酸洗板環(huán)保型磷化替代工藝研究.doc

酸洗板環(huán)保型磷化替代工藝研究劉萬青1，何園2（1、安徽省表面工程技術研究中心；2、合肥華清方興表面技術有限公司）摘要：本文介紹了新型磷化替代工藝流程，包含了脫脂酸洗二合一、表調、轉化、鈍化等工序。HQ2000/8無磷轉化膜技術可替代傳統(tǒng)三元鋅系磷化。HQ2000/8無磷轉化劑具有酸洗工藝正常成膜、耐水洗、耐蝕性強、工藝簡化、生態(tài)環(huán)保、成本低等普通磷化替代技術無可取代的優(yōu)點。同時，HQ2000/8無磷轉化膜技術可應用于蒸發(fā)器、自行車等行業(yè)。1、前言傳統(tǒng)磷化：磷化即金屬鐵、鋅、鋁及其合金在酸性磷酸鹽溶液中進行化學反應，形成非金屬或非導體轉化膜的一個過程。由于磷化膜兼具良好的吸附性、潤滑性，絕緣性和耐蝕性，所以磷化工藝在汽車、輪胎、機械制造、航空航天和家用電器等領域有著廣泛的應用1。傳統(tǒng)磷化工藝迄今已有150多年的歷史2。但磷化處理具有以下幾點缺陷：磷液中都含有磷酸鹽、亞硝酸鹽及重金屬等有害物質；處理過程中產(chǎn)生沉渣及有害氣體；排放的廢水中含有重金屬、COD含量較高；磷化處理大部分需在加溫的條件下進行，能耗較大3；測試分析工作繁雜，每天每班要進行多次游離酸、總酸、促進劑點等測試，還需定期對槽液進行鋅鎳錳含量、磷酸根含量、硝酸根含量、氟離子含量、氟硅酸含量等進行測試。因此，傳統(tǒng)磷化已不能滿足環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的要求，替代成為必然。現(xiàn)有磷化替代工藝：在實現(xiàn)磷化替代的新興工藝研究過程中，現(xiàn)有的研究工作有稀土鹽處理、鉬酸鹽處理、鋯酸鹽處理、有機硅烷處理等幾個研究方向4，但主要研究工作集中在硅烷化技術、氧化鋯技術的研發(fā)方面?，F(xiàn)有的磷化替代工藝存在工藝復雜、維護困難、成本高；材質適應面窄、水質要求高、成膜性能不理想、停線時間不能過長，工件死角處易返銹；只適合材質好、工件結構簡單、工藝管理規(guī)范領域等問題。同時，對于需要酸洗前處理，目前磷化替代工藝仍存在一些問題，如酸洗后殘酸對轉化膜的破壞、殘酸降低工作液的穩(wěn)定性、酸洗后產(chǎn)生的浮銹影響轉化膜的結合力、轉化膜的耐蝕性能不好等。因此，磷化替代新興工藝只有完全達到傳統(tǒng)磷化工藝的耐蝕性、耐酸、耐水洗、防銹、附著力等方面性能指標，才能稱得上是真正意義上的可工業(yè)化應用的磷化替代工藝。我們在磷化替代的研發(fā)過程中，總結現(xiàn)有磷化替代工藝的優(yōu)劣及經(jīng)驗得失，以超支化硅烷偶聯(lián)劑為前驅體，在有機-無機雜化膜成膜機理的基礎上，將溶膠-凝膠技術，納米鋯化成膜技術、水銹防銹技術、復合硅烷技術、低表面處理技術的機理和應用實踐結合起來，開發(fā)出HQ2000/8一系列產(chǎn)品。有效地解決普通磷化替代產(chǎn)品穩(wěn)定性差，耐蝕性差、耐酸性差、成本高、適應面窄、不能水洗等難題。2、 實驗2.1 實驗目的在不改變磷化線的脫脂、酸洗等工序工藝參數(shù)的條件下，用HQ2000/8系列產(chǎn)品替代傳統(tǒng)磷化工藝。2.2 酸洗板磷化替代工藝的難點工件經(jīng)過脫脂將表面的防銹油及油污去除，再經(jīng)過酸洗將表面的銹蝕物及氧化層去除，一般在水洗后會很快返銹。這是因為鋼鐵基體直接暴露在濕熱的環(huán)境中，沒有防銹油和氧化層的保護，表面會生成一層浮銹。傳統(tǒng)的磷化工藝由于磷化液的游離酸度較高，即磷酸濃度較高，帶浮銹的鋼鐵放入后，浮銹會很快被反應掉，從而不會對磷化膜的成膜質量造成影響。普通的磷化替代由于游離酸度較低，工作液的pH值范圍為4-5，導致鋼鐵表面的浮銹在工作液中不能被除去。同時由于形成的轉化膜的厚度一般低于1m，殘余的浮銹不能被全部遮蓋，疏松結構的鐵銹作為連接外部空氣和基體的通道會加快基體的腐蝕，從而轉化膜的抗腐蝕能力嚴重下降，耐水性和耐鹽水性不合格，不能滿足生產(chǎn)的要求。同時工件在經(jīng)過酸洗將其表面的銹蝕物及氧化層去除過程中，表面容易出現(xiàn)過腐蝕從而出現(xiàn)起灰現(xiàn)象。2.3 磷化替代工藝流程圖1 磷化替代處理技術工藝流程脫脂酸洗二合一的目的是去除工件表面油污、臟物、手汗，氧化物、金屬雜質及非金屬硅等，獲得清潔平整、無油脂的光滑表面；同時經(jīng)過處理的工件無過度腐蝕以致出現(xiàn)起灰現(xiàn)象。因為工件表面污物以及起灰現(xiàn)象的存在，不僅阻礙轉化膜的形成，而且嚴重影響涂層與基體的結合力、耐蝕性和裝飾性。表調（HQ2000/8EA）可去除工件表面在酸洗、水洗后形成的浮銹并形成一層轉化膜，為工件的后續(xù)處理提供良好的工作環(huán)境；同時，在一定的范圍內（連續(xù)工作90天），殘酸對表調工作液的穩(wěn)定性無影響。鈍化（HQ2000/8D）延長工件的防銹時間，可根據(jù)工件需要防銹時間的長短來選擇。工藝流程中脫脂酸洗二合一、表調二個步驟均屬于前處理過程。前處理的效果至關重要，它直接關系到所獲轉化膜的結合力、致密性、均勻性以及顏色等5。2.4 轉化膜性能（1） 轉化膜表面SEM形貌分析（a）（b）圖2 轉化膜表面SEM（a）HQ2000/8C無磷轉化膜；（b）三元鋅系磷化膜）從SEM照片可以看出，HQ2000/8C無磷轉化膜的結晶均勻細致，晶粒尺寸大小比較一致。三元鋅系磷化膜厚度大，膜的孔隙較多，磷化晶粒呈顆粒狀。（2） 耐鹽水性將經(jīng)過圖1工藝流程處理后的工件浸泡在3%NaCl溶液中，1h后取出，表面沒有銹跡。（3） 配套性對經(jīng)過圖1工藝流程處理后的工件進行陰極電泳配套實驗，對漆膜附著力、耐蝕性等性能進行測試，結果見表1。表1 漆膜性能測試理化性能指標測試標準外觀表面平整，顏色均勻目測耐沖擊性（正反沖，50kg*cm ）合格GB/T1732- 1993附著力（劃格法）0級GB/T9286-1998中性鹽霧（1000h）銹蝕寬度小于20mmGB6458-862.5 磷化替代技術優(yōu)勢HQ2000/8系列產(chǎn)品具有以下幾點優(yōu)勢：酸洗工藝正常成膜，這是由于表調可以去除工件表面的浮銹并形成一層轉化膜，同時在一定的范圍內（連續(xù)工作3個月），殘酸對表調工作液的穩(wěn)定性無影響；耐水洗、積水處不返銹；成本低：無需加熱，可重復使用，換槽時間長；在酸值低（pH值高）的情況下，工作液連續(xù)工作6個月以上無沉渣現(xiàn)象出現(xiàn)；耐蝕性強、工藝簡化；生態(tài)環(huán)保：無磷、無鉻，不含重金屬，不含亞硝酸鈉；工作液pH值范圍廣，其中表調工作液的pH值在1.3-2.5之間。2.6 操作注意事項（1） 工件表面油污、臟物、手汗、氧化物等必須清洗干凈；（2） 工件經(jīng)過脫脂酸洗二合一處理后，表面沒有起灰現(xiàn)象，若有起灰現(xiàn)象，應立即調整工作液的濃度以及處理時間；（3） 工件經(jīng)過脫脂酸洗后可允許少量酸液帶入表調槽；（4） HQ2000/8系列產(chǎn)品為化工產(chǎn)品，作業(yè)過程中請勿入口，請勿接觸面部及眼睛，如不慎濺入眼睛應用大量清水沖洗，非操作人員遠離工作環(huán)境及化工液存放處。3、 應用案例3.1 蒸發(fā)器待處理的蒸發(fā)器工件具有以下幾項技術難點：材質為鋼絲、鍍銅管，經(jīng)過拉拔和焊接，表面多焊斑、拉拔殘留蠟灰；轉化成膜前需經(jīng)過酸洗；多片層噴淋表面不易全部反應充分；鋼絲、焊接處酸洗后均易返銹。經(jīng)過HQ2000/8處理后的蒸發(fā)器見圖3。圖3 HQ2000/8處理后的蒸發(fā)器由圖3可知，經(jīng)HQ2000/8處理的蒸發(fā)器外觀良好。3.2 自行車待處理的自行車工件在處理上具有以下幾項技術難點：材質為熱軋管，經(jīng)過變形和熱處理，表面多銹斑、油污、拉拔殘留蠟層及焊斑；轉化成膜前需經(jīng)過高強度酸洗；槽浸工藝漂洗不凈、易竄槽、反應慢；工件形狀復雜，腔體多，殘夜排不凈，易返銹；轉化后裸件放置三天后噴涂。處理后的自行車工件見圖4.圖4 HQ2000/8處理的自行車4、結論（1） 在不改變磷化線的脫脂、酸洗等工序工藝參數(shù)的條件下，HQ2000/8C可替代傳統(tǒng)三元鋅系磷化。（2） HQ2000/8系列產(chǎn)品具有酸洗工藝正常成膜，耐水洗，無沉渣，成本低，耐蝕性強，生態(tài)環(huán)保，工作液pH值范圍廣等優(yōu)點。（3） HQ2000/8無磷轉化膜技術可應用于蒸發(fā)器、自行車等行業(yè)。參考文獻1劉萬青,饒丹. 硅烷偶聯(lián)劑在金屬表面處理的應用J. 家電科技，2008(19):57-582Ravichandran K,et al. Acceleration of the Phosphating Process the Utility of Galvanic Coou