2023-06-05
目前，國內涂裝磷化槽液中均含有有毒有害物質如亞硝酸鹽等，此外，磷化液中含有的重金屬離子鎳離子等也是對環境危害比較大的污染源。隨著環保政策的加嚴，需要開發環境友好型涂裝前處理工藝。
目前環保型涂裝無磷轉化前處理工藝技術經過多年的發展，已經成為國內外電泳涂裝前處理行業的主流技術。無磷轉化前處理技術是以氟鋯酸鹽為主劑的前處理技術，可以在脫脂干凈的工件表面形成一層無晶形三維網狀膜，是一種節能環保型前處理工藝，可替代傳統磷化前處理工藝技術。
在工件基材表面生成的無磷轉化薄膜涂層阻隔性強，并與金屬氧化物形成強烈的結合力，與后道工序電泳、面漆等涂膜具有良好的結合力，可以明顯提升工件復合涂膜的機械性能及防腐性能，延長工件耐腐蝕時間。 無磷轉化薄膜前處理技術無磷無渣不含重金屬離子，解決了傳統磷化工藝存在的環保弊端，在保證產品性能的同時也解決了環境污染問題，達到節能減排的目的。本文就重卡車架熱軋板經不同前處理方式后磷化和薄膜前處理工藝涂膜性能進行研究。
本次試驗選用重卡車架用板材，包含熱軋鋼板、車架三角形樣件，熱軋鋼板表面有一層氧化皮，對車架板材表面的氧化皮采用不同的處理方式：不除氧化皮處理、噴砂處理、水洗拋丸處理，酸洗處理等不同的表面處理方式，試片參數信息詳見表 1。
磷化前處理藥劑：脫脂，表調，磷化；薄膜前處理藥劑：脫脂、無磷轉化液；底面合一陰極電泳涂料。
車架用熱軋鋼板采用不同的表面氧化皮去除工藝后，試板經過磷化和薄膜前處理兩種不同的前處理工藝方式，然后在實驗室進行陰極電泳泳板，制板信息詳見表 2。
試驗測試板材經過薄膜前處理工藝處理，板材外觀顏色目視為灰色，前處理轉化膜厚度 20-100 nm，為磷化膜厚度的百分之一，采用 SEM掃描電鏡檢測板材表面涂膜質量，涂膜表面致密( 見圖 1)，為無晶粒形狀結構。
對熱軋鋼板磷化前處理得到的磷化皮膜進行外觀、結晶尺寸和膜重檢測，目視外觀表明磷化膜為灰色皮膜，表面平整、均一、細致、皮膜完整，無掛灰、黃銹等缺陷，SEM 掃描電鏡 2 000 倍鏡像照片顯示(見圖 2)磷化膜結晶形狀為柱狀，結晶尺寸≤10um；用退膜法對磷化膜膜重進行檢測，熱軋鋼板磷化膜膜重為 3g/m2。熱軋板制備的無磷轉化膜和磷化膜均滿足前處理工藝技術要求。
將不同前處理制備的熱軋板電泳涂膜按照 GB/T9286《色漆和清漆 劃格試驗》的規定，用 BYK 劃格器(1 mm)劃十字，采用3M 膠帶測試涂膜附著情況，檢測結果評價，熱軋鋼板涂膜表面十字交叉部位沒有被膠帶破壞，附著力均為 0 級，均滿足電泳涂膜附著力技術要求。
車架熱軋鋼板在鋼材生產的過程中，會生成一層以三氧化二鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵等氧化物質組成的氧化皮，涂裝在進行前處理上件前，一般會采用拋丸、噴砂或酸洗等工序把熱軋鋼板板材表面疏松的氧化皮去除，確保涂裝涂膜性能。
對車架熱軋鋼板表面氧化皮采用不同的處理方式，分別進行不同的前處理工藝處理后配套底面合一陰極電泳涂料，開展實驗室500 h 中性鹽霧防腐性能檢測。試驗使用中性鹽霧腐蝕試驗設備，將不同前處理方式制備的 8 種熱軋板電泳涂膜試板封邊處理，試板涂膜表面采用0.5 mm 寬度的劃痕工具進行劃叉。
按照GB/T 10125《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》規定進行耐中性鹽霧測試，試驗周期為 500 h。試驗結束后按ASTM D 1654-05 標準對試板表面涂膜進行處理，檢測單邊擴蝕寬度，記錄板材表面起泡及腐蝕情況。試驗結果見表 4。
通過分析 500h 耐中性鹽霧防腐試驗結果，比較試板表面涂膜擴蝕寬度可以得出，酸洗工藝除氧化皮涂膜的腐蝕性能優于水洗拋丸工藝除氧化皮涂膜耐蝕性能，優于噴砂工藝除氧化皮涂膜耐蝕性能，優于未進行氧化皮處理的涂膜耐蝕性能。
針對噴砂工藝，比較試板可得出，經過磷化前處理和無磷前處理的試板表面均存在點銹，對產生銹點的原因進行分析，可能是由于板材表面噴砂處理后，試板表面狀態一致性差。存在尖端效應，導致試板涂膜表面部分部位電泳涂膜偏薄，因而耐中性鹽霧試驗后試板出現銹點。噴砂后兩種前處理工藝處理的試板其擴蝕寬度均較小，耐腐蝕性能滿足產品要求。
針對酸洗工藝，比較試板的擴蝕寬度可得出，對于酸洗后的試板磷化前處理涂膜性能略優于無磷前處理工藝的試板。由于酸洗工藝處理后的試板表面狀態佳，所以酸洗板在本輪試驗驗證中綜合涂膜性能表現最佳。對未進行氧化皮去除的試板：對比試板的擴蝕寬度可得出，對于不去除氧化皮的工件，薄膜前處理工藝處理的涂膜性能優于磷化處理的涂膜性能。
分析原因，可能是由于熱軋板工件表面生產的氧化物質較疏松，無機和有機涂膜形成致密的三維網狀涂膜對鋼板表面疏松的氧化膜孔隙進行了填充，形成相對致密的皮膜，所以薄膜前處理工藝制備的試板耐蝕性能比磷化工藝制備的試板性能佳。
本文針對車架線涂裝的熱軋鋼板涂裝性能研究，比較了傳統磷化工藝與環保型無磷前處理涂裝工藝分別配套底面合一陰極電泳涂料的涂膜性能，研究結果顯示，附著力等機械性能兩種前處理方式基本相當，耐腐蝕性能如 500 h 中性鹽霧試驗性能方面薄膜前處理工藝比磷化前處理工藝低，但可滿足車架線的涂膜性能技術要求，可以應用于汽車車架、車廂、摩托車零部件前處理工藝。
針對車架線涂裝的熱軋鋼板研究比較了不同表面處理方式對其耐中性鹽霧性能的影響，選擇噴砂，水洗拋丸，酸洗等去除氧化皮的工藝，采用薄膜前處理技術能夠滿足車廂、車架涂裝生產線產品涂膜技術要求。通過生產現場薄膜的處理工藝5個多月的運行，無磷轉化槽液和無磷轉化膜質量穩定，展現出了較好的應用前景。
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