Hi-Q 部落格

塗裝的前處理

◎有機塗層是防止金屬腐蝕的有效方法，對機塗層技術要求有：

◎與金屬基體有良好的附著力

◎降低塗層孔隙率

◎優良的塗層耐腐蝕介質性能。

◎在塗裝金屬工件的所有性能中，塗層與基體的附著力是最重要和具有決定意義的。

◎塗層的防腐蝕性能主要取決於塗層與金屬基體表面的附著力，故附著力的好壞直接影響塗層的品質和使用。

 磷化處理

◎磷化是一種廣泛應用於金屬塗裝前處理的傳統工藝，它是磷酸鹽與金屬基體進行化學反應而在其表面形成磷酸鹽化學轉化膜的工藝過程，這種磷酸鹽轉化膜稱為磷化膜。

◎磷化的主要目的是為基體金屬提供短期工序間保護，在一定程度上防止金屬基體被腐蝕，用於塗漆前打底,提高漆膜塗層的附著力與耐腐蝕性能。

◎磷化技術被廣泛應用於汽車、家用電器以及機械等行業的塗裝前處理中。

              4Fe + 3Me2+ +6H2PO4- +6NO2-----à

             4FePO4  +Me3(PO4)2 + 6H2O + 6NO

            (淤渣)        (磷化膜)             (廢氣)

                         (Me=Fe2+,Ni2+,Zn2+)

磷化膜的主要優點

◎磷化膜具有多孔性,塗料可以滲入到這些孔隙中，通過機械力的作用拉住金屬，因而能提高塗層的附著力。

◎磷化膜能使金屬表面由優良導體變為不良導體，從而抑制了金屬表面微電池的形成，有效地阻礙了塗層的腐蝕,明顯地提高了塗層的耐蝕性與耐水性。

◎磷化膜除用作塗層的底層外，還可用于金屬加工成形，潤滑和防繡封存等方面。

磷化的主要缺點

在環保方面：

◎每道工序後都要水洗，廢水多，污染物也多，處理困難,費用也高，要達到國家一級排放標準，廢水處理成本高達15～25NT/m³ 。

◎廢水中含有Ni²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺等重金屬離子。

◎廢水中含有NO₃^-、NO₂^-等強化劑與致癌物。

◎廢水中含有大量的磷酸鹽、表調劑和鈍化劑，磷酸鹽會引起”富營養化”效應，大量消耗水中的氧，使水中的魚和其它生物難以存活。

◎廢水中含有大量的表調劑和鈍化劑，鉻酸鹽鈍化劑為強致癌物。

◎磷化膜的機械強度低、硬度低、脆性大、磷化液槽的管理複雜、人工作業效率低、能耗高、而且磷化液中含有重金屬離子和致癌物、排放廢水量大、廢渣多，三廢治理困難。

塗裝的無磷預處理新工藝

◎廢水中的磷主要來自鹼性除油液、磷化液及含磷洗滌劑。

◎大陸環境事故為磷酸鹽的使用敲響了警鐘。

◎近年來，大陸幾大江河湖海：如松花江、巢湖、太湖、昆明滇池以及青島沿海都先後發生因氮、磷嚴重超標而大量繁殖綠藻或赤潮，造成魚類死亡，生活用水困難，在大陸造成惡劣的影響，也就為磷酸鹽、氨氮的使用敲響了警鐘，迫使大陸國家檯出更加嚴格的廢水排放標準。

磷化膜在其它性能上

◎磷化膜的機械強度低、硬度低、脆性大、磷化液槽的管理複雜、人工作業效率低、能耗高。

◎工藝流程長，設備多還要特別的除渣及廢氣處理設備，投資大。

◎漆前磷化要求磷化膜薄、結晶細小、均勻緻密,孔隙率低，膜厚的話會影響漆膜的結合力，受砂石衝擊時會引起漆膜崩裂,電泳塗漆時會因電阻大而難以沉積上漆。

◎一般磷化膜較厚，呈樹脂狀或顆粒狀,疏鬆、多孔。膜的緻密性、均勻性、封閉性差、耐蝕性差。

◎與塗膜的結合力靠機械力的作用，塗膜的結合力較差。

◎塗層品質問題中前處理占約70% ，而且是保證塗裝品質和防護品質穩定與否的重要因素。

無磷預處理的研究概況

目前磷化與鉻酸鹽鈍化都成了必須淘汰的工藝，人們開始探索無磷塗裝預處理新工藝，其中效果較好的三種新工藝是：

◎氟鋯酸鹽(也稱氧化鋯)處理

◎矽烷偶聯劑處理

◎金屬表面配合物膜處理

氟鋯酸鹽(也稱氧化鋯)處理

◎氧化鋯技術是指用改良的含氟的無機鋯酸鹽(如氟鋯酸鹽)取代傳統的磷酸鹽在某些金屬上可形成一層耐蝕性的氧化鋯膜,

◎ H2ZrF6 + FeO-àFeZrF6·xZrO2·yZrOF2

   氟鋯酸                    複合物膜

                            有人稱為:納米陶瓷化學轉化膜

◎其隔阻性強並與金屬氧化物及後續的有機塗層具有良好的附著力,能顯著提高金屬塗層的耐腐蝕性能,延長其耐腐蝕時間。

氟鋯酸鹽(也稱氧化鋯)處理的優點

◎耐蝕性與磷化處理相當，可在較低溫度和較短時間內完成操作。

◎運作成本比磷化處理低，水耗和能耗也較低。

◎不需要表調和封閉/鈍化，可沿用磷化處理的設備。溶液中的沉澱物比磷化液少。

◎目前安美特公司推出的  Interlox 工藝和DuBois Chemicals公司推出的Dura TEC 100工藝，大陸武漢材料保護研究所等都在推廣此類新工藝，現已開始用於汽車、家電和手推車等工業中。

氟鋯酸鹽(也稱氧化鋯)處理的缺點

◎氟鋯酸鹽處理槽比磷化槽更易被污染，處理前的清洗要比磷化更嚴格。

◎原材料中含有氟，易發生二次污染。

◎經氟鋯酸鹽處理的零部件比磷酸鐵處理的更容易被噴濺物侵蝕。

◎氟鋯酸鹽處理技術適用的範圍比磷化窄，並不是所有工廠都適用。

矽烷偶聯劑處理的優點

◎一端與金屬形成穩定的配位元鍵Si-O-Me，而另一端又與塗料形成穩定的共價鍵，剩餘的矽烷分子則通過Si-OH基團之間的凝聚反應在金屬表面上形成具有Si-O-Si三維網狀結構的矽烷膜。這就使金屬與塗料間的結合強度得到明顯的提高，而耐蝕性也得到明顯改善。

◎浸塗的時間短,僅幾十秒鐘，單位面積消耗及施工設備也比磷化少，成本也比磷化低。

◎經矽烷偶聯劑處理的金屬表面具有不錯的耐蝕性，對有機塗層的附著力良好，其效果與鉻酸鈍化工藝相當。

◎不含鉻和磷，可在常溫下進行處理，具有節能和環保等優點。

矽烷偶聯劑處理的缺點

◎矽烷偶聯劑處理對表面前處理的要求很高，處理前的最後一道水洗必須用純水洗,否則防腐性會下降，而矽烷處理後又不可水洗，水洗後成膜性下降,耐蝕性也下降。

◎對於冷軋鋼板，因本身無鍍鋅層或保護性氧化膜存，在工序間容易返鏽，因此要用二步矽烷偶聯劑處理。第一步用較低濃度的預矽烷處理，再用正常濃度矽烷溶液處理，才能達到較好的耐蝕效果。

◎矽烷偶聯劑在使用前要進行一定濃度的預水解處理，這樣才能在金屬表面上形成矽酸的配合物膜，但這一步驟的掌握與控制比較困難。水解預處理時間太短，低聚矽氧烷過少,現場的熟化時間延長，影響生產效率；水解預處理時間太長，低聚矽氧烷過多，會使處理劑混濁甚至沉澱，降低了處理劑的穩定性及處理品質。

◎矽烷處理後的烘乾溫度很高(110-140^oC，時間很長(>10 min) ，能耗較大。

矽烷偶聯劑是靠游離的矽酸與金屬表面的鐵離子配位而形成良好的結合力，但矽酸與Fe²⁺形成的是四元螯合環,張力大，很不穩定。

矽烷偶聯劑的改良

◎為便於烷鏈的交聯，使膜更緻密，矽烷的長鏈烷基可由直鏈的烷基改為有支鏈的長鏈烷基。

◎處理劑中複配其它防銹劑，使矽烷處理後可以水洗，且有較好的耐蝕性。

金屬表面配合物膜處理

◎選用可與金屬表面形成更穩定的配位原子組成的處理劑

    (配合物的穩定性由配位原子的種類與形成螯合環的大小等因素決定) 。

 ◎選用可形成更穩定的混合配體(螯合劑)組成的處理劑，使處理後形成的表面膜可以水洗，以適應電泳塗裝的需要。

 ◎選用可增加膜厚的配位劑進行複配，可根據需要調節膜的厚度及耐蝕性。

金屬表面配合物膜處理的優點

◎其原理與矽烷偶聯劑相似，一端與金屬形成更穩定的Me-O-R 、 Me-N-R配位鍵，而另一端R又與塗料形成穩定的共價鍵。

◎它是用比矽酸更強的配位劑取代矽酸，這樣它與金屬表 面形成更強的配位鍵，使結合力更強。

◎它不需要矽烷的預水解處理，就能直接形成更穩定的配位鍵，工藝易掌握，不受外界條件的影響。

◎它不需要高溫烘烤，只需吹幹或低溫烘乾，節省能源。

◎無殘渣、無廢氣、無重金屬、無磷, ，綠色環保。

◎成本低、流程短、設備簡單、容易掌控、使用方便。

◎已在國內多家工廠應用二年多時間，工藝成熟,效果可靠,可以全面推廣。