摘要：介绍汽车行业磷化工艺及应用，对生产中存在的问题提出了改进措施。

 

    关键词：汽车：涂装；工艺

 

    随着国内汽车工业的发展，推动了汽车涂装行业的发展，目前，涂装企业普通采用磷化膜作为涂料底层，开始采用阴极电泳涂料代替常规底涂料，这表明汽车行业的涂装质量有了进一步提高。笔者通过考察，认为部分涂装企业的磷化质量半不过关，生产中还存在某些问题。

 

    1典型工艺

 

    1.1工艺流程实例

 

    ①脱脂：金属脱脂剂，（60～65）℃，（３～４）min→热水洗→（80～90）℃→酸洗，HCl：H2O=1:1，除锈加速剂加量，（5～6）min→二道水洗→表面调整（表面调整剂5g/L，lmin）磷化（常温，冬天适当加温，6min）→二道水洗→烘干

 

    ②脱脂（30～40）℃，（5～6）min→水洗→酸洗，HCl：H2O=1:4，除锈加速剂适量，（20～30）min→水洗→表面调整→磷化，常温，（20～30）min→水洗→烘干

 

    ③脱脂（60～70）℃，3min→热水洗（80～90）℃→表面调整→磷化→（30～40）℃，（1～2）min水洗→烘干（脱脂前手工除去局部浮锈，浸渍脱脂后手工擦洗补充除油）

 

    ④脱脂表面调整“二合一”（40～50）℃，（5～10）min→水洗→酸洗，HCl：H2O=1:1，10min→水洗→磷化（30～40）℃，（20～30）min→水洗→烘干

 

    ⑤酸洗HCl：H2O=1:1，5min→水洗→脱脂表面调整“二合一”常温，（30～40）min→水洗→磷化，常温，（30～60）min→水洗→自干

 

    1.2应用效果

 

    一、第①种工艺适宜油、锈重的工件，工艺设计最佳，能获得优质磷化膜。优点（1）负载容量大，生产效率高；（2）脱脂后用热水洗净工件表面；（3）酸洗后二道水洗能洗净工件表面的残酸及吸附的缓蚀剂，避免抑制磷化反应，造成磷化不均匀；（4）磷化后二道水洗，能洗掉磷化膜上的残留可溶性盐，避免引起涂层的早期起泡和脱落。

 

    二、第②种工艺适且油锈中等的工件，工艺控制得当，也能获得较好的磷化膜。

 

    三、第③种工艺适且有油无锈的工件，线上不设酸洗，很适合汽车焊接总成件磷化。

 

    四、第④种工艺适宜油轻锈重的工件，但采用了脱脂表面调整“二合一”工艺，使磷化质量受到影响，膜层粗糙、泛黄、挂灰等。

 

    五、第⑤种工艺设计不合理。（1）酸洗槽易被油污污染，使用寿命缩短，酸洗效果也差。（2）存在脱脂表面调整“二合一”工艺的弊病，表面调整效果差。

 

    2工艺控制

 

    2.1除油除锈

 

    2.1.1除油

 

    冷轧钢板油重锈轻（甚至无锈），除油好坏直接影响磷化膜的质量。市售脱脂剂应具有强脱脂能力和极低泡沫的特性。脱脂要点是控制脱脂温度（40～50）℃，浓度3%～5%和脱脂时间（工件表面被水湿润为止）。为了脱脂彻底，最好预脱脂总碱度（7～8）点和脱脂总碱度（10～20）点。日常生产中检测脱脂液碱度，试纸测试pH值为10～12。

    2.1.2除锈

 

    冷轧钢板除锈以盐酸为宜，通常采用稀盐酸，其原因（1）减少盐酸对金属基体的过腐蚀，因盐酸浓度过高（25%以上），酸对金属基体的浸蚀速度比酸对铁锈的浸蚀速度快得多。（2）盐酸浓度越低，挥发速度越慢，酸雾越少，对改善操作环境有利。酸洗液中加入适量的除锈加速剂，能提高除锈速度，并减缓酸对金属基体的浸蚀速度。

 

    为了防止酸洗后的工件泛黄，盐酸浓度也不宜过低，工件水洗后空停时间不宜过长。

 

    2.2磷化工艺的选择

 

    （１）优选磷化剂

 

    磷化膜质量的优劣主要表现在晶体粗细和致密程度、表面有无沉淀物以及膜厚等方面，它们的差异直接影响涂层的效果（对漆膜结合力产生不同的影响）。

 

    为了满足涂料对磷化膜的要求，大多采用低温低渣锌系磷化剂。市售磷化剂品种多，质量差异大，严把工艺验证关，优选磷化剂。

 

    （2）控制工艺参数

 

    关键要控制磷化温度（25～40）℃，时间（3～20）min、促进剂含量（气点3～5）及总酸度（20～40）点和游离酸度（0.8～3）点。温度太低则不能成膜或成膜速度慢，膜不完整，易泛黄；反之，膜粗大，耐腐蚀性低，同时槽液稳定性变差，沉渣增多。促进剂含量低，成膜慢，膜层泛黄；反之，沉渣明显增多，膜层带彩色。总酸度稍高，能加快磷化反应的进行，磷化膜薄而致密。但不宜过高，否则沉渣增多，膜层挂灰。游离酸度对磷化膜影响较明显，控制低一些，有利于降低磷化温度和沉渣量；过高，沉渣增多，甚至不成膜。

 

    2.3槽液调整方法

 

    一般涂装企业都具备化验条件，测试手段较先进，严格槽液管理，做到磷化前检测槽液总酸度、游离酸度、促进剂气点等，调槽较准确及时。

 

    也有的厂家凭经验管理槽液，效果也不错。如某汽车车身厂采用Ch9308低温低渣快速磷化剂已有2年，班产磷化驾驶室65台，磷化面积3250m2（双面积计）。槽液有效容积14t，每3天添加一次磷化剂，其添加量按A（磷化剂）：B（促进剂）：C（中和剂）=10:1:3（重量比）。此法能控制工艺参数在规范内，总酸度（38～40）点，游离酸度（2～3）点，促进剂（5～6）气体点，成膜速度快（3min），膜层质量好（膜层细致光洁、无挂灰，防锈性好，如磷化件存放磷化车间1个月无锈蚀），槽液调整方便。

 

    此外，槽液要定期排渣和更新。如磷化槽每星期排渣1次，脱脂槽、表面调整槽每（3～4）个星期更新1次。

 

    3存在问题

 

    3.1磷化质量差异大

 

    国内涂装汽车行业的磷化质量视厂家的工艺设计、选材及工艺管理不同而异，各厂家汽车磷化质量有区别，不同程度地影响涂装质量。磷化质量的突出问题是膜层挂灰较严重，泛黄较明显。有的涂装前必须除挂灰，有时也难以保证涂装质量。

 

    3.2辅助设备不配套

 

    辅助设备不配套主要表现在（１）磷化缺少烘干设备，个别厂工件磷化后自干，造成磷化膜含结晶水、孔隙率高、耐蚀性低。（２）沉渣无过滤装置。一般来说，缺少沉渣过滤装置不会明显影响磷化膜质量。但个别厂磷化线采用压缩空气来搅拌脱脂液、表面调整液及磷化液，力求加速反应，这是有利的一面。但不利磷化渣沉积槽底，悬浮的沉渣吸附在磷化膜表面，膜层挂灰更为严重，大大影响涂层质量。如果配备一套连续过滤机，不仅能提高磷化成膜速度，而且膜层质量也可大大改善。

 

    3.3操作工艺不严格

 

    笔者发现有的操作者执行工艺不严，为了提高生产速度，任意简化操作工序，脱脂后省去水洗直接表面调整。他们认为这样有利于升高表面调整液的温度，促进表面调整的作用，却忽视了油污不断被带入表面调整液中的危害，相反会缩短表面调整液的使用寿命，最终影响表面调整的效果。

 

    3.4槽液管理不善

 

    槽液管理不善表现在槽液乱投料、误投料时有发生，如将除锈加速剂误投磷化槽，造成磷化不上，工件表面全部泛黄，槽液处理困难，影响槽液正常运行。

 

    3.5磷化线废水不经处理排放

 

    一般磷化线排出酸碱废水，汇集到同一废水池后排放，则可能因中和作用而使废水的pＨ值接近中性。但有有磷化线仅有脱脂工序无酸洗工序，则从该线排出的废水多呈碱性。原因是脱脂液温度高，带出碱性物质多。特别当更换脱脂和表面调整液时，排出的碱性废水更多，若废水不经处理直接排入池塘、农田，会破坏土壤结构、毒害鱼类和牲畜等。

 

    4改进措施

 

    4.1优化工艺设计

 

    工艺设计的好坏与磷化质量密切相关。涂装企业往往受客观条件的限制，难以满足工艺设计的要求。如何因地制宜的优化工艺设计，亦是设计者研究的课题之一。生产中一旦发现工艺设计不合理的地方，尽可能在原设计基础上调整工艺流程，尽量满足生产要求。

 

    笔者曾对某厂磷化线作了改进。该厂原按上述第④种工艺设计，投产生磷化质量始终不理想，如膜层粗糙不均匀，泛黄、挂灰较严重。反复调整槽液，收效甚少。笔者认为是工艺设计不合理所致。在不增加槽子的条件下（场地所限），采用磷酸酸洗“二合一”新工艺，改用下述工艺：脱脂酸洗“二合一”Ch9301除油除锈剂，（40～50）℃，（15～20）min→热水洗→水洗→表面调整→磷化→水洗→烘干。

 

    改进后工艺的优点（１）以磷酸代替盐酸，既可避免C1－的串槽现象（如C1－污染磷化槽，严重时磷化不上；或加大磷化膜的孔隙，降低防护性），又能防止可能对工件造成二次腐蚀，因焊缝内残酸腐蚀缝内的磷化膜，经烘干时，由于热胀冷缩，酸就从焊缝内渗出文化腐蚀周围表面的磷化膜，带来磷化膜严重生锈的现象，有时比未经磷化处理的工件还要差。（２）脱脂与表面调整分步进行，充分发挥了表面调整的作用，胶体钛的均匀吸附就改善了工件的表面状态，使整个表面在磷化前就形成大量的细结晶核，从而极大地加速磷化过程，形成均匀、薄而致密的磷化膜。而原来脱脂、表面调整“二合一”，且脱脂后水洗，其结果（１）脱脂槽pH值过高，胶体钛在碱性溶液中，能吸附OH—或其他阴离了，成带电状的大分子，又因带电而增加结团，最终使胶体钛的稳定性受到影响。（2）工件表面吸附的胶体钛被洗掉，进一点降低了表面调整的作用。

 

    尽管磷酸酸洗成本偏高，但综合性能比盐酸好。如它与铁反应，在其表面上能生成薄的磷酸铁，与磷化液配套形成致密的保护膜，不必担心工件酸洗后泛黄。该厂原提出以手工以手工除锈代替酸洗，固然可行，但劳动强度大，且难保证除锈彻底。此外，笔者建议，象汽车这类焊接结构复杂件，酸洗后中和处理很有必要。