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金属表面磷化涂装前处理2012-04-19提纲●金属表面预分类●钢铁材料涂装前表面预处理●金属磷化处理的目的和意义●有色金属材料涂装前表面处理●非金属材料涂装前表面处理●典型产品涂装前处理工艺。●前处理废水治理建议●涂装前表面处理有关国家标准一．金属表面预处理分类1.按处理方法分类手工方法除油、除锈机械法电动工具磷化火焰法化学法氧化、钝化喷砂、抛丸发黑电镀、化学镀2.按处理材质分类黑色金属材料（钢铁等）有色金属材料（铝镁钛等）二．钢铁材料涂装前表面预处理钢铁表面处理常用功能性工序：除油脱脂除锈中和表面调整磷化钝化二．钢铁材料涂装前表面预处理1.除油脱脂强碱清洗溶剂乳化清洗弱碱性清洗（表面活性剂）溶剂清洗酸性清洗剂清洗电化学除油除油质量检查方法二．钢铁材料涂装前表面预处理1.除油脱脂--强碱清洗氢氧化钠5%～10%硅酸钠2%～8%磷酸钠（或碳酸钠）1%～10%表面活性剂（磺酸类）2%～5%处理温度80℃处理时间5～20min处理方式浸泡、喷淋均可强碱液除油脂需要较高温度，能耗大，对设备腐蚀性也大，并且材料成本并不算低，因此这种方法的应用正逐步减少。二．钢铁材料涂装前表面处理1.除油脱脂--溶液乳化清洗乳化液一般由有机溶剂、表面活性剂和水组成，其工作液一般为乳白色乳液。它利用有机溶剂溶解油脂，表面活性剂乳化油脂，因此，除油速度较快。乳化清洗一般总有一些残留薄油膜，如果作为涂装，还需用碱性清洗剂再洗一次，如果用于防锈目的时，可直接存放。涂装前的预擦洗。二．钢铁材料涂装前表面预处理1.除油脱脂--溶剂清洗溶剂法除油脂，一般是用有机溶剂清洗或是非易燃的卤代烃蒸气法。最常见的是采用溶剂汽油、三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脱脂速度快，效率高，脱脂干净彻底，对各类油及脂的去除效果都非常好。在氯代烃中，不管是浸泡还是蒸气法效果都很好。由于溶剂的危险性以及氯代卤都有一定的毒性，汽化温度也较高，再者由于新型水基低碱性清洗剂的出现，溶剂法以及溶剂蒸汽方法现在在涂装过程中已经很少使用了。二．钢铁材料涂装前表面处理1.除油脱脂--低碱性清洗液清洗浸泡型喷淋型三聚磷酸钠4～10g/l4～10g/l偏硅酸钠0～10g/l0～10g/l碳酸钠4～10g/l4～10g/l表面活性剂5～20g/l1～3g/l消泡剂00.5～3.0g/l表面调整剂0～3g/l0～3g/l游离碱度5～20点5～15点处理温度常温～80℃40～70℃处理时间5～20min1.5～3.0min浸泡型清洗剂主要应注意的是表面活性剂的浊点问题，当处理温度高于浊点时，表面活性剂析出上浮，使之失去脱脂能力，一般加入阴离子型活性剂即可解决。喷淋型清洗剂应加入足够的消泡剂，在喷淋时不产生泡沫尤为重要。现在喷淋一般使用聚氧乙烯（EO）型非离子型活性剂，特定温度下自消泡。二．钢铁材料涂装前表面处理1.除油脱脂--酸性清洗剂清洗工艺低温型中温型磷酸酸基型工业盐酸（31%）20%～50%00工业硫酸（98%）0%～15%15%～30%0工业磷酸（85%）0010%～40%表面活性剂(非离子类，磺酸类)0.4%～1.0%0.4%～1.0%0.4%～1.0%缓蚀剂适量适量适量使用温度常量～45℃50～80℃常温～80℃处理时间适当5～10min适当盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用最为广泛，成本低，效率较高。但酸洗残留的Cl-、SO42-对工件的后腐蚀危害很大。而磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，但磷酸成本较高，清洗效率低些。二．钢铁材料涂装前表面处理1.除油脱脂—电化学除油阳极电解除油(U=5V,d=2-3A/dm2)阴极电解除油二．钢铁材料涂装前表面预处理1.除油脱脂--除油质量检查方法国家标准：钢铁件涂装前除油程度检验方法（验油试纸法）GB/T13312最新版本-1991在生产中还有一些简便快速实用的评价方法：1）水膜法：观察水膜连续与否；2）铜置换法：15g/lCuSO4+0.9g/lH2SO4；3)擦拭法：用白布擦拭；4）残余脏物重量法：用乙醚清洗，干燥、称重，涂油脂，清洗后，干燥、称重，增加重量即为残留脏物重量。二．钢铁材料涂装前表面预处理1.除油脱脂—技术发展趋势基于环保要求：无磷防止粉尘污染：液体化二．钢铁材料涂装前表面处理2.除锈--化学除锈--机械除锈化学除锈盐酸基硫酸基磷酸基酸洗除锈、除氧化皮的方法是工业领域应用最为广泛的方法。利用酸对氧化物溶解以及腐蚀产生氢气的机械剥离作用达到除锈和除氧化皮的目的。酸洗中使用最为常见的是盐酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗时产生有毒的二氧化氮气体，一般很少应用。二．钢铁材料涂装前表面预处理2.除锈--化学除锈--机械除锈化学除锈“氢脆”缓蚀剂在酸洗除锈除氧化皮槽液中，必须加入适量的缓蚀剂。它的作用是抑制金属腐蚀和防止“氢脆”。但酸洗“氢脆”敏感的工件时，缓蚀剂的选择应特别小心，因为某些缓蚀剂抑制二个氢原子变为氢分子的反应，即：2[H]→H2↑，使金属表面氢原子的浓度提高，增强了“氢脆”倾向。因此必须查阅有关腐蚀数据手册，或做“氢脆”试验，避免选用危险的缓蚀剂。二．钢铁材料涂装前表面预处理2.除锈--化学除锈--机械除锈化学除锈“氢脆”缓蚀剂常用缓蚀剂：硫脲、乌洛托平、苯丙三氮唑等。酸洗残留物：灰黑色粉状物，主要成分为FeC。二．钢铁材料涂装前表面预处理2.除锈--化学除锈--机械除锈手工电动工具喷砂抛丸除锈质量检查方法化学法除锈：行业标准(原部颁标准)《涂装前表面准备—酸洗》JB/T6978最新版本-1993机械法除锈：国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB/T8923最新版本-1988二．钢铁材料涂装前表面预处理3.中和中和的目的是中和掉工件上的残酸，使清洗更加干净，根据工件形状、输送方式、工房间进度等实际情况，选择采用中和或不采用中和工序。中和大部分是使低浓度的纯碱或烧碱水溶液，浓度一般在0.5%以下。二．钢铁材料涂装前表面预处理4.表面调整--胶体钛草酸稀磷酸磷酸锰悬浮液表面调整的目的是促使磷化形成晶粒细致密实的磷化膜，以及提高磷化速度。表面调整剂主要有两类，一种是酸性表调剂，如草酸。另一种是胶体钛。两者的应用都非常普及，前者还兼备有除轻锈（工件运行过程中形成的“水锈”及“风锈”）的作用。在磷化前处理工艺中，是否选用表面调整工序和选用那一种表调剂都是由工艺与磷化膜的要求来决定的。一般原则是：涂漆前打底磷化、快速低温磷化需要表调工序，一般是胶体钛表调剂。二．钢铁材料涂装前表面预处理5.磷化---金属在含有磷酸盐的溶液中进行处理，形成金属磷酸盐化学转化膜，这一工艺过程称之为磷化，所形成的金属磷酸盐转化膜称之为磷化膜。防锈作用耐磨减摩冷加工其它应用涂漆底层二．钢铁材料涂装前表面预处理6.磷化的目的和意义---磷酸盐转化膜应用于铁金属、铝、锌、镉及其合金上，既可当作最终精饰层，也可作为其它覆盖层的中间层，其作用在于：a)增强耐蚀性；b)提高基体与涂层间或其它有机精饰层间的附着力；c)改善材料的冷加工性能，如拉丝、挤压等；d)改善表面摩擦性能，以促进滑动。二．钢铁材料涂装前表面预处理7磷化处理成膜机理磷化过程是一个很复杂的过程。金属在磷化液中受到的初始腐蚀是磷化过程的起点，很快同时发生加速反应、活化反应、形成晶核、晶核生长等过程。总的现象可概述如下：3M(H2PO40)2⇆M3(PO4)2+4H3PO4二．钢铁材料涂装前表面预处理8磷化膜的物理和化学性质1）绝缘性磷化膜是很差的导电体，可做绝缘体用，涂覆油脂后，击穿电压和绝缘电阻大幅增加，绝缘性提高。2）吸收性磷化膜是多孔结构，有很好的吸收油、肢、肥皂等性质，改善了各种有机膜的吸附性，提高其抗腐蚀性。3）质地脆性磷化膜由质地较脆的结晶组成，任何重大变形磷化膜都会遭到破坏，减小膜厚可以改善其机械性能。二．钢铁材料涂装前表面预处理8磷化膜的物理和化学性质4）磷化膜的热稳定性和再水合性磷化膜是含结晶水的磷酸盐，加热到一定温度就会失去一个甚至全部结晶水。阴极电泳和粉末涂装后须在180-220℃烘烤20-30Min,因此热稳定性很重要。Zn(PO4)2.4H2O开始脱水温度为80℃左右，150℃下失去2个分子结晶水，超过240℃完全脱水。Zn2Fe(PO4)2.4H2O脱水温度比Zn(PO4)2.4H2O约高50℃。Mn、Ni的磷酸盐失水温度比Zn(PO4)2.4H2O高。二．钢铁材料涂装前表面预处理8磷化膜的物理和化学性质5）磷化膜的化学稳定性磷化膜的抗腐蚀性：磷化膜的防护性能都是由钝化作用及覆盖于表面的磷酸盐结晶共同产生的.抗腐蚀性能的优劣与成膜金属离子、温度、时间、膜厚直接相关。磷化膜的耐碱性：磷化膜能溶于酸和碱。试验证明Zn2Fe(PO4)2.4H2O结晶耐碱性优于Zn(PO4)2.4H2O，Mn2+、Ni2+含量提高到一定量时，耐碱性明显提高。二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--磷化分类按磷化膜厚度（膜重）分类按磷化成膜物质分类按磷化施工方式分类按磷化处理处理温度分类按促进剂类型分类磷化分类方法还有很多，如按材质可分为钢铁件、铝件、锌件以及混合件磷化等。二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--按磷化膜厚度（膜重）分类国家标准GB/T6807即将出版的2001版分类膜重g/m2膜的组成用途次轻量级0.2~1.0主要由磷酸铁、磷酸钙或其他金属的磷酸盐所组成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1.1~4.5主要由磷酸锌和（或）其他金属的磷酸盐所组成用作涂装底层次重量级4.6~7.5主要由磷酸锌和（或）其他金属的磷酸盐所组成可用作基本不发生形变钢铁工件的涂装底层重量级7.5主要由磷酸锌、磷酸锰和（或）其他金属的磷酸盐组成不宜作涂装底层二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--按磷化成膜物质分类锌系广泛应用于涂漆前打底锌钙系应用于涂装前打底及防腐蚀锌锰系广泛用于漆前打底锰系涂装应用较少广泛应用于防蚀及减摩铁系彩膜应用于涂漆前打底二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--按磷化施工方式分类全浸泡方式浸泡-喷淋结合方式全喷淋方式全浸泡方式浸泡-喷淋结合方式全喷淋方式二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--按磷化处理处理温度分类常温磷化，就是不加温磷化。低温磷化，一般处理温度25～45℃。中温磷化，一般60～70℃。高温磷化，一般大于80℃。温度划分法本身并不严格，有时还有亚中温、亚高温之法，随各人的意愿而定，但一般还是遵循上述划分法。二．钢铁材料涂装前表面预处理9.磷化--按促进剂类型分类硝酸盐型包括：NO3－型，NO3－/NO2－（自生型）。氯酸盐型包括：ClO3－，ClO3－/NO3－，ClO3－/NO2－。亚硝酸盐包括：NO3－/NO2－,NO3－/NO2－/ClO3－有机氮化物型：硝基胍，R-NO2－/ClO3－。钼酸盐型包括：MoO4－,MoO4－/ClO3－,MoO4－/NO3－。二．钢铁材料涂装前表面预处理10.磷化--促进剂（加速剂）磷化的加速剂主要有三类：1氧化型加速剂2还原型加速剂3重金属盐加速剂还原型加速剂应用很少，主要是羟胺等极少量物质有所应用。在此主要讨论氧化型和重金属盐加速剂。氧化型加速剂硝酸盐型包括：NO3－型，NO3－/NO2－（自生型）。氯酸盐型包括：ClO3－，ClO3－/NO3－，ClO3－/NO2－。亚硝酸盐包括：NO3－/NO2－,NO3－/NO2－/ClO3－有机氮化物型：硝基胍，对硝基酚，R-NO2－/ClO3－。钼酸盐型包括：MoO4－,MoO4－/ClO3－,MoO4－/NO3－。二．钢铁材料涂装前表面预处理10.磷化--促进剂（加速剂）磷化的加速剂主要有三类：1氧化型加速剂2还原型加速剂3重金属盐加速剂还原型加速剂应用很少，主要是羟胺等极少量物质有所应用。在此主要讨论氧化型和重金属盐加速剂。重金属盐加速剂镍盐型包括：Ni2+铜盐型包括：Cu2+钼酸盐型包括：MoO4－,MoO4－/ClO3－,MoO4－/NO3－。二．钢铁材料涂装前表面预处理11.磷化—磷化剂的基本组成(非转化型)成膜金属离子：Zn2+、Mn2+、N