浅谈涂装车间前处理磷化生锈解析_赵思强

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我公司的前处理线工艺流程为:预水洗→预脱脂 →脱脂 →一水洗 →二水洗→ 表调 →磷化 →三水洗 →纯水洗 →洁净喷淋。脱脂槽、表调及磷化槽顶部均 设有风机,具体排布方式如下:
抽风 送风 抽风
→ →


车体前进方向→脱脂 →表调 →磷化
发生磷化黄锈后,对现场排风系统一一排查,发现 磷化槽体上部的风机处于停止转动的状态。在这种密 闭的前处理环境中,车体钢板处在一种高温高湿的环 境中,容易发生返锈,使车体外板、内腔发生返锈情况。 车体外板一般情况下不会发生返锈,因为在前处理每 道工序之间都有一些加湿喷淋,使车体外表面保持湿 润且与空气隔离。但是,车体内腔就不容易被加湿喷淋 喷到,特别是在脱脂,表调之后磷化之前,此工序最易 产生内腔返锈,因为磷化前没有喷淋,如果磷化抽风系 统不好,加之磷化液为 38 ℃左右,会使磷化液挥发,且 磷化后喷淋会使磷化液形成雾状,同时向车体行驶的 反方向移动(如果没有排送风设备,从整体来看,脱脂 为高温,表调为常温,磷化为高温就会产生一种高压向 低压处流动的情况,即脱脂槽形成的高温高压气体向 车体行驶的方向和表调的方向移动。磷化槽也会形成 高温高压的气体向表调和车体行驶的方向移动)。在车 体进入磷化槽之前,酸雾会跟车体内腔的钢板发生反 应,使车体内腔返锈(见图 1)。
根据生锈情况及现场观察,从人、机、料、法、环境 5 个方面对原因进行了解析。 1.2.1 人员方面
前处理工序处理均为自动化,本线体仅日常加料
Modern Finishing‖现代涂装
为人工作业。现场操作工若对磷化药剂浓度及槽体温 度检测频次不到位,可能会造成参数异常,引起磷化生 锈现象。经过现场排查点检记录,此项问题排除。 1.2.2 设备方面
收稿日期:2015-01-பைடு நூலகம்2
作者简介:赵思强(1991- ),男,江西东乡人,本科,助理工程
师,从事涂装工艺相关工作。
M 54
PF 2015 年 6 月 第 18 卷 第 6 期
1.1 磷化黄锈 磷化处理可以显著提高涂层的耐腐蚀性及附着
力,磷化成膜是指在适当的控制条件下,使金属表面发 生某种程度的腐蚀反应,结果在金属表面形成一层金 属化合物膜层。换言之,是使某种金属与某种特定的腐 蚀液相接触,在一定条件下,两者间发生化学反应,由 于浓度差极化作用和阴阳极化作用等,便在金属表面 形成一层附着力良好的、难溶的腐蚀生成物膜层。如上 所述,要想获得完整细密的磷化膜,前提是在一定的条 件下并严格管控好前道及本道参数,以及优秀的现场 管理水平才能保证。磷化反应最常见的问题有磷化黄 锈、斜纹、磷化发花等。本公司在某次对车体品质进行 日常检查时发现车顶横梁处有黄锈现象,经过工艺人 员及厂家共同合作,对此现象进行跟踪分析调查,最终 此问题得到改善。 1.2 磷化黄锈原因分析
0 引言
前处理电泳工序作为涂装车间流程最长、设备最 多且管控参数繁多的过程,其效果好坏直接影响到漆 膜的使用寿命和效果,是整个涂装工艺过程中非常重 要的环节。我公司前处理电泳线主要工艺流程包括预 脱脂、脱脂、水洗、表调、磷化、磷化后水洗、电泳、超滤 水洗、纯水洗,前处理的目的是去除车身表面的油污, 并形成一层致密的磷化膜层,提高涂层对金属机体的 腐蚀防护能力;电泳涂层增强车体的防腐能力。
(Zhengzhou Nissan Automobile Co., Ltd., Zhengzhou 451450, China)
Abstract: The phosphating defects mainly about the yellow rust of phosphating film in pre-treatment of the coating workshop were introduced. The cause of the yellow rust was analyzed and relevant solutions to this problem were proposed, thereby providing the reference for similar work. Key words: pre- treatment defects; phosphate; yellow rust of phosphate
现代涂装‖Modern Finishing
浅谈涂装车间前处理磷化生锈解析
赵思强,朱玉萍,王俊涛,郭文涛
(郑州日产汽车有限公司,郑州 451450)
摘要:介绍了涂装车间前处理磷化缺陷,主要为磷化膜黄锈;并针对产生黄锈的原因进行解析,提出相关对策及解决思
路,为开展类似工作提供了参考。
关键词:前处理缺陷;磷化;磷化黄锈
如果磷化槽液方面管控不当,车体内腔部位也容 易出现黄锈。以冷轧板钢板磷化成膜方程式为例来说 明,其成膜具体反应如下:
Fe+2H3PO4 → Fe(H2PO4)2+H2

游离酸
→ H2O

→ FePO4+H3PO4+1/2H2O

残渣
Fe+2Zn(H2PO4)2 → FeZn(2 PO4)2·4H2O+2H3PO4
1 前处理常见问题及缺陷
前处理线整个过程涉及的都是化学及电化学反 应,具有自动化程度高、人工作业参与少、环保等特点, 成为现代汽车涂装的首选。同时,前处理电泳槽体设备 多,管控的参数繁杂,日常管控若不到位很容易出现品 质问题。本文结合管理某车间前处理线时遇到的磷化 不良缺陷现状并解析如何应对。
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按照 GB/T 10125—2012 对渗锌零件进行中性盐 雾试验,渗层表面无锈迹。5%盐水浸泡 3 个月后,渗层 表面无锈迹。
零件在 5%盐水浸泡 2 个月后,表面涂钛纳米涂 料,再浸泡 1 个月后涂层表面无锈迹。 1.7.2 产品实物使用效果验证
产品盐雾试验合格后,进入装配使用阶段,在海南 潮湿的海洋环境中进行测试,2013 年 5 月出厂的产
图 1 磷化层流管道
槽体的循环效果不好也会影响磷化效果,层流效 果尤为明显,车内腔的一些死角部位循环效果不良,不 能与槽液充分反应,使局部内腔死角部位的磷化膜不 完整,磷化膜的致密性和完整性受到影响,形成黄锈[1]。 在磷化槽进行倒槽时对部分循环管道拆卸检查时,发 现层流管道堵塞严重,磷化渣非常多。
良,尤其是气室。由于车顶部位在磷化过程中容易形成 气带,难以形成完整均匀的磷化皮膜,此问题与磷化槽 通风不同,解决气室问题造成的磷化皮膜不完整一般 只能通过开孔来加快气体排出方式来改善皮膜[2]。另外, 上道工序与下道工序之间的沥水时间过长也容易引起 车体返锈,此时较好的解决方法是保持脱脂后水洗水 质 pH 为 8 ~ 9,可以延缓钢板表面的返锈。
综上所述,建议改善前处理的排风送风设备。在添 加排风送风设备后,会使整个前处理形成一种低压状 态,即车体进入线体的方向和表调 2 个方向的气体从 脱脂的排风处抽出。另外一个从车体进入的反方向(磷 化后)和表调 2 个方向的气体从磷化的排风处抽出。一 般情况下表调处的送风为自然送风,也可安装送风设 备。但是安装的送风设备功率要小于脱脂处和磷化处 排风设备的功率,这样才会使前处理整个系统成为一 种低压的状态,使前处理的高温、高压、高湿的情况减 少,从而减少了车体在高温、高湿、高压的环境中发生 返锈的情况。槽体循环改善可以通过定期倒槽及酸清 洗磷化渣处理来完成,使得槽体内部循环保持良好的 效果。 1.2.3 槽液参数方面
表 1 磷化槽液参数检测报告 检查结果 22.0 0.7 75 101 107 100 98 103
规格值 20.0~24.0 0.6~1.1 70~120 80~120 80~150 80~120 70~150 80~150
1.2.4 车体结构及处理方式方面 车型结构设计不合理情况下往往容易发生磷化不
品,至 2014 年 4 月期间的使用效果,涂层表面无锈迹。
2 防腐效果
摩托艇碳钢紧固件防腐蚀技术研究历时 2 a 多, 经历了从理论到实践,从单一涂层到复合涂层,从试验 室的试验件到生产实际中的产品,从生产到销售使用 的全过程。在小组成员的共同努力下,圆满完成了摩托 艇碳钢紧固件防腐蚀工程技术的研究和应用的创新课 题,经过小批产品的生产和使用的验证:
[2] 涂料工艺编委会编.涂料工艺[M]. 北京:化学工业出版社, 1997.

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监测项目 TA FA Zn 成分/% Ni 成分/% NO3 成分/% F 成分/% Mn 成分/% PO4 成分/%

总酸
phosphophyllite
3Zn(H2PO4)2 → Zn(3 PO4)·2 4H2O+4H3PO4

Hopeite
在磷化槽内,钢板与磷化液接触,首先发生的是反 应⑴,钢板表面腐蚀,车身表面及附近的游离酸减少, 促进⑷、⑸发生;同时由勒夏特列原理可知,当游离酸 过高及总酸低时,不利于成膜,会导致车体局部产生黄 锈。磷化剂中各种离子含量对磷化反应成膜影响也很 大,尤其是锌离子的含量对磷化膜的影响较大。一般来 说,锌离子的含量高,可以形成更多的结晶核心,加速 磷化反应,使磷化膜致密,光泽度好。但是锌离子含量 过高,磷化膜结晶粗大,膜脆,挂灰,影响涂膜附着力。 锌离子含量过低时,磷化膜薄,不利于磷化膜的形成。 出现生锈情况时,联合厂家对槽液进行化验检查,槽液 参数如表 1 所列。
1)产品在运输、周转、装配过程中渗层无脱落,防 腐效果良好,中性盐雾 600 h 以上;
2)纳米涂料与渗锌层结合牢固、可靠; 3)渗锌+钛纳米涂料复合涂层产品在海洋环境中使 用,防腐效果良好,质量稳定可靠,是一种较好的海洋 防腐方法,值得推广应用。
参考文献:
[1] 曹京宜,付大海.实用涂装基础及技巧[M].北京:化学工业出 版社,2002.
中图分类号:TQ639
文献标志码:B
文章编号:1007-9548(2015)06-0054-02
Analysis of the Rust of Phosphate Coatings in Pre-Treatment of the Coating Workshop
ZHAO Si-qiang, ZHU Yu-ping, WANG Jun-tao, GUO Wen-tao
M 60
PF 2015 年 6 月 第 18 卷 第 6 期
2 解决方法
1)车体出现磷化黄锈时,可以通过改善槽体通风 效果减少酸雾,减轻黄锈程度及比例。
2)改善槽内循环管道效果,清除磷化渣,确保循环 管道及层流支管流量及喷淋效果。
3)提高锌离子含量,将其含量维持在工艺上限,可 以通过定期补加完成。
4)维持水洗槽内 pH 为弱碱性,可以延缓返锈产 生。
现代涂装‖Modern Finishing
完成之后进行,后续还有整艇装配,如果在此过程中涂 层有损伤,则在出厂前的总检查之后进行补涂,确保出 厂产品表面涂层质量的完好无损,如果产品涂层在售 后使用中损伤,也可补涂损伤处,确保涂层的完整性。 1.7 防腐效果验证 1.7.1 零件试验效果验证
将零件进行渗锌处理,处理方法是:取零件喷砂除 油,将表面油污清理干净→覆金属锌粉,按零件质量的 25‰(15‰ ~ 25‰)添加→装炉密闭加温到 380 ℃(340 ~ 380 ℃),保温 90 min (60 ~ 90 min) 渗透固化→出 炉→高压水洗→阳极电解抛光 60 min(20 ~ 60 min)→ 钝化封闭 30 s(10 ~ 30 s)→烘干→成品渗层厚度 9 μm (6 ~ 15 μm)。
由表 1 可知,锌离子含量为 75%,偏工艺下线,后 来通过连续补加 7 d AC- 5 药剂后,生锈程度及比例 都有所下降,再次检测锌离子含量时为 115%。不建议 通过提高促进剂含量来提高反应,因为出现黄锈时提 高促进剂往往会使生锈情况更加严重。(下转第 60 页)
MPF 2015 年 6 月 第 18 卷 第 6 期 55
3 结语
前处理过程中出现的问题都不只是单一方面因素 造成,设备 、材料、参数及设计等都可能是问题的原 因,作为工艺技术人员,只有提升知识储备,扩宽解决 问题的思路,结合现场,才能真正解决问题,保证产品 品质。
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