣 氧化皮 消除焊接应力 增加防锈涂膜与金属基体的结合力 从而大大提高工程机械零部件的防锈质量 机械清理标准要求达到的Sa2 5级 表面粗糙度要达到防锈涂层厚度的1 3 喷 抛丸所用钢丸要达到GB6484要求 薄板冲压件的表面处理称一般用化学表面处理 02 27 04 汽车涂装工艺 工艺流程为 预脱脂 脱脂 热水洗 冷水洗 酸洗 冷水洗 中和 冷水洗 表面调整 磷化 冷水洗 热水洗 纯水洗 干燥脱脂和磷化是化学处理工艺中的关键工序 这两道工序直接影响工件化学处理的质量和防锈涂层的质量 02 27 04 2 涂装工艺 汽车涂装工艺根据汽车类型的不同而各有特点和侧重点 载重汽车的主要涂装件是前部驾驶室 涂装要求最高 其他部件如车厢 车架等涂装要求比驾驶室低 客车的涂装与载货汽车的涂装有较大区别 客车车身包括大梁 骨架 车厢内部 车身外表面 其中以车身外表面要求较高 车身外表面不但要求具有良好的保护性和装饰性 而且喷涂面积大 平面多 有两种以上的颜色 有时还有汽车色带 因此 施工周期比载货汽车长 施工要求比载货汽车高 施工过程比载货汽车复杂 02 27 04 2 涂装工艺 轿车和小型旅行车 不论在表面装饰性或底层保护性都比大型客车和载货汽车的要求高 它的表面涂层属于一级装饰精度 具有美丽的外观 光亮如镜或光滑的表面 无细微的杂质 擦伤 裂纹 起皱 起泡及肉眼可见的缺陷 并应有足够的机械强度 底面涂层属于优良保护层 应有优良的防锈性和防腐蚀性 很强的附着力 局部或全部刮涂附着力好 机械强度高的腻子 使用数年也不会出现锈蚀或脱落等现象 02 27 04 车身涂装 结构罩光涂层约40微米高固体分涂料粉末涂料 底色涂层约15微米高固体分涂料 中涂层约35微米高固体分涂料水性涂料粉末涂料 电泳底漆层约20微米电泳涂料磷化处理钢板 02 27 04 汽车涂装 磷化处理 磷化的目的为了使汽车涂层的耐久性 耐腐蚀性 采用磷化处理作为涂装的前处理 磷化磨的功能是提高涂布在其上的涂膜 电泳涂膜 的附着力和耐蚀性 优异的结合力磷化膜结晶微溶入金属表面 结晶的附着力良好 磷化膜的表面凹凸 表面积增大 提高了涂膜的附着力 随着涂膜附着力的提高 防止腐蚀生产物质的侵入 从而提高了其耐腐蚀性 未磷化处理过的短期内涂膜就起泡生锈 磷化膜附着力和化学稳定性好 作为耐久性好的高级防锈涂装的底材处理 02 27 04 02 27 04 02 27 04 磷化处理 金属的磷酸盐处理简称磷化 把金属放入含有磷酸盐的溶液中进行化学处理 使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法 磷化膜主要用作涂料的底层 金属冷加工时润滑剂的吸附层 经过封闭处理的磷化膜 可以作为金属表面的保护层 一 磷化膜的形成机理用含有锰 铁 锌的磷酸二氢盐作磷化剂 在金属与溶液的界面 发生化学反应M H2PO4 2 MHPO4 H3PO4MHPO4 M3 PO4 2 H3PO4可溶性的磷酸二氢盐水解生成不溶性的磷酸氢盐和磷酸盐 3Fe 2H3PO4 Fe3 PO4 2 3H2 反应生成的不溶于水磷酸盐在金属表面沉积成为磷酸盐保护膜 02 27 04 磷化处理 电化学机理 认为是一种微电池作用的结果阴极反应 2H 2e H2阳极反应 Fe 2e Fe2 Fe2 2H2PO4 Fe H2PO4 2Fe H2PO4 2 FeHPO4 H3PO43FeHPO4 Fe3 PO4 2 H3PO4阴极反应 2H 2e H2同样 阳极反应生成物还有Mn3 PO4 2 Zn3 PO4 2一起结晶 形成磷化膜 02 27 04 磷化处理 二 磷化膜的组成和结构磷化液种类大致有锌型 以磷化锌为主盐 锰型 以磷酸锰铁盐为主盐 在同一型中 配比又是多种多样的 所得到的晶粒大小不同 大小有从几个微米到上百微米 晶粒愈大 膜层愈厚 在磷化膜中应用最广的有磷酸铁膜 磷酸锌膜 磷酸锰膜 磷酸铁膜用碱金属磷酸二氢盐为主要成分的磷化液处理钢材表面时得到的非晶质膜是磷酸铁膜 外观呈灰色 青色乃至黄色 磷化液中的添加物也可共沉积于膜中 并影响膜的颜色 02 27 04 磷化处理 磷化锌膜采用以磷酸和磷酸二氢锌为主要成分 并含有重金属与氧化剂的磷化液处理钢材时 形成的膜有两种物质组成 磷酸锌和磷酸锌铁 当溶液中含有较高二价铁粒子时 就形成一种新相Fe5H2 PO4 4 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O是白色不透明的胶体 属斜方晶系 磷酸锌铁是无色或浅蓝色的晶体 属单斜晶系 锌系磷化膜呈浅灰色至深灰结晶状 磷酸锰膜用磷酸锰为主的磷化液处理钢材时 得到的膜几乎完全由磷酸锰和磷酸氢锰铁组成 磷化膜中锰与铁的比例 随磷化液中铁与锰的比例而变 但铁的含量远低于锰 02 27 04 磷化处理 三 磷化工艺及方法磷化工艺主要有 高温 中温和常温磷化 02 27 04 磷化处理 生产中可根据钢铁对表面磷化膜的不同要求选用不同的工艺 高温磷化优点是膜层较厚 具有耐蚀性 耐热性 结合力和硬度都比较好 磷化速度快 缺点是工作温度高 耗能大 溶液蒸发量大 成分变化快 常需调整 且结晶粗细不均匀 中温磷化的优点是膜层的耐蚀性接近高温磷化膜 溶液稳定 磷化速度快 生产效率高 缺点是溶液较复杂 调整较麻烦 常温磷化的优点是节约能源 成本低 溶液稳定 缺点是耐蚀性较差 结合力欠佳 处理时间较长 效率低 磷化方法 浸渍法 耐腐蚀性能较好 和喷淋法 02 27 04 02 27 04 02 27 04 磷化后处理 为了提高磷化膜的防护能力 磷化后应对磷化膜进行填充和封闭处理 填充处理的工艺是 重铬酸钾30 50g L碳酸钠2 4g L温度90 98 时间5 10min填充后 可以根据需要在锭子油 防锈油或润滑油中进行封闭 如需涂漆 应在钝化处理干燥后进行 工序间隔不超过24小时 02 27 04 磷化处理 四影响磷化的因素1游离酸度游离酸度是指溶液中磷酸二氢盐水解后产生游离磷酸的浓度 游离酸度过高时 氢气析出量大 晶核生成困难 膜的晶粒粗大 疏松多孔 耐蚀性差 反之 生成的磷化膜较薄 甚至得不到磷化膜 游离酸度高时 可加氧化锌或氧化锰调整 当低时 可加磷酸二氢锰铁盐 磷酸二氢锌或磷酸来调整 2总酸度总酸度来源于磷酸盐 硝酸盐和酸的总和 总酸度高时磷化反应快 获得的膜层晶粒细致 但膜层较薄 耐蚀性降低 总酸度低时 磷化速度慢 膜层厚且粗糙 总酸度高时可加水稀释 低时可加磷酸二氢锰铁盐 磷酸二氢锌或硝酸锌 硝酸锰来调整 02 27 04 磷化处理 3金属离子的影响Mn2 的存在可以使磷化膜结晶均匀 颜色较深 提高膜的耐磨性 耐蚀性和吸附性 含量过高则膜的晶粒粗大 耐蚀性较差 含量低则使晶粒太细 有磷化不上的趋势 二价铁离子能增加磷化膜的厚度 提高力学强度和耐蚀性能 但二价铁在高温时很容易被氧化 并转化为磷酸铁沉淀 使游离酸度升高 造成磷化结晶几乎不能进行 亚铁离子的含量过高 还会使磷化膜结晶粗大 表面产生白色浮灰 锌离子存在可以加快磷化速度 生成的磷化膜结晶致密 闪烁有光 当含量过高时磷化膜晶粒粗大 排列紊乱 磷化膜发脆 过低时膜层疏松发暗 02 27 04 磷化处理 4P2O5的影响它来自磷酸二氢盐 它能提高磷化速度 使磷化膜致密 晶粒闪烁有光 他含量过高 膜的结合力下降 表面白色浮灰较多 含量较少时膜的致密性和耐蚀性均差 甚至不产生磷化膜 5NO 3 NO 2和F 的影响NO 3和NO 2在溶液中作催化剂 可以加快磷化速度 使磷化膜致密均匀 NO 2还可以提高磷化膜的耐蚀性 NO 3含量过高会使磷化膜变薄 并易产生白色或黄色斑点 F 是一种活化剂 可以加快磷化膜晶核的生成速度 使结晶致密 耐蚀性高 尤其是在常温磷化时 氟化物的作用非常突出 02 27 04 磷化处理 6杂质的影响除磷酸 硝酸和硼酸以外的酸 如硫酸根 氯离子以及金属离子砷 铝 铬 铜都被认为是有害杂质 其中硫酸根和氯离子的影响更为严重 硫酸根和氯离子会降低磷化速度 并使磷化膜层疏松多孔易生锈 金属离子砷和铝使膜层的耐蚀性下降 大量的铜离子会使磷化膜发红 耐蚀性下降 7温度的影响温度对磷化过程影响很大 提高温度可以加快磷化速度 提高磷化膜的附着力 耐蚀性 耐热性和硬度 但不能使溶液沸腾 否则膜变得多孔 表面粗糙 且容易将二价铁离子氧化成三价而沉淀析出 使溶液不稳定 02 27 04 磷化处理 8基体金属的影响不同成分的金属基体对磷化膜有明显的不同影响 低碳钢磷化容易 结晶致密 颜色较浅 中高碳钢和低合金钢磷化较容易 但结晶有变粗的倾向 磷化膜颜色深而厚 最不利于进行磷化的是含有较多铬 钼 钨 矾 硅等合金元素的钢 磷化膜随钢中碳化物含量和分布的不同而有较大的差异 因此对于不同刚才应选用不同的磷化工艺 才能获得较理想的效果 9预处理的影响预处理对磷化膜外观颜色和膜的质量有很大的影响 经喷砂处理的钢铁表面粗糙 有利于形成大量晶核 获得致密的磷化膜 用有机溶剂清洗过的金属表面 磷化后所获得的膜结晶细而致密 磷化过程进行的较快 用强碱脱脂 磷化膜结晶粗大 磷化时间长 经强酸腐蚀的金属表面 磷化膜结晶粗大 膜层重 金属基体侵蚀量大 磷化过程析氢较多 02 27 04 汽车涂装 磷化处理 涂装前锌盐磷化处理中添加Ni和Mn 添加Ni能使磷化膜结晶细化 提高附着力 提高耐腐蚀性能 02 27 04 二 电泳 20世纪的后半个世纪 金属件的涂装涌现了新的技术 这些技术解决了人们要求的降低或完全消除涂料释放易燃有毒有机溶剂的问题 解决这些问题的途径之一是水性涂料的开发 为了防止金属的腐蚀 主要使用以水溶性的离子型聚合物为成膜物的水性涂料 这种体系中电泳涂料就是一种在浸槽中直流电场中涂装物品的特殊涂料 这种方法与目前采用的方法十分接近 只有这种方法才可以赋予复杂工件以均匀的涂膜 电泳涂装必须使用电泳漆 电泳漆通常又称水溶性涂料 电泳漆与蒸馏水必须按一定比例进行稀释 才能使用 02 27 04 二 电泳 这主要是因为是以水为溶剂 由于水的特殊物化性 很高的表面张力 会使涂膜在工件的边缘部位产生流挂 释放困难 造成涂膜在干燥的过程中表面起皱等 但是 这些缺点在通电的漆槽中就得到了克服 电泳涂装的机理 在于离子型聚合物的水溶性会随着pH值的变化而变化 电沉积过程中 最先发生的电化学反应是水的电解 这样在阳极的周围 呈现很强的酸性 而阴极的周围呈现碱性 阳极电泳是含有 COOA 多元酸聚合物的胺盐 COO 基是以阴离子形式在阳极发生沉淀反应的基团 A 是NH4 含羧酸聚合物在阳极形成涂膜 另外由于阳极以及金属件的电化学溶解 在沉积涂膜中含有一部分的阳极金属离子 同时会发生金属阳极的电化学溶解和树脂基料的氧化等副反应 02 27 04 二 电泳 在阴极电泳涂料里 基料中含有胺基团 通过加入酸中和成盐而水溶 形成带有RnX Z 的聚合物 其中Z 为相应的有机酸 多为醋酸和甲酸 基团 RnX 为聚合物离子 阳离子型基料 环氧 丙烯酸 聚酯 聚氨酯或其他树脂 含有氨基或叔胺基团 在碱性条件下 阴极周围的阳离子基团由于与OH 相互作用 而失去水溶性 并在阴极上以R3N的形式沉积下来 有很多综述及专论对这种涂料及涂装方法进行了详细的论述 这种涂装方法与电泳过程有一定的相似性 但仍存在着差别 电泳过程针对的是一种憎液胶体的运动 而电沉积发生在聚合物溶液的热动态平衡 涂料中的颜填料也通过电沉积过程沉积在电极上 电沉积涂膜是一种高度集中的胶体结构 并含有少量的有机溶剂 现在 有一些关于电泳涂料的新观点 有不少专刊及文献阐述了这个领域的技术进展 02 27 04 二 电泳 电泳漆涂装金属表面是近年来发展起来的新工艺 其制作工艺方法基本上和电镀相似 电泳漆的好处是透明度高 没有漆膜感 但又可加入颜料造成油漆的效果 电泳涂装一般包括四个同时进行的过程 1 电离电泳漆涂装时 油漆在水的作用下 离解成带正电荷的正离子和带负电荷的负离子 2 电泳正离子和负离子在电场的作用下产生泳动 正离子泳向阴极 负离子泳向阳极 3 电沉积负离子在阳极被吸附 发生电化反应 沉积成膜 不再溶于水 4 电渗涂膜中的水 在电场的作用下被挤到膜外 因而起脱水作用 5 电解又称气逸 当电流通过电解质时 水发生电解反应 在阴极放出氢气 在阳极放出氧气 02 27 04 二 电泳 电泳工艺分为阳极电泳和阴极电泳 若涂料粒子带负电 工件为阳极 涂料粒子在电场力作用下在工件沉积成膜称为阳极电泳 反之 若涂料粒子带正电 工件为阴极 涂料粒子在工件上沉积成膜称为阴极电泳 阳极电泳的特点是 原料价格便宜 一般比阴极电泳便宜50 设备较简单 投资少 一般比阴极电泳便宜30 技术要求较低 涂层耐蚀性能较阴极电泳差 约为阴极电泳寿命之1 4 阴极电泳涂层耐蚀性高的原因是 工件是阴极 不发生阳极溶解 工件表面及磷化膜不破坏 电泳涂料 一般为含氮树脂 对金属有保护作用 且所用漆价高质优 阳极电泳一般工艺流程为 工件前处理 除油 热水洗 除锈 冷水洗 磷化 热水洗 钝化 阳极电泳 工件后处理 清水洗 烘干 02 27 04 二 电泳 02 27 04 二 电泳 02 27 04 二 电泳 钢模板电泳涂装工艺流程除油 除锈 水冲 水洗 干燥 电泳上膝 水冲 烘干 喷商标 包装 出厂 除油 除锈 采用二合一法 即除油 除锈一步法 溶液本厂自配 水冲 水洗 其目的在于去掉模板表面的酸碱残留物 水洗时 最好采用常流水 电泳上漆 这是工艺的目的和核心 电泳槽内的电流 电压 固成份含量 PH值 电泳温度速度以及电泳槽附加设备的正确使用 是决定电泳上漆成败的关键 烘干 钢模板电泳上漆后必须烘干 烘干箱工作温度为160 180 烘烤时间为30分钟 电泳涂装所需的主要设备 各种水槽 电泳槽 通道式烘干