|
钢桶涂装前脱脂磷化工艺介绍
胡兵（成都银光表面技术有限责任公司）
成都银光表面技术有限责任公司成立于1998年，从事本行业11年。我公司专业生产、研发前处理表面处理剂；我公司是成都市机械工程学会会员单位，ISO9001-2000国际质量体系认证企业，为四川省产品质量检验中心会员单位，产品为四川省质量技术监督中心2006年度四川市场质量跟踪合格产品，被四川省质量技术监督中心评为2006年度‘重质量、守规则、讲诚信’质量信誉同盟企业。
我公司在乌鲁木齐市、浙江省、江苏省、昆明市设有办事处，可确保为该地区客户提供及时、周到的售后服务；我公司在各地区客户所做产品涉及汽车、电器、电控柜、防盗门、文件柜、钢家具、散热器、高速公路护栏板、精制油桶等各种行业客户。
一、磷化原理
磷酸铁系膜磷化过程中的化学反应如下：
4Fe+8NaH2PO4+4H2O+2O2→4Fe(H2PO4)2+8NaOH
上式中，Fe为被处理物、NaH2PO4和H2O为磷化液主要成分、2O2为氧化剂。
2Fe(PO4)2+2NaOH+2O2→2Fe(OH)3+2NaH2PO4+3H2O
2Fe(PO4)2+6NaOH+2O2→2Fe(OH)3+2NaH2PO4+2NaHPO4+H2O
2Fe(OH)3→Fe2O3+2H2O
综合可得：
4Fe+8NaH2PO4+4H2O+2O2→2FePO4+Fe2O3+2NaH2PO4+3H2O
上式中2FePO4+Fe2O3即为磷化膜成分。
二、磷化分类
1、按磷化处理温度分类
高温型：80-90度
中温型：50-75度
低温型: 30-50度
常温型：10-40度
2、按磷化液成分分类
（1）锌系磷化
（2）锌钙系磷化
（3）铁系磷化
（4）锰系磷化
（5）复合磷化：磷化液由锌、铁、钙、镍、锰等元素组成
3、按磷化处理方法分类
（1）化学磷化
（2）电化学磷化
4、按磷化膜质量分类
（1）重量级（厚膜磷化） 膜重7.5 g/m2以上。
（2）次重量级（中膜磷化）膜重4.6-7.5 g/m2。
（3）轻量级（薄膜磷化）膜重1.1-4.5 g/m2。
（4）次轻量级（特薄膜磷化）膜重0.2-1.0 g/m2
5、按施工方法分类
（1）浸渍磷化
（2）喷淋磷化
（3）刷涂磷化
三、磷化的作用
①增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合力。
②提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。
③提高装饰性。
四、影响磷化的因素
1、浓度（总酸度、游离酸或酸消耗）
2、温度：温度是成膜的关键因素，严格控制温度，温度变化越小越好；
3、时间：时间过短，不能生成磷化膜，时间过长，生成膜粗大疏松；
4、溶液中铁离子浓度；
5、磷化沉渣含量的影响；
6、磷化处理设备的影响；
7、被处理钢材的表面状态影响。
四、磷化膜质量检验
1、磷化膜外观检验
磷化后工件的颜色应为浅灰色到灰黑色或彩色；膜层应结晶致密、连续和均匀。磷化后的工件具有下列情况或其中之一时，均为允许缺陷：轻微的水迹、钝化痕迹、檫白及挂灰现象；由于局部热处理、焊接以及表面加工状态的不同而造成颜色和结晶不均匀；
在焊缝处无磷化膜。磷化后的工件具有下列情况之一时，均为不允许缺陷：疏松的磷化膜层；有锈蚀或绿斑；局部无磷化膜（焊缝处除外）；表面严重挂灰。
2、耐蚀性检查
将磷化后的样板浸入3％的氯化钠溶液中，经1小时后取出，表面无锈渍为合格。出现锈渍时间越长，说明磷化膜的耐蚀性越好。
3、涂膜耐蚀性
按上述检验涂膜耐蚀性，锌系、锰系、锌钙系磷化膜的涂装试样经24h耐中性盐雾实验后，铁系磷化膜的涂装试样经8h耐中性盐雾实验后，除划痕部位处，涂膜应无起泡、脱落及锈蚀等现象（注：划痕部位系指划痕任何一侧的附近宽度0.5mm范围内）。
4、涂膜耐水性
将涂膜浸渍在纯水中48小时，晾干2小时用划格法测试其附着力，应当≤2级。
五、油污的组成和性质
对于制桶行业而言，涂装前预处理包括脱脂、磷化工序。
１、油污的组成
（1）、矿物油、凡士林
（2）、皂类、动植物油脂、脂肪酸等；
（3）、防锈添加剂：防锈油和防锈脂的主要成分。
２、油污的性质
（1）化学性质
可皂化：动植物油（皂化、乳化、溶解）
不可皂化：矿物油和凡士林（乳化、溶解）
（2）物理性质
油污粘度越大或滴落点越高，清洗越困难；极性油污有较强烈地吸附在机体金属上的倾向，清洗较困难。
六、金属脱脂方法
１、按脱脂成分分类
（1）碱液清洗法脱脂：
成分：氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸盐；
温度：50--80℃；
PH值：12—14。
（2）乳化剂脱脂
成分：乳化剂TX-10、6501、烷基苯磺酸钠、磷酸盐等；
温度：40--60 ℃
PH值：9—11。
（3）有机溶剂清洗法
成分：常用漆用汽油和松香水。
（4）电化学脱脂
（5）超声波清洗
２、按清洗方式分类
（1）浸渍式
（2）喷淋式
七、脱脂是否彻底的检验方法
1、水膜法（最常用）
经过脱脂处理后的金属表面，用清洁的水清洗，观察金属表面的水膜情况来判断脱脂效果的方法叫水膜法。
如果水膜均匀连续，则说明脱脂效果良好；
如果水膜不能完全连续，则说明脱脂效果不是很好；
如果根本不形成水膜，则说明脱脂效果很差。
2、擦拭法
3、硫酸铜法
把金属试样浸在硫酸铜水溶液中，1分钟后从溶液中取出工件，用水冲洗。观察铜膜完整均匀、光泽及结合力好，表明工件表面无油污。
4、验油试纸法
5、测定脱脂率
因实际情况比较复杂，此方法的使用有一定的局限性。
八、脱脂中常见的问题及解决
1、现象：脱脂效果不佳。
（1）原因：脱脂剂选择不当；解决：更换脱脂剂。
（2）原因：脱脂工艺选择不当；解决：采用二级脱脂，二级清洗。
（3）原因：表面油污过厚，脱脂不均匀；解决：先手工预擦洗。
（4）原因：脱脂温度偏低；解决：提高脱脂温度。
（5）原因：脱脂剂浓度偏低；解决：提高浓度至工艺范围。
（6）原因：机械作用不够；解决：提高喷射压力。
（7）原因：喷嘴堵塞，流量不足；解决：定期清洗喷嘴。
（8）原因：工作液中含油量太高；解决：定期更换槽液，采用二级脱脂。
（9）原因：脱脂后水洗不彻底；解决：加强水洗，清洗水连续溢流。
2、现象：工作液泡沫高。
（1）、原因：温度过低；解决：提高温度至规定范围。
（2）原因：循环泵密封处磨损而进空气；解决：更换泵的密封材料。
（3）、原因：脱脂剂选择不当；解决：更换脱脂剂。
（4）原因：喷射压力过高；解决：降低喷射压力。
（5）原因：没采用消泡工艺；解决：采用消泡剂，如醇类、聚醚等。
3、现象：水洗槽泡沫过多。
（1）原因：水洗槽溢流量太小；解决：加大溢水流量。
（2）原因：循环泵密封处磨损而进空气；解决：更换泵的密封材料。
（3）原因：槽液使用时间过长；解决：定期更换槽液。
4、现象：水洗槽碱度过高。
（1）原因：碱槽向水洗槽窜溶液；解决：改造设备；避免窜液。
（2）原因：工件带太多的碱液进水洗槽；解决：改变装挂形式，延长滴液时间。
（3）原因：水洗槽溢流量太小；解决：加大溢流量。
（4）原因：槽液使用时间过长；解决：定期更换槽液。
5、现象：零件水洗后生锈。
（1）、原因：工序间隔时间过长；解决：工序间增加喷湿。
（2）原因：水洗时间过长；解决：不允许在此长时间停留。
九、磷化中常见的问题及解决
1、现象：无磷化膜或磷化膜不易形成
（1）、原因：工件表面有硬化层；解决：采用酸洗、喷砂去除硬化层。
（2）原因：总酸度不够；解决：补加磷化剂。
（3）原因：处理温度低；解决：升高磷化液温度。
（4）原因：脱脂不净或磷化时间短；解决：加强脱脂或延长磷化时间。
（5）原因：磷化液比例失调；解决：调整或更换磷化液。
（6）原因：工件重叠或工件发生面接触；解决：增大工件间隙，避免工件面接触。
2、现象：磷化膜过薄
（1）原因：磷化时间不够；解决：延长磷化时间。
（2）原因：工件表面有硬化层；解决：采用酸洗、喷砂去除硬化层。
（3）原因：处理温度低；解决：升高磷化液温度。
（4）原因：机械作用不够；解决：提高喷射压力。
（5）原因：磷化液比例失调；解决：调整或更换磷化液。
3、现象：磷化表面生锈
（1）原因：磷化膜晶粒过粗或过细，耐蚀性降低；解决：调整工作液指标至工艺范围。
（2）原因：工件表面有残酸；解决：加强水洗。
（3）原因：工件表面过腐蚀；解决：控制酸洗过程。
（4）原因：磷化液中残渣过多，已堵塞喷嘴；解决：倒槽，清洗喷嘴。
（5）原因：磷化液温度低；解决：提高磷化液温度。
（6）原因：喷淋压力大，喷嘴方向不当；解决：逐一检查调整至运行正常。
十、脱脂槽液的化验
1、脱脂槽液定义
总碱度是指水中所含能与酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子H+的物质的总量。
游离碱度是指水中所含OH-离子的总量。
２、化验
（１）游离碱度：用移液管取10ml脱脂液于锥形瓶中，加入4—5滴酚酞指示剂，溶液呈粉红色，用0.1mol/L盐酸标准溶液滴定至溶液变为无色时为终点，所消耗滴定液的体积数(ml)即为游离碱度点数。
（２）总碱度：用移液管吸取10ml脱脂液脱脂液于锥形瓶中加入50ml蒸馏水，再加2—3滴溴酚蓝指示剂，用0.1mol/L的盐酸标准溶液滴定至黄色即为终点，所消耗盐酸标液毫升数即为总碱度点数。
十一、磷化槽液的化验
1、定义
总酸度：磷化液中游离酸和化合酸的总和称为总酸度。
游离酸度：磷化液中游离H+的浓度称为游离酸度。
酸消耗：磷化液中所含碱性离子消耗酸的总和称为酸消耗。
2、化验
（１）总酸度：
用移液管取处理液10ml于锥形瓶中，加3—5滴酚酞指示剂，溶液无色，用0.1N氢氧化钠标准溶液滴定至溶液变成粉红色并保持30秒不褪色为终点，这时所消耗的氢氧化钠毫升数即为总酸度的点数。
（２）游离酸度：
用移液管吸取处理液10ml于锥形瓶中，加3—5滴溴酚蓝指示剂，用0.1mol/l的氢氧化钠标准溶液滴定溶液黄色变为蓝紫色为终点，所消耗氢氧化钠标液毫升数即为工作液游离酸度的点数。
（３）酸消耗：
取处理液10ml于锥形瓶中，加2—3滴溴甲酚绿指示剂，用0.1N的盐酸标准溶液滴定至溶液由蓝色变为绿色为终点，所消耗的盐酸标液毫升数即为酸消耗点数。
十二、槽液的更换
1、脱脂槽
处理液长期使用后槽液将脏污，最终使脱脂能力减弱而成老化状态，这种状态的槽液补加脱脂剂已达不到预期效果，故应重新配制。当总碱度/游离碱度的比值大于1.8时，槽液应当整槽更换。
2、磷化槽
（1）控制Fe2+含量：当Fe2+含量>3.5g/L时,应当更换槽液.
（2）控制磷化渣含量：当磷化渣含量>5ml/1000ml时应当更换。
注:磷化槽液一般未进行滴定分析控制是否更换槽液。
十三、钢桶前处理推荐工艺
工艺流程：热水洗→ 预脱脂→ 主脱脂→ 水洗1→ 水洗2→磷化或硅烷→水洗3 →水洗4 →纯水洗→干燥→喷涂
此工艺有9个槽体，比目前常规前处理线多2个槽体：热水洗、纯水洗，但实际是可以节约成本、效率：
1、第一个槽体用热水洗有以下好处：在中高温下（60--80℃），钢桶表面大部分油污、灰尘被清除，可以1—2天整槽更换，不会浪费脱脂剂；因在热水洗槽将大部分油污已通过高温除去，故可节约脱脂剂用量；
2、最后一个槽体采用纯水洗，涂装喷涂后从表面看，没有差距，但若作盐雾腐蚀试验，差距还是较大的。另外在表面喷涂后的洁净度上也存在较大差距，在家电行业，如冰箱、洗衣机、空调等，要求在一面其小颗粒不能够超过3粒，对表面尘埃物的要求很高，故大多数家电厂家在前处理最后一道工序采用纯水洗，其纯水电导率≤25us/cm，一般自来水的电导率在300--400us/cm.从我国钢桶的发展趋势看，很可能超过美国产量成第一生产大国，那么出口数量会急剧增加，对产品质量要求也会提高。
十四、前处理药剂发展方向预测
１、发展方向
无污染：无磷、无泡沫、中性
无重金属：可通过SGS、ROUS检测报告（检测不含六价铬、汞、镉、铅离子），符合出口欧美、日本国家要求。
无排放。
２、脱脂剂
发展无磷、中性、无泡、无重金属、液体脱脂剂；
对于无磷实际上相对简单，目前市面上的无磷洗衣粉也有近十年时间。但仅仅是无磷也只是解决了国家污水排放标准的一项指标，仍然需要环保处理其他指标才能达到环保要求，实际上需要是中性脱脂剂，PH值在6.0—8.0之间，无泡沫，无重金属，这样脱脂剂后的水洗可以直接排放。若整槽更换脱脂槽液，按照国家标准，其COD、BOD、悬浮物仍然超标，故需要沉降、稀释、过滤后才能够排放。
液体脱脂剂的优点是补加方便，不易堵塞喷嘴。
３、皮膜剂种类
（1）磷化：铁系磷化、锌系磷化
（2）免水洗钝化剂：卷材用三价铬钝化，钝化后不水洗，在烘干过程中形成钝化膜
（3）硅烷钝化剂：目前在国外有家电行业使用，在国内属于试制阶段。
|
