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文檔簡介
涂裝前表面處理技術(shù)基礎(chǔ)講座一前言1目的:將有機(jī)涂料涂覆于物體表面,并且干燥成膜的過程稱為涂裝。涂裝技術(shù)在世界的范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。民用汽車、電器、鋼制家具、辦公用具等表面裝飾防護(hù):工業(yè)領(lǐng)域采礦、艦船、采油設(shè)備、海洋設(shè)備、飛機(jī)、軍事裝備等的防腐、裝飾、偽裝、隔熱、防火、等等,幾乎每個(gè)領(lǐng)域都離不開涂裝。各種金屬表面材料及其制品經(jīng)機(jī)械加工、熱處理以及在儲存和運(yùn)輸?shù)倪^程中,在其表面總會有氧化皮、油污等,這些表面的污物會嚴(yán)重影響到表面處理過程中涂層的致密性及與其體的結(jié)合強(qiáng)度。
涂裝前處理是涂裝的重要步驟,是提高涂裝漆膜附著力、耐腐蝕性能和裝飾性能的必要工作。涂裝前處理的目的,是清除被涂物表面的油污、油脂、腐蝕產(chǎn)物、殘留雜質(zhì)物等,并賦予表面一定的化學(xué)和物理特性,達(dá)到增加漆膜附著力,增加被涂物的保護(hù)性和裝飾性目的。良好的涂裝前處理可以充分顯示出涂層的裝飾效果和功能,否則涂層質(zhì)量再好,也不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此涂裝前處理是涂裝施工過程中非常重要的步驟,它保證涂層的良好質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。
2涂層前處理的分類
按處理方法分類可以分為機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法是借助工具進(jìn)行表面處理的方法,包括手工方法,動力工具法,火焰法,噴砂法,拋丸法等?;瘜W(xué)法是借助化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行處理的方法,包括清洗,轉(zhuǎn)化膜,鈍化等。
按處理材質(zhì)分類又可以分為金屬材料涂裝前處理和非金屬涂裝前處。鋼鐵材料有色金屬材料,非金屬材料包括塑料,木材和水泥等。文本重點(diǎn)討論金屬表面前處理。
3涂裝前處理的作用
選擇適當(dāng)?shù)那疤幚砉に?,可以顯著提高涂層的性能和發(fā)揮涂層的作用。如果涂裝前處理只進(jìn)行除油,可以滿足一般的工藝要求。如果有轉(zhuǎn)化膜的存在,可以大大提高涂層的性能和延長涂層的使用壽命,可以達(dá)到事半功倍的效果。磷化膜可以提高涂層與底材的結(jié)合力和防護(hù)性。而經(jīng)過磷化處理的,能提供一個(gè)“粗糙面”,給涂層很好的咬合力,大大提高附著力,實(shí)現(xiàn)涂層的性能。最重要的是由于磷化膜的絕緣性,能夠抑制局部的電化學(xué)腐蝕,可以保證涂層在被損傷后,涂層的膜下腐蝕受到抑制,不會在大面積腐蝕,以致腐蝕穿孔。
酸洗工藝對于高質(zhì)量要求的前處理是不推薦的,譬如高質(zhì)二金屬表面清洗除油
金屬在存儲、搬運(yùn)和加工的過程中,表面不可避免的得外界的一些污物所污染。這些可能的污染物包括在工廠中為了防銹,拉拔機(jī)加工或者成型過程中的使用的機(jī)油、動物油、植物油,也包括一些潤滑油或蠟、碳灰、石墨灰、金屬屑、磨料、金屬氧化物、焊渣等。在涂裝前除去這些污物對于整個(gè)產(chǎn)品的涂裝質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的。清洗除油的質(zhì)量很大程度上決定著涂裝前處理的質(zhì)量。清洗作為涂裝前處理的一個(gè)部分,要考慮清洗質(zhì)量,同時(shí)還要考慮對工件表面狀態(tài)的影響,以及對后續(xù)工序的影響。因此,一個(gè)高質(zhì)量要求的前處理要選擇適當(dāng)?shù)那逑磩?。每個(gè)涂裝工作者應(yīng)該認(rèn)識到正確選擇和使用清洗劑的重要性。除油又稱為脫脂,目的在于清除掉工件表面的油污和油脂。附著在金屬表面的油脂,根據(jù)它們與堿的反應(yīng)的特性可以分為兩類:可以與堿反應(yīng)的生成肥皂的皂化油,如動物油和植物油等。不能與堿反應(yīng)
生成肥皂的非皂化油,如凡士林,潤滑油,石蠟等礦物油。
1分類除油的方法包括物理機(jī)械法和化學(xué)法兩類。物理機(jī)械法主要是:手工擦刷、噴砂、拋丸、火焰灼燒等?;瘜W(xué)法主要包括乳化清洗、溶劑清洗、水性清洗。1.1乳化清洗乳化液一般由有機(jī)溶劑、表面活性劑和水組成,其工作液一般為乳白色乳液。它利用有機(jī)溶劑溶解油脂,表面活性劑乳化油脂,因此,除油速度快。乳化清洗一般總有一些殘留的薄油膜,如果作為涂裝,還需要堿性清洗液再洗一次,如果用于防銹目的用時(shí),可直接存放。1.2溶劑清洗溶劑法去除油脂,一般是用非易燃的鹵代烴蒸汽法或者乳化法。最常見的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽法除油脂。蒸汽脫脂速度快,效率高,脫脂干凈徹底,對各類油及脂的去除效果非常好。在氯代烴中加入一定的乳化液,不管是浸泡還是噴淋效果都很好。由于氯代烴都有一定的毒性,汽化溫度也很高,再者由于新型水基底堿性清洗劑的出現(xiàn),溶劑蒸汽和乳化除油脂方法現(xiàn)在已經(jīng)很少采用,多見于電子行業(yè)等較小的零件行業(yè)。1.3水性清洗水性清洗劑根據(jù)它們的pH值進(jìn)行分類表格水性清洗劑的分類分形式。單組分采用粉末形式,雙組分一般采用液-液形式。底堿性清洗劑主要由無機(jī)低堿性助劑,表面活性劑,消泡劑等組成。無機(jī)型助劑主要是硅酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉、碳酸鈉等。其作用是提供一定的堿度,有分散懸浮作用,可以防止脫下來的油脂重新吸附在工件表面,表面活性劑主要采用非離子型與陰離子型,一般是聚氯乙烯類和磺酸鹽型,它在除油脂過程中起主要作用。在有特殊要求時(shí)還需要加入一些其他添加劑物,如噴淋時(shí)要加入消泡劑有時(shí)還要加入表面調(diào)整劑,起到脫脂、表調(diào)雙重作用。低堿性清洗劑已有很多商業(yè)化產(chǎn)品。典型的堿性清洗劑的用量為2%---10%。清洗劑的處理方式包括噴淋形式、浸泡形式、噴浸結(jié)合形式。噴淋是利用清洗劑的化學(xué)特性和在一定壓力的溶液機(jī)械剝離聯(lián)合作用去除油污。浸泡可以達(dá)到噴淋不到的地方。一些工件恰當(dāng)?shù)那逑葱枰獓娏芎徒萋?lián)合處理。單獨(dú)的脫脂和水洗對于特定要求的涂裝的前處理可以滿足,但他只能提供最初的結(jié)合力,而不能提供長期的保護(hù)。典型的噴淋脫脂時(shí)間是60--90秒,而浸泡脫脂時(shí)間一般為3--5分鐘,溫度一般為45--65度。時(shí)間、溫度、濃度隨著使用的清洗劑的種類和基材的不同而不同。一般常用的低堿性清洗液配方和工藝如下:磷化
金屬在含有磷酸鹽的溶液中進(jìn)行處理,形成金屬磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜,這一工藝稱之為磷化,所形成的金屬磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱為磷化膜。涂裝前磷化的目的主要是:給金屬基體提高短期工序間保護(hù),在一定程度上防止金屬被腐蝕:提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。基本原理:磷化過程包括化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)。不同的磷化體系、不同基材的磷化反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。雖然科學(xué)家在這方面已經(jīng)做了大量的研究,但至今未完全弄清楚。當(dāng)今,各學(xué)者比較贊同的觀點(diǎn)是磷化成膜過程主要是由如下4個(gè)步驟組成:a酸的浸蝕使基體金屬表面的H+濃度降低Fe——2e→Fe2+2H++2e→2[H]→H2↑(1)b促進(jìn)劑(氧化劑)加速界面的H+濃度的進(jìn)一步降低[氧化劑】+【H】→【還原產(chǎn)物】+H2O2Zn2++Fe2++2PO43-+H2O→Zn2Fe(PO4)2?H2O↓3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3(PO4)2?H2O↓磷酸鹽沉淀與水分子一起形成磷化結(jié)晶核,晶核繼續(xù)長大成為晶粒,無數(shù)個(gè)晶粒緊密的堆積形成磷化膜。磷化的分類:按磷化的膜的厚度(膜重)分類按磷化的施工方式分類:全浸泡方式浸泡-噴淋結(jié)合方式全噴淋方式按磷化處理溫度分類:按處理的溫度分為常溫、低溫、中溫、高溫四類。常溫磷化,就是不加溫的磷化。低溫磷化,一般的處理溫度在25度——45度。中溫磷化,一般60度——70度。高溫磷化,一般大于80度。溫度的劃分本身不嚴(yán)格,有時(shí)還有亞中溫亞高溫之法,隨個(gè)人的意愿而定,但一般還是遵循上述劃分方法。磷化液的組成:磷化液的組成種類很多,涂裝前處理主要用低溫磷化和中溫磷化,常用的有鋅系、鋅錳系,鋅錳鎳三元系,鋅鈣系、輕鐵系磷化。低溫磷化是使用非常廣泛的磷化工藝。特別是在家用電器行業(yè),低溫鋅系磷化完全占有主導(dǎo)地位,甚至在汽車行業(yè)低溫鋅系磷化也占有一定的比重。常溫低溫鋅系磷化一般需要膠體鈦表面預(yù)處理,a:磷化工藝參數(shù)的影響總酸度——總酸度過低,磷化必受影響,因?yàn)榭偹崾欠磻?yīng)磷化液濃度的一項(xiàng)指標(biāo)。控制總酸度的意義在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內(nèi)。游離酸度——游離酸度過高、過低均會產(chǎn)生不良影響。過高不能成膜,易出現(xiàn)黃銹;過低,磷化液的穩(wěn)定性受到威脅,生成額外的殘?jiān)?。游離酸度反應(yīng)磷化液中游離H+的含量??刂朴坞x酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度,把成膜離子濃度控制在一個(gè)必須的范圍。磷化液在使用的過程中,游離酸度會有緩慢的升高,這時(shí)要用堿來中和調(diào)整,注意緩慢加入,充分的攪拌,否則堿液局部過濃會產(chǎn)生不必要的殘?jiān)?,出現(xiàn)越加堿,游離酸度越高的現(xiàn)象。單看游離酸度和總酸度沒有實(shí)在的意義,必須一起考慮。酸比——酸比就是指總酸度與游離酸度的比值。一般酸比都在5——30范圍內(nèi)。酸比較小的配方,游離酸度高,成膜速度慢,磷化時(shí)間長,所需溫度高。酸比較大的配方,成末速度快,磷化時(shí)間短,所需溫度低。因此必須控制好酸比。溫度——磷化的溫度和酸比一樣也是很關(guān)鍵的因素。不同的配方都有不同的溫度范圍,實(shí)際上,它在控制著磷化液中成膜離子濃度。溫度高,磷酸二氫鹽的理解度大,成膜離子濃度相應(yīng)高一些,因此可以利用此種關(guān)系在降低溫度的同時(shí)提高酸比,同樣可以達(dá)到成膜。生產(chǎn)單位確定一個(gè)配方時(shí),就應(yīng)該嚴(yán)格控制好溫度,溫度過高會產(chǎn)生大量的沉渣,磷化液失去原有的平衡,會產(chǎn)生一個(gè)新的平衡。溫度過低,成膜離子濃度達(dá)不到溶度積,不能生成完整的磷化膜。從減少沉渣,穩(wěn)定槽液,保證質(zhì)量來看,磷化液的溫度變化越小越好。時(shí)間——各個(gè)配方都有規(guī)定的工藝時(shí)間。時(shí)間過短,成膜量不足,不能形成致密的磷化膜。時(shí)間過長,由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長,可能產(chǎn)生疏松表面的粗厚膜。b:促進(jìn)劑的影響:促進(jìn)劑是必不可少的成分,如果沒有它,磷化將失去意義。磷化液中得促進(jìn)劑,主要是指某些氧化劑。氧化劑是加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的加速劑。它主要作用是加速氫離子在陰極的放電速度,使磷化第一階段的酸蝕速度加快,因此稱為金屬腐蝕的催化劑。當(dāng)金屬接觸到磷化液時(shí),首先發(fā)生的反應(yīng):Fe+2H+→Fe2++H2↑這個(gè)反應(yīng)能夠消耗大量的氫離子,促使固液界面的PH上升,進(jìn)而促使磷化液中得磷酸二氫鹽三級離解平衡右移,以致使鋅離子的濃度和磷酸根的濃度在界面處達(dá)到溶度積而成膜。如果不添加一些有效物質(zhì),陰極析出氫氣的滯留會造成陰極極化,使反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,進(jìn)而磷酸鹽的沉積不能繼續(xù)下去。因此凡是能加速這個(gè)反應(yīng)的物質(zhì),必能加速磷化。氧化劑正是起著陰極去極化的作用而加速反應(yīng)。磷化膜質(zhì)量評定項(xiàng)目與方法:磷化后工件的顏色應(yīng)為淺灰色到灰黑色或者彩色:膜層應(yīng)結(jié)晶致密、連續(xù)和均勻。磷化后的工件具有下列情況或者之一時(shí),均為允許缺陷:輕微的水跡、鈍化痕跡、擦白及掛灰現(xiàn)象;由于局部的熱處理、焊接以及表面的加工狀態(tài)的不同而造成顏色和結(jié)晶不均勻;在焊縫處沒有磷化膜。磷化后的工件具有下列情況之一時(shí),均為不允許缺陷:疏松的磷化膜層;有銹蝕或者綠斑;局部無磷化膜(焊縫處除外);表面嚴(yán)重掛灰。微觀結(jié)構(gòu)顯微鏡:以金相顯微鏡和電子顯微鏡將磷化膜放大100-1000倍,觀察結(jié)晶形狀、尺寸大小及排布情況。結(jié)晶以柱狀晶為好。磷化的晶粒以圓球顆粒最好,片條狀次之,羽毛松枝狀較差,晶粒尺寸2-3um的圓球形狀磷化膜最有利于電泳配套,結(jié)晶尺寸小一些為好,一般控制在幾十微米以下,排布越均勻,孔隙越小越好。a:磷化膜耐腐蝕性:磷化試樣(已降至室溫)浸入3%的氯化鈉水溶液中,在15-25度下,保持1h,取出試樣,洗凈、吹干,目視檢查磷化表面不應(yīng)該出現(xiàn)銹蝕(棱邊、孔、角及焊縫處除外)。b:涂膜耐腐蝕性:磷化后的工件噴涂厚度為25-35um的白色氨基烘干磁漆涂膜試樣,進(jìn)行耐中性鹽霧實(shí)驗(yàn),鋅系、錳系、鋅鈣系磷化膜的涂裝試樣經(jīng)24h耐中性鹽霧試驗(yàn),鐵系磷化膜的涂裝試樣經(jīng)8h鹽霧實(shí)驗(yàn)后,除劃痕部位處,涂層應(yīng)無起泡、脫落及銹蝕等現(xiàn)象。(注:劃痕部位指劃痕任何一側(cè)的附近寬度0.5mm范圍內(nèi))
膜重測量法:磷化膜的膜重應(yīng)符合GB/T6807-2001表1所列數(shù)值,對于鋼
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