涂裝前表面處理技術(shù)

1、涂裝前表面處理技術(shù)基礎(chǔ)講座 一 前言,1目的： 將有機(jī)涂料涂覆于物體表面，并且干燥成膜的過程稱為涂裝。涂裝技術(shù)在世界的范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用 。民用汽車、電器、鋼制家具、辦公用具等表面裝飾防護(hù)：工業(yè)領(lǐng)域采礦、艦船、采油設(shè)備、海洋設(shè)備、飛機(jī)、軍事裝備等的防腐、裝飾、偽裝、隔熱、防火、等等，幾乎每個(gè)領(lǐng)域都離不開涂裝。 各種金屬表面材料及其制品經(jīng)機(jī)械加工、熱處理以及在儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^程中，在其表面總會(huì)有氧化皮、油污等，這些表

2、面的污物會(huì)嚴(yán)重影響到表面處理過程中涂層的致密性及與其體的結(jié)合強(qiáng)度。,涂裝前處理是涂裝的重要步驟，是提高涂裝漆膜附著力、耐腐蝕性能和裝飾性能的必要工作。涂裝前處理的目的，是清除被涂物表面的油污、油脂、腐蝕產(chǎn)物、殘留雜質(zhì)物等，并賦予表面一定的化學(xué)和物理特性，達(dá)到增加漆膜附著力，增加被涂物的保護(hù)性和裝飾性目的。良好的涂裝前處理可以充分顯示出涂層的裝飾效果和功能，否則涂層質(zhì)量再好，也不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此涂裝前處理是涂裝施工過程中非常重要的

3、步驟，它保證涂層的良好質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。 2 涂層前處理的分類 按處理方法分類可以分為機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法是借助工具進(jìn)行表面處理的方法，包括手工方法，動(dòng)力工具法，火焰法，噴砂法，拋丸法等?；瘜W(xué)法是借助化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行處理的方法，包括清洗，轉(zhuǎn)化膜，鈍化等。,按處理材質(zhì)分類又可以分為金屬材料涂裝前處理和非金屬涂裝前處。鋼鐵材料有色金屬材料，非金屬材料包括塑料，木材和水泥等。文本重點(diǎn)討論金屬表面前處理。 3 涂裝前處理的作用

4、 選擇適當(dāng)?shù)那疤幚砉に?，可以顯著提高涂層的性能和發(fā)揮涂層的作用。如果涂裝前處理只進(jìn)行除油，可以滿足一般的工藝要求。如果有轉(zhuǎn)化膜的存在，可以大大提高涂層的性能和延長涂層的使用壽命，可以達(dá)到事半功倍的效果。磷化膜可以提高涂層與底材的結(jié)合力和防護(hù)性。而經(jīng)過磷化處理的，能提供一個(gè)“粗糙面”，給涂層很好的咬合力，大大提高附著力，實(shí)現(xiàn)涂層的性能。最重要的是由于磷化膜的絕緣性，能夠抑制局部的電化學(xué)腐蝕，可以保證涂層在被損傷后，涂層的膜下腐蝕受到

5、抑制，不會(huì)在大面積腐蝕，以致腐蝕穿孔。 酸洗工藝對于高質(zhì)量要求的前處理是不推薦的，譬如高質(zhì),量要求的車架，一般都是通過噴砂除銹，之后進(jìn)行后處理。酸洗的存在可能導(dǎo)致原有的工藝降低一半的性能。所以對高質(zhì)量要求的涂裝，都很注意材料的保存和生產(chǎn)管理，防止銹蝕的板材產(chǎn)生，即使有少量的銹蝕，也通過打磨的方法去除氧化物。,二 金屬表面清洗除油,金屬在存儲(chǔ)、搬運(yùn)和加工的過程中，表面不可避免的得外界的一些污物所污染。這些可能的污染物包括在工廠

6、中為了防銹，拉拔機(jī)加工或者成型過程中的使用的機(jī)油、動(dòng)物油、植物油，也包括一些潤滑油或蠟、碳灰、石墨灰、金屬屑、磨料、金屬氧化物、焊渣等。在涂裝前除去這些污物對于整個(gè)產(chǎn)品的涂裝質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的。清洗除油的質(zhì)量很大程度上決定著涂裝前處理的質(zhì)量。清洗作為涂裝前處理的一個(gè)部分，要考慮清洗質(zhì)量，同時(shí)還要考慮對工件表面狀態(tài)的影響，以及對后續(xù)工序的影響。因此，一個(gè)高質(zhì)量要求的前處理要選擇適當(dāng)?shù)那逑磩?。每個(gè)涂裝工作者應(yīng)該認(rèn)識到正確選擇和使用清洗劑

7、的重要性。 除油又稱為脫脂，目的在于清除掉工件表面的油污和油脂。附著在金屬表面的油脂，根據(jù)它們與堿的反應(yīng)的特性可以分為兩類：可以與堿反應(yīng)的生成肥皂的皂化油，如動(dòng)物油和植物油等。不能與堿反應(yīng),生成肥皂的非皂化油，如凡士林，潤滑油，石蠟等礦物油。1 分類 除油的方法包括物理機(jī)械法和化學(xué)法兩類。物理機(jī)械法主要是：手工擦刷、噴砂、拋丸、火焰灼燒等?；瘜W(xué)法主要包括乳化清洗、溶劑清洗、水性清洗。 1.1 乳化清洗

8、 乳化液一般由有機(jī)溶劑、表面活性劑和水組成，其工作液一般為乳白色乳液。它利用有機(jī)溶劑溶解油脂，表面活性劑乳化油脂，因此，除油速度快。乳化清洗一般總有一些殘留的薄油膜，如果作為涂裝，還需要堿性清洗液再洗一次，如果用于防銹目的用時(shí)，可直接存放。 1.2 溶劑清洗 溶劑法去除油脂，一般是用非易燃的鹵代烴蒸汽法或者乳化法。最常見的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽法除油脂。蒸汽脫脂速度快，效率高，脫脂干凈徹底，對各類油

9、及脂的去除效果非常好。在氯代烴中加入一定的乳化液，不管是浸泡還是噴淋效果都很好。由于氯代烴都有一定的毒性，汽化溫度也很高，再者由于新型水基底堿性清洗劑的出現(xiàn)，溶劑蒸汽和乳化除油脂方法現(xiàn)在已經(jīng)很少采用，多見于電子行業(yè)等較小的零件行業(yè)。,1.3 水性清洗 水性清洗劑根據(jù)它們的pH值進(jìn)行分類 表格 水性清洗劑的分類,1.3.1 低堿性清洗劑清洗 低堿

10、性清洗劑包括弱堿性和中堿性清洗劑，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一類除油脂劑。它的堿性低， 一般pH值為9---11.5。對設(shè)備的腐蝕性小，對工件的表面狀態(tài)破壞性小，可在低溫和中溫下使用，除油脂效率高。特別是噴淋方式使用時(shí)，處有效果特別好。 底堿性清洗劑，由于使用了各種各樣的合成洗滌劑和活性劑，可以提供較長的使用周期，同時(shí)具有穩(wěn)定性，易于控制和處理，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。采用堿性清洗劑已經(jīng)是最普遍的涂裝前處理方法。清洗過程是在金屬表面

11、有良好的濕潤的情況下，通過溶解，皂化，乳化，分散和增溶等作用，把附在表面的油脂和油污去除的過程。這種清洗劑有較低的表面張力，可以比較容易的進(jìn)入顆粒之間：同時(shí)皂化劑和表面活性劑可以與油，脂等作用，使他們從工件表面脫離進(jìn)入水中，達(dá)到脫脂除油的目的。堿性清洗劑的典型構(gòu)成包括堿性物質(zhì)，合成洗滌劑或活性劑，消泡劑，緩蝕劑或螯合劑，以及抗硬水劑等，通常以單組分或雙組,分形式。單組分采用粉末形式，雙組分一般采用液-液形式。 底堿性清洗劑主要由

12、無機(jī)低堿性助劑，表面活性劑，消泡劑等組成。無機(jī)型助劑主要是硅酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉、碳酸鈉等。其作用是提供一定的堿度，有分散懸浮作用，可以防止脫下來的油脂重新吸附在工件表面，表面活性劑主要采用非離子型與陰離子型，一般是聚氯乙烯類和磺酸鹽型，它在除油脂過程中起主要作用。在有特殊要求時(shí)還需要加入一些其他添加劑物，如噴淋時(shí)要加入消泡劑有時(shí)還要加入表面調(diào)整劑，起到脫脂、表調(diào)雙重作用。低堿性清洗劑已有很多商業(yè)化產(chǎn)品。 典型的堿性清洗劑

13、的用量為2%---10%。清洗劑的處理方式包括噴淋形式、浸泡形式、噴浸結(jié)合形式。噴淋是利用清洗劑的化學(xué)特性和在一定壓力的溶液機(jī)械剝離聯(lián)合作用去除油污。浸泡可以達(dá)到噴淋不到的地方。一些工件恰當(dāng)?shù)那逑葱枰獓娏芎徒萋?lián)合處理。單獨(dú)的脫脂和水洗對于特定要求的涂裝的前處理可以滿足，但他只能提供最初的結(jié)合力，而不能提供長期的保護(hù)。典型的噴淋脫脂時(shí)間是60--90秒，而浸泡脫脂時(shí)間一般為3--5分鐘，溫度一般為45--65度。時(shí)間、溫度、濃度隨著使用

14、的清洗劑的種類和基材的不同而不同。,一般常用的低堿性清洗液配方和工藝如下:,磷化 金屬在含有磷酸鹽的溶液中進(jìn)行處理，形成金屬磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，這一工藝稱之為磷化，所形成的金屬磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱為磷化膜。涂裝前磷化的目的主要是：給金屬基體提高短期工序間保護(hù)，在一定程度上防止金屬被腐蝕：提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。 基本原理： 磷化過程包括化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)。不同的磷化體系、不同基材的磷化反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。雖然科學(xué)家在這方面已

15、經(jīng)做了大量的研究，但至今未完全弄清楚。當(dāng)今，各學(xué)者比較贊同的觀點(diǎn)是磷化成膜過程主要是由如下4個(gè)步驟組成：a 酸的浸蝕使基體金屬表面的H+濃度降低Fe——2e→Fe2+2H++2e→2[H]→H2↑ （1）b 促進(jìn)劑（氧化劑）加速界面的H+濃度的進(jìn)一步降低 [氧化劑】+【H】→【還原產(chǎn)物】+H2O,Fe2++【氧化劑】→Fe3++【還原產(chǎn)物】由于促進(jìn)劑氧化掉第一步反應(yīng)所產(chǎn)生的氫原子，加速（

16、1）的速度，進(jìn)一導(dǎo)致金屬表面H+濃度的急劇下降。同時(shí)也將溶液中得Fe2+氧化成Fe3+c 磷酸根的多級離解H3PO4→H2PO-4+H+→HPO2-4+2H+→PO43-+3H+由于金屬表面的H+濃度的急劇下降，導(dǎo)致磷酸根的多級離解平衡向右移動(dòng)，最終會(huì)離解出PO43-d 磷酸鹽沉淀結(jié)晶成為磷化膜當(dāng)金屬表面離解出得磷酸根與溶液中（金屬界面）金屬離子（如鋅離子、錳離子、鈣離子、亞鐵離子)達(dá)到溶度積常數(shù)Ksp時(shí)，就會(huì)形成磷酸鹽

17、沉淀，磷酸鹽沉淀結(jié)晶成為磷化膜。,2Zn2++Fe2++2PO43-+H2O→Zn2Fe（PO4）2?H2O↓3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3（PO4）2?H2O↓磷酸鹽沉淀與水分子一起形成磷化結(jié)晶核，晶核繼續(xù)長大成為晶粒，無數(shù)個(gè)晶粒緊密的堆積形成磷化膜。磷化的分類：按磷化的膜的厚度（膜重）分類,按磷化的施工方式分類：全浸泡方式浸泡-噴淋結(jié)合方式全噴淋方式按磷化處理溫度分類：按處理的溫度分為常溫、低溫、中溫、

18、高溫四類。常溫磷化，就是不加溫的磷化。低溫磷化，一般的處理溫度在25度——45度。中溫磷化，一般60度——70度。,高溫磷化，一般大于80度。溫度的劃分本身不嚴(yán)格，有時(shí)還有亞中溫亞高溫之法，隨個(gè)人的意愿而定，但一般還是遵循上述劃分方法。磷化液的組成：磷化液的組成種類很多，涂裝前處理主要用低溫磷化和中溫磷化，常用的有鋅系、鋅錳系，鋅錳鎳三元系，鋅鈣系、輕鐵系磷化。低溫磷化是使用非常廣泛的磷化工藝。特別是在家用電器行業(yè)，低溫鋅

19、系磷化完全占有主導(dǎo)地位，甚至在汽車行業(yè)低溫鋅系磷化也占有一定的比重。常溫低溫鋅系磷化一般需要膠體鈦表面預(yù)處理，,一則細(xì)化磷化晶粒形成薄型磷化膜：二則提高磷化成膜速度。低溫鋅系磷化經(jīng)過表面膠體鈦調(diào)整預(yù)處理工件，在35度——45度溫度范圍內(nèi)噴淋時(shí)只需1-2min，浸泡只需3-5min，即可形成均勻完整細(xì)致的磷化膜，膜重1.5——3.5g/m2,通過調(diào)節(jié)游離酸度等方法可稍微增加膜厚。低溫鋅系磷化與各類涂漆均具有很好的配套性。影響磷化的因素：

20、影響磷化的因素很多，當(dāng)磷化膜出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，可以從磷化工藝參數(shù)、促進(jìn)劑、磷化工藝（含設(shè)備）管理以及被處理鋼材表面幾個(gè)方面考慮。,a：磷化工藝參數(shù)的影響總酸度——總酸度過低，磷化必受影響，因?yàn)榭偹崾欠磻?yīng)磷化液濃度的一項(xiàng)指標(biāo)?？刂瓶偹岫鹊囊饬x在于使磷化液中成膜離子濃度保持在必要的范圍內(nèi)。游離酸度——游離酸度過高、過低均會(huì)產(chǎn)生不良影響。過高不能成膜，易出現(xiàn)黃銹；過低，磷化液的穩(wěn)定性受到威脅，生成額外的殘?jiān)Ｓ坞x酸度反應(yīng)磷化液中游離H+的

21、含量?？刂朴坞x酸度的意義在于控制磷化液中磷酸二氫鹽的離解度，把成膜離子濃度控制在一個(gè)必須的范圍。磷化液在使用的過程中，游離酸度會(huì)有緩慢的升高，這時(shí)要用堿來中和調(diào)整，注意緩慢加入，充分的攪拌，否則堿液局部過濃會(huì)產(chǎn)生不必要的殘?jiān)?，出現(xiàn)越加堿，游離酸度越高的現(xiàn)象。單看游離酸度和總酸度沒有實(shí)在的意義，必須一起考慮。,酸比——酸比就是指總酸度與游離酸度的比值。一般酸比都在5——30范圍內(nèi)。酸比較小的配方，游離酸度高，成膜速度慢，磷化時(shí)間長，所需溫

22、度高。酸比較大的配方，成末速度快，磷化時(shí)間短，所需溫度低。因此必須控制好酸比。溫度——磷化的溫度和酸比一樣也是很關(guān)鍵的因素。不同的配方都有不同的溫度范圍，實(shí)際上，它在控制著磷化液中成膜離子濃度。溫度高，磷酸二氫鹽的理解度大，成膜離子濃度相應(yīng)高一些，因此可以利用此種關(guān)系在降低溫度的同時(shí)提高酸比，同樣可以達(dá)到成膜。生產(chǎn)單位確定一個(gè)配方時(shí)，就應(yīng)該嚴(yán)格控制好溫度，溫度過高會(huì)產(chǎn)生大量的沉渣，磷化液失去原有的平衡，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的平衡。溫度過低，成

23、膜離子濃度達(dá)不到溶度積，不能生成完整的磷化膜。從減少沉渣，穩(wěn)定槽液，保證質(zhì)量來看，磷化液的溫度變化越小越好。,時(shí)間——各個(gè)配方都有規(guī)定的工藝時(shí)間。時(shí)間過短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜。時(shí)間過長，由于結(jié)晶在已形成的膜上繼續(xù)生長，可能產(chǎn)生疏松表面的粗厚膜。b：促進(jìn)劑的影響：促進(jìn)劑是必不可少的成分，如果沒有它，磷化將失去意義。磷化液中得促進(jìn)劑，主要是指某些氧化劑。氧化劑是加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的加速劑。它主要作用是加速氫離子在陰極的放電速

24、度，使磷化第一階段的酸蝕速度加快，因此稱為金屬腐蝕的催化劑。當(dāng)金屬接觸到磷化液時(shí)，首先發(fā)生的反應(yīng)： Fe+2H+→Fe2++H2↑這個(gè)反應(yīng)能夠消耗大量的氫離子，促使固液界面的PH上升，進(jìn)而促使磷化液中得磷酸二氫鹽三級離解平衡右移，以致使鋅離子的濃度和磷酸根的濃度在界面處達(dá)到溶度積而成膜。如果不添加一些有效物質(zhì)，陰極析出氫氣的滯留會(huì)造成陰極極化，使反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，進(jìn)而磷酸鹽的沉積不能繼續(xù)下去。因此凡是能

25、加速這個(gè)反應(yīng)的物質(zhì)，必能加速磷化。氧化劑正是起著陰極去極化的作用而加速反應(yīng)。,常用的氧化劑有：硝酸鹽、亞硝酸鹽、雙氧水、溴酸鹽、碘酸鹽、鉬酸鹽、有機(jī)硝基化合物、有機(jī)過氧化物等。最常用的是硝酸鹽、亞硝酸亞、氯酸鹽。每一個(gè)又可與其他促進(jìn)劑配套使用。,磷化膜質(zhì)量評定項(xiàng)目與方法： 磷化后工件的顏色應(yīng)為淺灰色到灰黑色或者彩色：膜層應(yīng)結(jié)晶致密、連續(xù)和均勻。磷化后的工件具有下列情況或者之一時(shí)，均為允許缺陷：輕微的水跡、鈍化痕跡、擦白及掛灰現(xiàn)象；

26、由于局部的熱處理、焊接以及表面的加工狀態(tài)的不同而造成顏色和結(jié)晶不均勻；在焊縫處沒有磷化膜。磷化后的工件具有下列情況之一時(shí)，均為不允許缺陷：疏松的磷化膜層；有銹蝕或者綠斑；局部無磷化膜（焊縫處除外）；表面嚴(yán)重掛灰。微觀結(jié)構(gòu)顯微鏡： 以金相顯微鏡和電子顯微鏡將磷化膜放大100-1000倍，觀察結(jié)晶形狀、尺寸大小及排布情況。結(jié)晶以柱狀晶為好。磷化的晶粒以圓球顆粒最好，片條狀次之，羽毛松枝狀較差，晶粒尺寸2-3um的圓球形狀磷化膜

27、最有利于電泳配套，結(jié)晶尺寸小一些為好，一般控制在幾十微米以下，排布越均勻，孔隙越小越好。,a：磷化膜耐腐蝕性：磷化試樣（已降至室溫）浸入3%的氯化鈉水溶液中，在15-25度下，保持1h，取出試樣，洗凈、吹干，目視檢查磷化表面不應(yīng)該出現(xiàn)銹蝕（棱邊、孔、角及焊縫處除外）。b：涂膜耐腐蝕性： 磷化后的工件噴涂厚度為25-35um的白色氨基烘干磁漆涂膜試樣，進(jìn)行耐中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，鋅系、錳系、鋅鈣系磷化膜的涂裝試樣經(jīng)24h耐中性鹽霧試驗(yàn)，鐵

28、系磷化膜的涂裝試樣經(jīng)8h鹽霧實(shí)驗(yàn)后，除劃痕部位處，涂層應(yīng)無起泡、脫落及銹蝕等現(xiàn)象。（注：劃痕部位指劃痕任何一側(cè)的附近寬度0.5mm范圍內(nèi)）,膜重測量法： 磷化膜的膜重應(yīng)符合GB/T6807-2001表1所列數(shù)值，對于鋼板的磷化膜是將磷化板浸在75度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 的鉻酸溶液中（10-15min）去除磷化膜，然后求的去除前后的重量差即為膜重。腐蝕性能測定法： 耐腐蝕分為磷化膜耐腐蝕和磷化后涂漆漆膜的耐腐蝕性兩部分。磷化膜耐

29、腐蝕性最常用的就是硫酸銅點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)法，主要用于防銹磷化方面。磷化膜耐腐蝕性一般用鹽水浸泡實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在常與下道工序進(jìn)行根據(jù)用戶要求進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，耐溫?zé)釋?shí)驗(yàn)或者循環(huán)周期實(shí)驗(yàn)。,抗沖擊實(shí)驗(yàn)：常常是進(jìn)行涂裝后一起測定，對涂裝后的磷化板進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)沖擊后的樣板的反面沖擊點(diǎn)不產(chǎn)生放射性裂紋時(shí)，即可確定磷化膜的質(zhì)量較好。,,謝謝觀賞,WPS Office,Make Presentation much more fun,@WPS官方微博@kin