涂装前处理

1第二章涂装前处理第一节涂装前处理的意义第二节除油第三节除锈第四节表调第五节磷化第六节非铁材料的涂装前处理复习题2本章教学目的：1.了解涂装前处理的意义；2.了解涂装前处理各关键工序的作用原理、选用依据和影响因素；3.了解前处理质量控制的检测方法和评定标准。本章重点:表调、磷化技术。3涂装过程的动画演示1号行车：上件→热水洗（1min)→预脱脂（3min)→脱脂(3min)2号行车：水洗(1min)→表调(1min)→磷化(3min)3号行车：水洗(1min)→水洗(1min)→水洗(1min)→空停(1min)→电泳(3min)4号行车：UF1(1min)→UF2(1min)→纯水洗(1min)→下件→进入烘房4江西五十铃皮卡车涂装生产线前处理工艺流程手工预清理→洪流冲洗（40~50℃，喷）→预脱脂（50~60℃，喷）→脱脂（50~60℃，浸）→第一水洗（喷）→第二水洗（浸）→表面调整（浸）→磷化（40~50℃，180s，浸）→第三水洗（喷）→第四水洗（浸）→第一纯水洗（喷）→第二纯水洗（浸）→沥水→新鲜纯水洗（喷）→沥水→（阴极电泳）5第一节前处理的意义吸附的气体或蒸汽层油污尘土层锈蚀或氧化层机械加工变形层基体金属金属表面的构成：第一节前处理的意义6序号影响因素影响大小（%）1涂装前处理49．52涂膜厚度（涂装道数）19．13涂料品种4．94其他因素（施工环境、操作者技术等）26．5涂装各因素对涂膜质量的影响前处理的内容及意义第一节前处理的意义7金属一般前处理工艺如下：可根据工件材质及其表面状态（如锈蚀、油污程度和表面光洁度等）、涂料品种和使用环境等，选择最适合的表面处理方法。前处理的内容第一节前处理的意义水洗→（酸洗除锈）→水洗→表调→磷化（或氧化）→水洗→（钝化）→水洗→干燥脱脂→纯水洗→(P252,表7-2)8①经吹砂、砂纸打磨、酸洗、表面化成处理（形成磷化膜或氧化膜）等方法进行适当粗化来提高涂层与基体的附着力。材料与加工比表面积/（cm2·cm-2）轧制的镍板3.5砂布打磨的镍板9.7酸洗过的镍板46不同加工方法所形成的比表面积前处理意义第一节前处理的意义9②多孔性的氧化膜或磷化膜等化学转化膜能将金属由导体变成不良导体或绝缘体，增强涂层的抗蚀能力。③通过前处理提高涂料对基材表面的润湿性。γ固气=γ液固+γ液气COSθ。若γ固气＞γ液固，COSθ为正值（1＞COSθ＞0），则θ＜900，液体能润湿固体；反之，COSθ＜0，θ＞900，为不润湿。④依靠前处理提高涂层的装饰性。第一节前处理的意义液Ɵ气Γ液气Γ液固Γ固气o固10涂装前处理除油以有机溶剂除油为辅化学除油（带有表面活性剂的碱性水基清洗除油）为主。适用于自动化大规模生产。一、表面活性剂的选择（P21）临界胶束浓度CMC——指表面活性剂形成胶束的最低浓度。第二节除油非极性基团（憎水基）极性基团（亲水基）表面活性剂的定向吸附和胶束作用示意图第二节除油11HLB值——亲油亲水平衡值。对应值为0-20，亲油性最高的为0，亲水性最高的为20。在选择非离子型表活时，HLB值是一项重要参数。表面活性剂HLB值与用途的关系HLB值用途HLB值用途15-1813-158-18溶化洗净乳化（O/W）7-93.5-61.5-3湿润乳化（W/O）消泡第二节除油12非活的HLB值经验计算公式：非活的HLB值=（亲水基部分的分子量/表活的分子量）×20HLB法的加和性举例：一种HLB值等于12.3性能最佳的洗涤剂，可用下列物质配制：选用20%司本65（HLB=2.1，亲油性强）和80%吐温60（HLB=14.9，亲水性强），混合后的表面活性物质HLB=0.2X2.1+0.8X14.9=12.3。第二节除油13表面活性剂使用注意事项：（1）温度表活在浊点以上温度使用，效果降低。（2）使用方法（3）一般选用非离子型表面活性剂除油效果检查：采用水膜连续性检查。第二节除油141、工件材质状况2、油污种类和数量3、脱脂工艺条件4、脱脂剂的配套性二、脱脂方法和脱脂剂的选择(参考教材P17)三、脱脂剂的应用发展趋势1、采用无磷能生物降解的环保型脱脂剂2、发展低温和常温脱脂剂3、低泡脱脂剂第二节除油15第三节除锈除锈方法：一、机械法（也叫物理除锈）手工除锈借助于风动或电动工具除锈喷丸(沙)除锈——利用冲击力除锈喷砂除锈除锈砂轮抛丸除锈机第三节除锈16涂装前处理要严格控制工序间的间隔时间；考虑酸洗带来的负面效果，尽量以防锈基材代替除锈处理。二、化学法（广泛采用）（P28）酸洗液好坏的衡量：处理效果对环境的污染程度、可操作性处理成本酸洗液第三节除锈17第四节表调P34，P38表调——也称表调调整（即活化处理），是金属在磷化前的预处理工序，其目的是利用表面调整改变金属表面的微观状态，使之更有利于后续形核和磷化成膜的质量。表调的方式——既有抛丸、喷沙、砂纸轻度擦拭等机械法，也可用酸洗增加有效表面积的化学法，还包括物理化学吸附法（表调通常指此法,采用胶体磷酸钛盐调整剂）。第四节表调18胶体钛表面调整剂的配方（P38，仅供参考）1、K2TiF6适量2、(TiO)SO45%Na2HPO41g/LNa2HPO455%Na5P3O103g/LNa4P2O715%H2O余量NaHCO310%H2O15%第四节表调19磷化膜结构照片(表调对磷化膜的影响和作用）图2-1未表调的磷化膜SEM形貌(100x)图2-2表调后的磷化膜SEM形貌(100x)图2-3未表调的磷化膜SEM形貌(10000x)图2-4表调后的磷化膜SEM形貌(10000x)表面调整成分磷化膜结晶表调是在磷化之前对工件表面进行处理的一道重要工序，它使工件表面吸附大量胶体钛结晶点，再以此为核心反应生成磷酸盐转化膜。20表调的作用通过胶体活化作用使金属表面物理化学性能均匀化；增加表面活性中心，增加形核率，细化晶粒，提高磷化膜的致密性与均匀性；大大缩短磷化时间；改善磷化膜的附着性，提高耐蚀性。表调的适应对象经过了强碱除油或强酸除锈的金属件磷化、有色金属磷化、大批量处理工件磷化等场合。第四节表调21注意事项：严格控制脱脂后的水洗质量。经过钛盐表调后的零件都必须立即进入磷化槽磷化，期间不需进行水洗。表面调整一般在常温下进行，处理时间一般在1min左右。采用胶钛进行表面调整时，pH值最好控制在8~9之间。第四节表调22第五节磷化一、磷化处理的应用、定义及分类二、磷化剂成分三、磷化膜形成机理及成膜规律四、磷化膜质量检验五、影响磷化的因素六、磷化的后处理——水洗、钝化、干燥七、涂装前处理工艺流程第五节磷化23一、磷化处理的应用、定义和分类返回第五节磷化磷化技术工业用途比例分布图磷化膜的用途主要由磷化膜的种类和厚度所决定。厚膜常常用作单独防护、电绝缘、耐磨、冷成型等。薄膜主要用于工序间的防护及油漆和粉末等有机膜的基底。24能提高涂膜的附着力漆前磷化作用能提高涂层的耐蚀性能提高涂层装饰性封闭处理钝化处理浸润滑油涂漆第五节磷化25磷化定义所谓磷化处理，是将金属工件浸入含Zn2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Na+等磷酸盐溶液中进行化学处理，在金属表面得到由主盐金属或基底金属自身转化并形成的难溶于水的磷酸盐膜或磷酸盐和氧化物组成的表面膜的处理过程，简称磷化（或化成）。磷化样品第五节磷化26按磷化成膜物质分类：锌系（耐蚀性好，涂装磷化中应用最广）、锌钙系、锌锰系、锰系(马日夫盐，属厚膜磷化，主要用作防锈）、铁系、碱金属铁系（含渣量少，用于耐蚀性要求一般的室内涂装产品）、有机聚合物复合磷酸盐等。按膜重分类：次轻量级（用作较大形变钢铁工件的涂装底层或耐蚀性要求较低的涂装底层）、轻量级（用作涂装底层）、次重量级（可用作基本不发生形变钢铁工件的涂装底层）、重量级（不适应作涂装底层，用于防腐蚀与冷加工）。按温度分类：室温磷化（5~30℃,自动生产线上难以普及）、低温磷化（30~50℃现代涂装大量采用）、中温磷化（50~70℃,不适用于电泳及静电粉末喷涂的底层）、高温磷化（80℃以上，这种磷化膜常用于冷作、耐膜、润滑、绝缘等）。第五节磷化按促进剂类型分类：硝酸盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物型、钼酸盐型等主要类型。磷化分类（P34）27按磷化膜的用途分类(1)防护-装饰涂层底层，一般要求膜重为0.5~3g/m2。(2)防腐蚀涂层，用于钢铁工件防腐蚀磷化层，可采用Zn系、Mn系、Zn-Mn系磷化膜，膜重必须大于10g/m2，磷化膜须涂防锈油、防锈脂之类防锈剂。(3)冷加工润滑用磷化层，Zn系磷化膜有助于冷加工成型，单位面积膜重依使用目的而定。(4)减摩润滑用磷化膜，Mn系磷化膜有助于降低摩擦系数。(5)电绝缘用磷化膜，变压器、电机用硅钢片经磷化处理可提高绝缘性能，一般选用Zn系磷化，膜重l~20g/m2，击穿电压240~380V，经磷化后再涂绝缘漆，可提高至1000V，不影响其磁性能。第五节磷化28按磷化膜结晶形态分类(1)结晶型磷化膜。磷化膜中不仅有酸根离子，而且有主盐金属离子（如Zn2+、Ca2+、Mn2+等）直接参与成膜反应。这种磷化处理剂称为成膜型处理剂——即主盐中的金属离子参与成膜。(2)无定型磷化膜（转化膜），在磷化过程中主盐金属离子（如Na+）不参与成膜反应，金属基体作为膜的阳离子成分，形成无定型膜，这是由磷酸或聚磷酸的碱金属盐（如碱金属铁系）或铵盐形成的磷化处理剂。这种磷化处理剂称为非成膜型处理剂——既主盐中的金属离子不是成膜组分。第五节磷化29浸渍磷化适用于处理形状复杂的工件。喷淋磷化适用于处理几何形状较简单的板材。刷涂磷化适用于大型钢铁构件的磷化或局部磷化。喷浸结合能满足各种形状工件的磷化处理，磷化时间比单纯的浸渍法缩短。磷化处理方式第五节磷化301、磷酸盐磷化膜的主要成膜物质。2、磷酸含量多少用游离酸度（FA）表示。3、氧化促进剂分为：硝酸盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物型、钼酸盐型等主要类型。促进剂加速反应的机理：a、金属界面去极化作用H2[O]H2Ob、将Fe2+氧化成Fe3+。4、其他添加剂如降渣剂（络合剂、防垢剂、缓蚀剂）通常由磷酸二氢盐Me(H2PO4)2、游离的磷酸、氧化剂或促进剂等组成。返回磷化剂第五节磷化二、磷化剂成分（P35-37）31返回第五节磷化三、磷化膜形成机理（以锌系为例）及成膜规律磷酸盐成膜过程示意图32成膜机理（四步法）1、磷酸二氢锌盐在金属表面发生水解反应与磷酸的三级离解。Me(H2PO4)2≒MeHPO4+H3P043MeHP04≒Me3(P04)2+H3P04H3P04≒H2PO4-+H+≒HPO42-+2H+≒PO43-+3H+2、金属工件表面与磷化液中的游离磷酸发生酸蚀反应。Fe+2H3PO4≒Fe(H2PO4)2+H2↑………(提供Fe2+)3、利用氧化促进剂，去除氢气，加速磷化反应速度缩短磷化时间。[O][O]如：Fe2+→Fe3+H2→H2O第五节磷化334、成膜反应当基材是锌板（或镀锌钢板）时，生成的磷化膜（浅灰到深灰色膜）为：3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3(PO4)2·4H2O↓当基材是钢板时，生成的磷化膜（浅灰到深灰色膜）为（P38）：2Zn2++Fe2++2PO43-+4H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O↓+Zn3(PO4)2·4H2O↓采用碱金属铁系磷化时，生成的磷化膜（连续彩色膜）为：Fe+NaH2PO4+O2→FePO4·4H2O+Fe2O3↓+Na2HPO4+H2O（主盐)(磷化膜）(水溶性磷化渣）磷化膜的主要成分是Me3(PO4)2•4H2O，但也有磷酸铁和氧化铁存在。第五节磷化34磷化渣及再生利用磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣：Fe3++PO43－=FePO4↓，但也有少量的Me3(PO4)2。磷化渣在钢铁、机械等行业得到再生利用：将磷化渣用磷酸溶解后，调整其组成成分，直接配制成磷化液。第五节磷化35铁盐磷化反应时间较快，几秒至一两分钟较慢，一般大于2分钟工艺控制简单相对较复杂锌盐磷化药品消耗消耗少，生成成本低消耗相对高，成