涂装前处理.ppt

1 第二章涂装前处理 第一节涂装前处理的意义第二节除油第三节除锈第四节表调第五节磷化第六节非铁材料的涂装前处理复习题 2 本章教学目的 1 了解涂装前处理的意义 2 了解涂装前处理各关键工序的作用原理 选用依据和影响因素 3 了解前处理质量控制的检测方法和评定标准 本章重点 表调 磷化技术 3 涂装过程的动画演示 1号行车 上件 热水洗 1min 预脱脂 3min 脱脂 3min 2号行车 水洗 1min 表调 1min 磷化 3min 3号行车 水洗 1min 水洗 1min 水洗 1min 空停 1min 电泳 3min 4号行车 UF1 1min UF2 1min 纯水洗 1min 下件 进入烘房 4 江西五十铃皮卡车涂装生产线前处理工艺流程 手工预清理 洪流冲洗 40 50 喷 预脱脂 50 60 喷 脱脂 50 60 浸 第一水洗 喷 第二水洗 浸 表面调整 浸 磷化 40 50 180s 浸 第三水洗 喷 第四水洗 浸 第一纯水洗 喷 第二纯水洗 浸 沥水 新鲜纯水洗 喷 沥水 阴极电泳 5 第一节前处理的意义 金属表面的构成 第一节前处理的意义 6 涂装各因素对涂膜质量的影响 前处理的内容及意义 第一节前处理的意义 7 金属一般前处理工艺如下 可根据工件材质及其表面状态 如锈蚀 油污程度和表面光洁度等 涂料品种和使用环境等 选择最适合的表面处理方法 前处理的内容 第一节前处理的意义 P252 表7 2 8 经吹砂 砂纸打磨 酸洗 表面化成处理 形成磷化膜或氧化膜 等方法进行适当粗化来提高涂层与基体的附着力 不同加工方法所形成的比表面积 前处理意义 第一节前处理的意义 9 多孔性的氧化膜或磷化膜等化学转化膜能将金属由导体变成不良导体或绝缘体 增强涂层的抗蚀能力 通过前处理提高涂料对基材表面的润湿性 固气 液固 液气COS 若 固气 液固 COS 为正值 1 COS 0 则 900 液体能润湿固体 反之 COS 0 900 为不润湿 依靠前处理提高涂层的装饰性 第一节前处理的意义 10 涂装前处理除油以有机溶剂除油为辅化学除油 带有表面活性剂的碱性水基清洗除油 为主 适用于自动化大规模生产 一 表面活性剂的选择 P21 临界胶束浓度CMC 指表面活性剂形成胶束的最低浓度 第二节除油 表面活性剂的定向吸附和胶束作用示意图 第二节除油 11 HLB值 亲油亲水平衡值 对应值为0 20 亲油性最高的为0 亲水性最高的为20 在选择非离子型表活时 HLB值是一项重要参数 表面活性剂HLB值与用途的关系 第二节除油 12 非活的HLB值经验计算公式 非活的HLB值 亲水基部分的分子量 表活的分子量 20HLB法的加和性举例 一种HLB值等于12 3性能最佳的洗涤剂 可用下列物质配制 选用20 司本65 HLB 2 1 亲油性强 和80 吐温60 HLB 14 9 亲水性强 混合后的表面活性物质HLB 0 2X2 1 0 8X14 9 12 3 第二节除油 13 表面活性剂使用注意事项 1 温度表活在浊点以上温度使用 效果降低 2 使用方法 3 一般选用非离子型表面活性剂除油效果检查 采用水膜连续性检查 第二节除油 14 1 工件材质状况2 油污种类和数量3 脱脂工艺条件4 脱脂剂的配套性 二 脱脂方法和脱脂剂的选择 参考教材P17 三 脱脂剂的应用发展趋势 1 采用无磷能生物降解的环保型脱脂剂2 发展低温和常温脱脂剂3 低泡脱脂剂 第二节除油 15 第三节除锈 除锈方法 一 机械法 也叫物理除锈 手工除锈借助于风动或电动工具除锈喷丸 沙 除锈 利用冲击力除锈 喷砂除锈 除锈砂轮 抛丸除锈机 第三节除锈 16 涂装前处理要严格控制工序间的间隔时间 考虑酸洗带来的负面效果 尽量以防锈基材代替除锈处理 二 化学法 广泛采用 P28 酸洗液好坏的衡量 处理效果对环境的污染程度 可操作性处理成本 酸洗液 第三节除锈 17 第四节表调 P34 P38表调 也称表调调整 即活化处理 是金属在磷化前的预处理工序 其目的是利用表面调整改变金属表面的微观状态 使之更有利于后续形核和磷化成膜的质量 表调的方式 既有抛丸 喷沙 砂纸轻度擦拭等机械法 也可用酸洗增加有效表面积的化学法 还包括物理化学吸附法 表调通常指此法 采用胶体磷酸钛盐调整剂 第四节表调 18 胶体钛表面调整剂的配方 P38 仅供参考 1 K2TiF6适量2 TiO SO45 Na2HPO41g LNa2HPO455 Na5P3O103g LNa4P2O715 H2O余量NaHCO310 H2O15 第四节表调 19 磷化膜结构照片 表调对磷化膜的影响和作用 图2 1未表调的磷化膜SEM形貌 100 x 图2 2表调后的磷化膜SEM形貌 100 x 图2 3未表调的磷化膜SEM形貌 10000 x 图2 4表调后的磷化膜SEM形貌 10000 x 表调是在磷化之前对工件表面进行处理的一道重要工序 它使工件表面吸附大量胶体钛结晶点 再以此为核心反应生成磷酸盐转化膜 20 表调的作用通过胶体活化作用使金属表面物理化学性能均匀化 增加表面活性中心 增加形核率 细化晶粒 提高磷化膜的致密性与均匀性 大大缩短磷化时间 改善磷化膜的附着性 提高耐蚀性 表调的适应对象经过了强碱除油或强酸除锈的金属件磷化 有色金属磷化 大批量处理工件磷化等场合 第四节表调 21 注意事项 严格控制脱脂后的水洗质量 经过钛盐表调后的零件都必须立即进入磷化槽磷化 期间不需进行水洗 表面调整一般在常温下进行 处理时间一般在1min左右 采用胶钛进行表面调整时 pH值最好控制在8 9之间 第四节表调 22 第五节磷化 一 磷化处理的应用 定义及分类二 磷化剂成分三 磷化膜形成机理及成膜规律四 磷化膜质量检验五 影响磷化的因素六 磷化的后处理 水洗 钝化 干燥七 涂装前处理工艺流程 第五节磷化 23 一 磷化处理的应用 定义和分类 返回 第五节磷化 磷化技术工业用途比例分布图 磷化膜的用途主要由磷化膜的种类和厚度所决定 厚膜常常用作单独防护 电绝缘 耐磨 冷成型等 薄膜主要用于工序间的防护及油漆和粉末等有机膜的基底 24 第五节磷化 25 磷化定义所谓磷化处理 是将金属工件浸入含Zn2 Ca2 Mn2 Fe2 Na 等磷酸盐溶液中进行化学处理 在金属表面得到由主盐金属或基底金属自身转化并形成的难溶于水的磷酸盐膜或磷酸盐和氧化物组成的表面膜的处理过程 简称磷化 或化成 磷化样品 第五节磷化 26 按磷化成膜物质分类 锌系 耐蚀性好 涂装磷化中应用最广 锌钙系 锌锰系 锰系 马日夫盐 属厚膜磷化 主要用作防锈 铁系 碱金属铁系 含渣量少 用于耐蚀性要求一般的室内涂装产品 有机聚合物复合磷酸盐等 按膜重分类 次轻量级 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 用作涂装底层 次重量级 可用作基本不发生形变钢铁工件的涂装底层 重量级 不适应作涂装底层 用于防腐蚀与冷加工 按温度分类 室温磷化 5 30 自动生产线上难以普及 低温磷化 30 50 现代涂装大量采用 中温磷化 50 70 不适用于电泳及静电粉末喷涂的底层 高温磷化 80 以上 这种磷化膜常用于冷作 耐膜 润滑 绝缘等 第五节磷化 按促进剂类型分类 硝酸盐型 亚硝酸盐型 氯酸盐型 有机氮化物型 钼酸盐型等主要类型 磷化分类 P34 27 按磷化膜的用途分类 1 防护 装饰涂层底层 一般要求膜重为0 5 3g m2 2 防腐蚀涂层 用于钢铁工件防腐蚀磷化层 可采用Zn系 Mn系 Zn Mn系磷化膜 膜重必须大于10g m2 磷化膜须涂防锈油 防锈脂之类防锈剂 3 冷加工润滑用磷化层 Zn系磷化膜有助于冷加工成型 单位面积膜重依使用目的而定 4 减摩润滑用磷化膜 Mn系磷化膜有助于降低摩擦系数 5 电绝缘用磷化膜 变压器 电机用硅钢片经磷化处理可提高绝缘性能 一般选用Zn系磷化 膜重l 20g m2 击穿电压240 380V 经磷化后再涂绝缘漆 可提高至1000V 不影响其磁性能 第五节磷化 28 按磷化膜结晶形态分类 1 结晶型磷化膜 磷化膜中不仅有酸根离子 而且有主盐金属离子 如Zn2 Ca2 Mn2 等 直接参与成膜反应 这种磷化处理剂称为成膜型处理剂 即主盐中的金属离子参与成膜 2 无定型磷化膜 转化膜 在磷化过程中主盐金属离子 如Na 不参与成膜反应 金属基体作为膜的阳离子成分 形成无定型膜 这是由磷酸或聚磷酸的碱金属盐 如碱金属铁系 或铵盐形成的磷化处理剂 这种磷化处理剂称为非成膜型处理剂 既主盐中的金属离子不是成膜组分 第五节磷化 29 浸渍磷化适用于处理形状复杂的工件 喷淋磷化适用于处理几何形状较简单的板材 刷涂磷化适用于大型钢铁构件的磷化或局部磷化 喷浸结合能满足各种形状工件的磷化处理 磷化时间比单纯的浸渍法缩短 磷化处理方式 第五节磷化 30 1 磷酸盐磷化膜的主要成膜物质 2 磷酸含量多少用游离酸度 FA 表示 3 氧化促进剂分为 硝酸盐型 亚硝酸盐型 氯酸盐型 有机氮化物型 钼酸盐型等主要类型 促进剂加速反应的机理 a 金属界面去极化作用H2 O H2Ob 将Fe2 氧化成Fe3 4 其他添加剂如降渣剂 络合剂 防垢剂 缓蚀剂 通常由磷酸二氢盐Me H2PO4 2 游离的磷酸 氧化剂或促进剂等组成 返回 磷化剂 第五节磷化 二 磷化剂成分 P35 37 31 返回 第五节磷化 三 磷化膜形成机理 以锌系为例 及成膜规律 磷酸盐成膜过程示意图 32 成膜机理 四步法 1 磷酸二氢锌盐在金属表面发生水解反应与磷酸的三级离解 Me H2PO4 2 MeHPO4 H3P043MeHP04 Me3 P04 2 H3P04H3P04 H2PO4 H HPO42 2H PO43 3H 2 金属工件表面与磷化液中的游离磷酸发生酸蚀反应 Fe 2H3PO4 Fe H2PO4 2 H2 提供Fe2 3 利用氧化促进剂 去除氢气 加速磷化反应速度缩短磷化时间 O O 如 Fe2 Fe3 H2 H2O 第五节磷化 33 4 成膜反应当基材是锌板 或镀锌钢板 时 生成的磷化膜 浅灰到深灰色膜 为 3Zn2 2PO43 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 当基材是钢板时 生成的磷化膜 浅灰到深灰色膜 为 P38 2Zn2 Fe2 2PO43 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 采用碱金属铁系磷化时 生成的磷化膜 连续彩色膜 为 Fe NaH2PO4 O2 FePO4 4H2O Fe2O3 Na2HPO4 H2O 主盐 磷化膜 水溶性磷化渣 磷化膜的主要成分是Me3 PO4 2 4H2O 但也有磷酸铁和氧化铁存在 第五节磷化 34 磷化渣及再生利用磷酸盐沉淀的副反应将形成磷化沉渣 Fe3 PO43 FePO4 但也有少量的Me3 PO4 2 磷化渣在钢铁 机械等行业得到再生利用 将磷化渣用磷酸溶解后 调整其组成成分 直接配制成磷化液 第五节磷化 35 铁盐磷化 反应时间 较快 几秒至一两分钟 较慢 一般大于2分钟 工艺控制 简单 相对较复杂 锌盐磷化 药品消耗 消耗少 生成成本低 消耗相对高 成本亦相对高 pH 4 0 6 0 4 5 5 5 1 5 1 3 膜组成 磷酸铁 氧化铁 铁 锌 锰 镍的磷酸盐 很少 於渣 设备维护 比较多 磷化淤渣少 容易维护 磷化淤渣多 维护复杂 促进剂用途 增加膜重 降低膜重 附着力 优良 良 好 差 耐蚀性 设备耐蚀性要求不高 可采用磷化 除油二合一工艺 设备要求 设备要求相对高 应用 多用于设备有限 部件要求不高的场合 作为涂装底层而普遍采用 铁系磷化与锌系磷化的比较 第五节磷化 36 磷化膜成膜规律研究分析 第五节磷化 磷化过程的 开路电位 时间 曲线 温度T 25 时间t 1800秒 AB 自然氧化层的溶解和基体的腐蚀阶段 BC 开始形核成膜阶段 CD 基体再溶解阶段 DE 主要成膜阶段 EF 再结晶阶段 FG 磷化膜孔隙中沉淀物形成阶段 GH 膜的 生长 溶解 平衡阶段 1 开路电位 时间 曲线分析 37 2 磷化膜的形成过程 磷化膜结构的EMS图1000X 第五节磷化 磷化2s的磷化膜结构 磷化4s的磷化膜结构 磷化6s的磷化膜结构 磷化30s的磷化膜结构 磷化40s的磷化膜结构 38 1 磷化膜外观 目测 GB11376 1989 GB T6807 1986 2 磷化膜厚或膜重的测定 GB T6807 1986 GB9792 1988 3 磷化膜的耐蚀性浸渍法 ASTMD870 54 GB T6807 1986 点滴法 孔隙率测定 GB T6807 1986 点滴液的成分与含量 分析纯硫酸铜 CuSO4 5H2O 41g L分析纯氯化钠 NaCl 35g L0 37 盐酸 HCl 13ml L盐雾实验 ASTMB117 64或GB1771 1979 漆膜耐盐雾测定法 四 磷化膜质量检验P42 返回 第五节磷化 39 膜重 g m2 用途0 3 1 1 次轻量级 用于较大形变钢铁工件的油漆底层1 1 4 3 轻量级 用于油漆底层4 3 7 5 次重量级 作基本不发生变形的钢铁工件的油漆底层 7 5 重量级 不作油漆底层 可做模具的润滑层 磷化膜重量与用途关系 第五节磷化 40 1 磷化工艺参数的影响P37总酸度 TA TotalAcid 磷化液中含有的所有酸性成分的总和 测定结果用 点 数表示 用酚酞为指示剂 变色范围pH8 0 10 0 游离酸度 FA FreeAcid 磷化液中游离酸的浓度 由磷酸和其它酸电离所产生 测定结果以 点 数表示 以甲基橙或溴酚蓝为指示剂 变色范围pH3 1 5 0 点 指消耗0 1mol LNaOH标准溶液的毫升数 以0 1mol LNaOH标准溶液滴定10mL磷化液 每消耗1mLNaOH标准溶液称为1 点 五 影响磷化的因素 P35 返回 第五节磷化 41 磷化温度磷化液的温度变化越小越好 生产中多采用板式交换器以防止磷化液瞬间过热分解 磷化时间通过工艺试验获得 2 促进剂的影响 P35 2 3 金属种类及表面状态的影响 P35 1 4 磷化设备及工艺管理因素P39包括 控制槽液负荷 经常检测游离酸和总酸 严格控制液温的波动 槽液过滤 水洗质量 第五节磷化 42 磷化液加热方式 槽外循环加热 第五节磷化 43 磷化后的水洗通过电导率测定控制水洗质量 磷化后的钝化可提高磷化膜的耐蚀性 但在耐蚀性要求不高的情况下可有可无 磷化膜的烘干1 为下道工序的溶剂型涂料或粉末涂料施工作准备 2 消除磷化膜结晶水脱除对涂层结合力带来的不利影响铁系磷化膜可采用自然干燥或烘干 锌系锰系磷化膜应采用烘干 六 磷化的后处理 水洗 钝化 干燥P39 返回 第五节磷化 44 1 完全无锈工件预脱脂 脱脂 多道水清洗 表调 磷化 多道水清洗 烘干 或直接电泳 2 一般油污 锈蚀 氧化皮混合工件脱脂除锈 二合一 多道水清洗 中和 多道水清洗 表调 磷化 多道水清洗 烘干 或直接电泳 3 重油污 锈蚀 氧化皮类工件预脱脂 多道水清洗 脱脂除锈 二合一 多道水清洗 中和 多道水清洗 表调 磷化 多道水清洗 烘干 或直接电泳 七 涂装前处理工艺流程 返回 第五节磷化 45 第六节非铁材料的涂装前处理 铝合金 锌合金 镁合金和塑料等材料的涂装前处理方法区别于钢铁金属 各有不同 锌合金涂装前处理采用磷化 铝合金 镁合金涂装前处理以化学氧化为主 作为两性金属 注意脱脂液pH值的控制 塑料涂装前表面处理 P46 a 脱脂处理 有机溶剂清洗和化学清洗 b 灰尘的处理 采用吹离子风消除静电 c 改善塑料底材表面状态 采用火焰处理 铬酸溶液氧化处理 等离子处理等方法 对塑料表层分子进行极性化处理 第六节非铁材料的涂装前处理 46 高温氧化火焰处理 采用高温富氧火焰对塑料件表面进行高温处理 通过对表面分子的加氧处理 提高塑料表面分子极性 增大表面张力 第六节非铁材料的涂装前处理 47 机器人结合烧嘴火焰处理 第六节非铁材料的涂装前处理 48 火焰处理汽车保险杆