20xx粉末涂裝培訓第三講粉末涂料的涂裝工藝(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 適量 適量 適量 適量 槽液溫度，℃ 40~60 30~40 40~60 處理時間， min 除凈氧化皮 除凈氧化皮 除凈氧化皮 為了防止二次生銹及將殘酸帶入磷化工序，除銹后的工件必須中和處理后才能進入下道工序，中和槽液為 3~5g/L Na2CO3 水溶液。 除油除銹“二合一” 在酸洗除銹過程中，添加具有清洗作用的表面活性劑， 如 OP 乳化劑，這類前處理液稱為“除油除銹”二合一。 同時進行除油除銹，它簡化了前處理工藝，減少了設備數(shù)量，縮短了處理時間，達到了良好的效果。 開始采用“二合一”工藝僅適用在油污及銹斑不太嚴重的工件，隨著科學技術的發(fā)展，對于重油重銹采用“二合一”也獲得了良好的效果。選用“二合一”還是選用除油除銹分級處理工藝，這要通過經(jīng)濟和技術可行性的分析來確定。表 1210 列出二種二合一前處理液的配方。 表 1210“除油除銹”二合一配方 組分， g/L 配方 1 配方 2 組分， g/L 配方 1 配方 2 硫酸 200~250 — 硫脲 1~2 10 鹽酸 — 100~150 槽液溫度，℃ 70~80 30~40 平平加 15~25 — 處理時間， min 15~30 10~20 烷基苯磺酸鈉 — 50 磷化 概述 一、 磷化的作用 10 磷化處理是將金屬表面（主要是鋼鐵）通過化學反應生成一層非金屬的、不導電的、多孔的磷酸鹽薄膜。磷化處理工藝在工業(yè)上使用得很廣泛，如金屬成型加工、潤滑、防銹、涂裝等是它的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以滲入這些孔隙中，因而能顯著地提高涂膜的附著力。此外，磷化膜又 能使金屬表面由優(yōu)良導體轉變?yōu)椴涣紝w，從而抑制了金屬表面微電池的形成，有效地阻礙了涂膜的腐蝕，可以成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性，所以磷化膜已被公認為涂層最良好的基底。因此，磷化處理已成為涂裝表面處理工藝中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。 二、磷化的分類 磷化處理有以處幾種不同的分類方法。根據(jù)磷化膜的組成可分為鐵系、鋅系、錳系三大類。根據(jù)膜的厚度可分為薄膜型和厚膜型。根據(jù)處理溫度可分為高溫磷化、中溫磷化、低溫磷化。本節(jié)根據(jù)磷化膜的組成來討論分析。 （一）鐵系磷化 鐵系磷化主要應用于涂裝。鐵系磷化膜很薄，膜重大多數(shù)在 ～ ，很少達到 1g/m2。鐵系磷化膜組成為三價鐵的磷酸鹽與三氧化二鐵，顏色從藍色到褐色。 鐵系磷化處理液的主要成分是酸式堿金屬磷酸鹽（如磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨），還含有堿金屬的多聚磷酸鹽（如三聚磷酸鈉）及少量的催化劑促進劑和添加劑。 在磷化處理工藝上，鐵系磷化具有反應速度快，處理時間短，處理溫度低，工藝幅度大，槽液的酸度低，磷化淤渣少，因而對設備要求不高，藥品消耗少，成本低。如果選用合適的表面活性劑，可組成除油磷化“二合一”，從而可簡化磷化處理工藝。但由于鐵系磷化膜很薄，它的耐蝕性不及鋅系磷化 膜，所以主要應用于對耐蝕性要求不高的工件。 （二）鋅系磷化 鋅系磷化應用于潤滑、防銹、涂裝等方面。鋅系磷化膜重在 1～ 6g/㎡。涂裝用磷化膜重在 1～ 3 g/㎡，系薄膜型。膜的組成，主要成分是鋅、鐵的磷酸鹽，顏色從灰色到灰褐色。 鋅系磷化處理液主要成分是磷酸二氫鋅、磷酸三聚磷酸鈉及催化劑、促進劑、減渣劑等添加劑。 鋅系磷化由于配方的不同，工藝參數(shù)差別極大。就涂裝而言，目前采用中溫磷化，薄膜型，故反應速度快、時間短、溫度低，淤渣較少，但鋅系磷化不能組成除油磷化“二合一”，故工藝過程較多。鋅系磷化膜的質量優(yōu)于鐵系膜 ，所以汽車涂裝、家電電器涂裝等均采用鋅系磷化。 （三）錳系磷化 錳系磷化因處理時間長、溫度高、濃度大、膜厚而松，涂裝行業(yè)現(xiàn)已不用，多用于潤滑、防蝕等方面。 三、涂裝用磷化膜要求：膜重一般在 1～ 5g/m2，相當于膜厚 ～ ，同時磷化膜的結晶細致、均勻、連續(xù)、致密、附著力好、硬度大、孔隙率低。 磷化膜的形成機理及結構 一、機理 磷化處理材料的主要組成為酸式磷酸鹽，其分子式為 Me（ H2PO4） 2， Me 通常指鋅、錳、鐵等。這些酸式磷酸鹽能溶于水，并分解產(chǎn)生游離磷酸。 3Me(H2PO4)2 ======= Me3(PO4)2 ＋ 4H3PO4 游離磷酸把被磷化金屬（以鋼鐵為例）表面的鐵溶解下來，并放出氫氣，這使金屬與磷化溶液相接觸的界面處的酸度下降。 Fe ＋ 2H3PO4 ======= Fe(H2PO4)2 ＋ H2↑ 反應中釋放出來的氫氣被吸附在待磷化金屬的表面上，從而阻止了磷化膜結晶的形成。為加速磷化反應的速度，縮短磷化處理時間，在磷化處理溶液內加入氧化劑、促進劑以除去氫氣。以亞硝酸鈉作促進劑為例，亞硝酸鹽分解產(chǎn)生的 NO2 可使氫氣氧化生成水，在工件表面溶解下來的亞鐵離子被 NO2 氧化成三價鐵離子而生成 FePO4，在磷化工作液的酸度下，它幾乎不溶于水，于是就成為淤渣沉淀下來了。其反應式如下： 2Fe ＋ 2H2PO4 ＋ 2H+ ＋ 3NO2 ——— 2FePO4 ＋ 3H2O ＋ 3NO↑ 11 在工件表面上氫離子的唯一來源是酸式磷酸鹽，上述的反應需要消耗氫離子，從而降低了酸度，于是磷化膜就按下面的反應式沉積下來。 3Me2+ ＋ 2H2PO4 ——— 4H+ ＋ Me3(PO4)↓ 將上述兩上的反應式結合起來，磷化過程的總的反應式如下。 4Fe ＋ 3Me2+ ＋ 6H2PO4 ＋ 6NO2 ——— 4Fe(PO)4↓＋ Me3(PO)4 ＋ 6H2O ＋ 6NO↑ （淤渣） 磷化膜 實際的磷化反應要復雜得多，因為還有一些其他反應同時進行。磷化淤渣的主要成分為 FePO4，也有少量的 Me3(PO4)2。磷化膜的主要成分是 Me3(PO4)2178。 4H2O，但也有磷酸鐵與其它反應產(chǎn)物。 在鐵鹽磷化過程中，由于所采用的酸式堿金屬磷酸鹽都是水溶性的，不能存在于磷化膜中。堿金屬的磷酸二氫鹽溶液 在氧化劑的存在下，例如空氣中的氧，與鋼鐵表面產(chǎn)生下列反應。 4Fe ＋ 4NaH2PO4 ＋ 3O2 ——— 2FePO4 ＋ Fe2O3 ＋ 2Na2HPO4 ＋ 3H2O 鐵鹽磷化膜 二、磷化膜的結構組成 磷化膜的結構組成主要取決于工件材料和磷化液配方，其次與處理過程也有關系。由于鐵系錳系磷化應用不廣，且品種較少，故本節(jié)主要討論鋅系磷化膜的結構。在鋼鐵表面生成的鋅系磷化膜主要有磷鋅礦 Zn3(PO4)2178。 4H2O 和磷葉石 Zn2Fe(PO4)2178。 4H2O。人們把磷化膜中的磷葉石含量的百分比叫 P 比。 磷葉石 P 比 ＝ —————————— 179。 100% 磷葉石＋磷鋅礦 研究表明，磷葉石可以提高磷化膜的耐蝕性。應當指出，磷葉石中的鐵分是金屬基體表面的鐵原子溶解指析出，而非溶液中的鐵離子沉淀，這就是磷葉石主要集中于工件腐蝕表面磷化膜的內部的原因。 磷化膜的結構與磷化液的配方有關。如鎳改進的鋅系磷化液，鎳少量地夾雜于磷化膜中，在低鋅的磷化液中，更多的形成磷 葉石和銨鎳礦。 磷化膜的結構還與磷化工藝有關，一般情況下浸漬磷化比噴射磷化含有更朋的磷葉石。 磷化處理的工藝 一、磷化處理的工藝過程 （一）噴射法 由于噴射的沖擊起到了攪拌和表面更新作用，使得噴射法所需的磷化時間較浸漬地短，約 2min，而且磷化液的濃度和溫度也低，所生成磷化膜的結晶也較細。噴射法的缺點是它不適用于形狀復雜或有封閉內腔的工件，因在封閉內腔的表面非但沒有磷化，反而容易造成銹蝕。噴射法的另一缺點是生成的磷化膜的 P 比低，設備維護工作量較大，需要經(jīng)常檢查，疏通噴嘴。 （二）浸漬法 浸 漬法的優(yōu)缺點正好與噴射法相反，處理時間通常需要 3～ 5min，處理的溫度與濃度也較高，而且生成的磷化膜結晶也要粗些。它的優(yōu)點是適用于處理形狀復雜的工件，磷化均勻，磷化液的夾帶量少，膜的 P 比高。 綜上所述，對一博面結構簡單的工件，如冰箱、洗衣機外殼等宜采用噴射法，而對形狀復雜的工件，如汽車車身等宜采用浸漬噴淋結合法。 二、磷化處理的典型配方和工藝參數(shù) （一）浸漬用鐵系磷化液配方 磷酸二氫鈉 88 g/L 草酸 g/L 草酸亞鐵 g/L 重鉻酸鈉 g/L 氟化鈉 5 g/L 12 槽液溫度 50℃ 處理時間 3～ 4min （二）浸漬用鋅系磷化液配方 Zn(H2PO4)2178。 2H2O 60～ 70 g/L Zn(NO3)2178。 6H2O 60～ 80 g/L NaF 3～ g/L ZnO 4～ 8 g/L 槽液溫度 20～ 30℃ 處理時間 3～ 5min 總酸度 70～ 90 點 游離酸度 3～ 4 點 （三）噴淋用鋅系磷化液配方 磷酸二氫鋅 10 g/L 硝酸鈉 7 g/L 硝酸鋅 7 g/L 亞硝酸鋅 總酸度 10～ 12 點 酸比 10～ 12:1 槽液溫度 55～ 65℃ 處理時間 2～ 3min 影響磷化處理的因素 一、基材的影響 有時在完全相同的磷化處理過程中會發(fā)現(xiàn)磷化膜的晶體結構、耐蝕性、外觀顏色等不一樣，這是因為鋼鐵牌號不同，微量元素（如銅、砷、銻、錳錫、鋁或鉛）含量不同所造成的。這些雜質對磷化過程中的浸蝕作用產(chǎn)生影響，有的雜質促進（如銅）、有的則抑制（如鋁）磷化膜的生成，有的元素參加了磷化膜的成膜過程使顏色發(fā)生變化。 即使組成相同的鋼材，在采用不同工藝回火時，磷化膜的質量也會不一樣。如果鋼板表面上的微孔殘留有輾壓油，則在回火后碳化成為不溶物，也會影響磷 化反應。 因此，在對磷化藥品進行對比試驗時，一定要用相同的基材和采用相同的工藝進行。 二、促進劑影響 促進劑亦稱催化劑，一般講催化劑不參加反應，在反應前后沒有物理化學變化，但是磷化過程中的催化劑是參加反應，并且有物理化學變化的，所以在磷化處理中使用的催化劑稱之為促進劑。在磷化過程中主要是去極化作用。 （一）磷化處理的所用催化劑的影響 目前鋅鹽磷化處理大多用亞硝酸（一般用亞硝酸鈉）來作促進劑的。在磷化處理時，亞硝酸鹽的含量是關鍵，用量不足，則磷化速度減慢，不能在規(guī)定時間內形成完整的磷化膜；用量過多，則生成大量 的磷化淤渣，不但增加了設備清理維護的工作量，而且也加劇了磷化藥品的消耗。 亞硝酸鈉在酸性溶液中易分解產(chǎn)生 NO2，而磷化液是酸性的，即使在工作時也會自行分解而消耗。所以在磷化過程中，它必須作為第二組不斷添加。 由于亞硝酸鹽分解產(chǎn)生的氣體 NO2 系酸性氣體，在突然停車時，處于磷化過程中的工件將會被銹蝕。 （二）常用促進劑的特點 用作磷化處理的其它促進劑有過氧化氫、氯酸鹽、硝酸鹽等，現(xiàn)將它們的優(yōu)缺點列于表 1211。 表 1211 常見促進劑的優(yōu)缺點 促進劑 優(yōu)點 缺點 13 亞硝酸鹽 氯酸鹽 硝酸鹽 過氧化氫 除 去磷化液中的鐵和氫，作用大。 在磷化液中穩(wěn)定，除去磷化液中的鐵和氯，作用大。 產(chǎn)物無害，在磷化液中穩(wěn)定除去磷化液中的氫。 產(chǎn)物無害，除去磷化液中的鐵和氫，作用大。 在磷化液中不穩(wěn)定，必須經(jīng)常添加。 反應產(chǎn)物 Cl為有毒。 作用低，不除鐵。 在磷化液中不穩(wěn)定，必須經(jīng)常添加，磷化調節(jié)嚴格。 三、氟離子的影響 在含鋅鹽的磷化液中，鋁離子能阻礙鋅鹽磷化膜的生成，當有促進劑存在情況下鋁離子濃度在，則能完全阻止鋅鹽磷化膜的生成，但加入氟化物時，一方面生成鋁的配位化合物 (AlF6)3，另一方面生 成不溶于水的氟鋁酸鈉而沉淀下來，使鋁鐵合金工件的磷化能順利進行。 四、前道工序的影響 磷化前道工序包括：除油、水洗、除銹、表面調整。 在強堿溶液除油和用強酸除銹后，均使磷化膜粗糙、變厚，于涂裝不利，因此應對工件表面進行調整，通常使用弱酸性的草酸溶液，但現(xiàn)在更多的是用弱堿性的磷酸鈦鹽的溶液來處理，效果很好。這是因為鈦鹽是良好的結晶劑，通過鈦鹽的調整，工件表面快速均勻的分布了許多晶核，磷酸鋅晶體在此表面上迅速均勻的產(chǎn)生，從而達到調整的目的。一般鈦鹽濃度僅為每升幾克，而 pH 控制在 9～ 10 即可。 五、后道工序的影響 磷化后道工序包括水洗、鈍化、干燥。工作經(jīng)磷化后一定要徹底清洗掉殘留液，否則易起泡脫落。為了保證水質，一般采用溢流水洗的方法，同時采取利用后面水洗槽的溢流水來補充前面水洗槽的逆流補