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磷化与涂装工艺

深圳雷邦磷化液工程部编辑

摘要：本文简述影响磷化膜质量的三要素，并对磷化与涂装工艺中磷化膜的致密度、表面沉淀物、膜厚、干燥、制剂的配套性及涂装工艺等技术进行研究说明。

一、工件涂装对磷化膜的要求
1.磷化膜的致密性
涂前磷化处理目的在于提高涂膜的附着力和耐蚀性能。近年来人们发现Mn，Ni，Co，Fe等离子加入能有效地改善磷化膜性能，尤其是钛盐的加入，效果更显著，生成的磷化膜均匀致密。Ca++作为膜中的一种组分早就使用，是很好的结晶“细化剂”。
依据Chali和Patvin推断，磷化膜的生长过程分为金属上的阳极性溶解(磷化膜生长的诱发期)、非晶形沉积(磷化膜初始生长期)、结晶化和晶体成长、晶体重排四个阶段。
在不同的加速剂下磷化膜的生长与规律是不同的。因此，选用不同的磷化加速剂可获得薄而致密的磷化膜。锰盐磷化在硝酸钡、硝酸镍及活化稳定剂的作用下，可获得非晶型的磷化膜。八十年代初最常用的细化剂是柠檬酸和酒石酸的盐类，有时还加有氟化物以改善磷化膜的均匀性。随着科技的进步，新型的细化剂与络合剂在不断涌现，因此，磷化加速剂的类型和用量的选用都必须通过试验才能确定。
2.表面沉淀物
在涂装工程中，磷化后的清洗工序是不可忽视的，必须彻底洗净磷化膜上残留的可溶性盐，如果清洗不彻底，就会导致两种后果，第一，这些残留可溶性盐在湿热条件下易引起涂层早期起泡和脱落;第二，在阴极电泳涂装时可溶性盐带入电泳槽中会严重污染电泳槽液。
众所周知，磷化沉淀是在溶液本身中形成的，沉淀是必然的，不产生沉淀的磷化液是罕见的。要减少磷化膜上的沉淀物，就要使磷化液的稳定性好，悬浮在磷化液中的浮渣少。若用亚硝酸钠作促进剂，则会带来不少沉淀，磷化液稳定性不高，还存在毒性。
根据Rorning的研究结果可知，pH值从最佳值升高0.1时，可导致不溶性磷酸盐沉淀。氟化钠有很强的调节作用，可使磷化液在使用过程中pH值有较好的稳定性。
过分地加热某些锌磷化液会导致溶液中出现半透明片状沉淀，应予避免。减少沉淀的根本原则是在保证磷化膜质量的前提下尽量减少磷化液对基体的浸蚀作用。
3.磷化膜厚度
磷化膜本身在涂层系统中并不单独承担耐蚀作用，主要是使涂膜具有强的粘附性。因此，在涂装工艺中磷化膜应薄而致密，结晶细致。磷化膜是一种半导体膜，膜过厚不但结晶粗、脆性大、孔隙高，而且膜电阻大，阴极电泳时电沉积率及喷塑涂装的上粉率都降低，难以保证正常生产。阴极电泳涂漆的磷化膜最好控制在2--4. 5μm，喷塑涂装的磷化膜控制在1.5--2. 5μm。
决定磷化膜膜厚的首要因素是磷化液的类型和组分的浓度。不含添加剂的磷化液，磷化速度慢，得到的磷化膜厚。利用添加剂可将磷化膜的厚度控制在一定的范围内变动。要想获得薄而结晶细小致密、导电性和抗蚀性能均佳的磷化膜，应采用低锌含锰磷化液及钛盐加速剂。
在进行磷化处理时，能在最短的时间内获得一定厚度的磷化膜，并使孔隙率降到一定程度，是件既节能又省时的事情。磷化膜上的孔隙从一个侧面又反映了磷化膜的质量。
4.磷化膜的烘烤
干燥也是磷化处理过程中一个重要环节。磷化膜经100℃烘烤，对阳极电泳涂装的抗蚀性有显著提高，在120℃下烘烤，膜失重很大，结晶更细化致密，与其底材结合力有较大的增加，温度高于150℃时，改进不明显，超过200℃时，就会导致磷化膜体积缩小和起泡。干燥温度对锌系磷化膜与阴极电泳涂装配套说法不一，因此在阴极电泳涂装时应根据生产方式自行选择。
二、制剂的配套性
在涂装前处理中既要注重脱脂剂、除锈剂和磷化液的处理质量，又要重视它们之间的相互配套性。否则就会使前处理效果下降，磷化液沉渣增多，磷化膜粗糙多孔耐蚀性降低。
碱性清洗液中含有各种湿润剂、洗涤剂以及无机化合物。这类脱脂液往往使磷化膜粗糙，而且随着碱度的增加将更加显著。一般要求磷化膜规则而均匀，由此看来，用碱性清洗液脱脂是不适宜的。为解决以上矛盾，近年来人们开始采用pH值在6--8的中性低温脱脂剂，它不含难以清洗的NaOH，Na2Si4、和OP一10等。工业用脱脂剂清洗温度最好不要超过75℃，碱金属硅酸盐和OP-10乳化剂水洗性较差，如果脱脂剂中含有这些成分，易污染磷化液，增加磷化沉渣。
三、涂装工艺
1.粉末静电喷涂
粉末静电喷涂是喷塑工艺中最主要的环节，喷涂时粉末涂料的雾化，涂层的厚度及均匀性，直接关系到产品的外观质量。
过去不少粉末静电喷涂用户，误信静电充电电压越高，粉末的充电效率也提高。实事上，传统的“电压主导充电方式”设备，存在着不少间题，如“反向电离”及“法拉第效应”等。因此，在高压静电喷涂时要依据工件形状、大小，合理选择电压、喷距、供粉量。对形状复杂件，应调整电压范围及喷枪喷出夹角。众所周知，若最大电流在100μA时，当电极与工件很接近时，电场强度很大，因而导致很强的“反向电离”作用，严重破坏喷涂表面质量。
采用“电流上限值”作保护，还存在很多问题，其一，在某些状态下，如重新涂装，当电极与工件距离约5 cm时，会产生“火花”。其二，如果把电压调在较低水平，电极与地电流不会升至100μA。其三，在自动喷涂线中，各喷枪间的距离较接近时，各电场间会互相影响，从而影响了保护装置切断电源的条件。
从理论上讲，当喷枪与工件充电电流稳定在调好电流值(15μA)时，而充电电压应适当地自动降低，保持电场能量不变。当电极与工件相接时，电压则会降至最低值，电场能量保持在低水平。在这种情况下，即使有“火花”产生，也不会造成影响。目前，国外采用了“可控电流主导充电方式”，克服了“反向电离”作用及“法拉第效应”。
粉末在烘烤过程中，决定涂膜的光泽、流平等性能，主要取决于粉末的熔融和流动流平区域，而固化反应完全与否，则决定涂膜的机械性能。烘烤混度过低，时间过短会产生涂层固化反应不完全，’严重影响涂膜的机械强度和附着力;烘烤过度会产生变色失光和老化现象。
2.电泳涂装
电泳涂装过程伴随着电解、电泳、电沉积、电渗等化学、物理化学的复杂反应过程。在电泳涂装中，涂装电压的供电方式，对整体涂膜厚度分布、外观质量、综合性能、尤其是泳透力的好坏都有极重要的影响。
对间歇式生产线来说，采用逐步升压的方式，通过程序自动控制电压来实现。对连续式生产线来说，通常采用分段汇流排的方式。
汇流排分段数量视情况而定，一般多采用2-3段供电方式，每段汇流排的电压可以单独调节，工件入槽、出槽都可以在低压下进行。从而对工件的电流密度、涂膜的均匀性、涂膜的厚度做到有效的控制。
干、湿磷化膜采用同一种带电方式入槽，会造成不同的涂装效果。干磷化膜泳件应采用入槽后通电，避免带电入槽造成的泳件涂膜呈阶梯痕，而漆液的循环，可使电泳槽内涂料均匀分散，防止涂料、颜料沉淀等。电泳涂料从副槽出来应在循环泵的作用下，经粗、细过滤器直接进入主槽底喷淋，以确保槽液充分循环。
固体含量、pH值、泳透力、比电导度、库仑效率、MEQ值、溶剂含量等项指标，是阴极电泳涂漆中不可缺少的工艺参数，都应控制在规定范围内，在大批量生产的动态条件下绝非易事。
熟化槽和超滤系统工作的好坏，将直接影响电泳漆的溶剂含量。阴极电泳吟对温度的要求比较严格，温度过低，涂膜太薄，温度过高，涂膜太厚，一般温度控制在28±1℃。