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1、涂装设备培训材料主编：陈勇机械工业部第四设计研究院2002年4月涂装设备培训材料涂装前表面处理编者：龙伟 机械工业部第四设计研究院2002年4月目 录1 涂装前表面处理的内容及其方法11.1 预清理11.2 脱脂11.2.1 油污的性质和组成21.2.2 脱脂的方法及材料21.2.3 影响脱脂的因素51.2.4 选用脱脂剂时应考虑的因素61.2.5 脱脂效果的检查81.3 磷化91.3.1 磷化处理分类101.3.2 磷化膜的组成和成膜机理101.3.3 影响磷化的因素111.3.4 磷化膜质量的评价151.4 水洗162 前处理设备162.1 浸渍式前处理设备182.1.1 槽体182.1.
2、2 槽液的加热装置192.1.3 通风装置202.1.4 槽液的搅拌装置202.2 喷射式前处理设备202.2.1 通道式前处理设备212.2.2 单室多工序前处理设备222.2.3 垂直封闭式前处理设备232.3 相关装置232.3.1 磷化除渣装置232.3.2 油水分离装置262.3.3 其他附属装置27 1. 涂装前表面处理的内容及其方法涂装是汽车耐腐蚀和装饰的最经济而有效的方法，而涂装前表面处理（又称前处理）的好坏又是直接影响涂层使用寿命和装饰效果的重要环节。涂装前表面处理的目的是去除被涂物表面上的所有污物（如浊污、铁锈、氧化皮、灰尘、型砂、焊渣、盐碱斑等）和用化学的方法生成一层有利
3、于提高涂层的防腐蚀性的非金属转化膜，以保证涂层具有良好的防腐蚀性能和装饰性能。采用同样的油漆材料，而仅仅是表面处理不同，其耐腐蚀效果可以相差数倍，可见表面处理对整个涂层质量影响之大。表面处理，因金属件和非金属件，处理的杂质和处理的方法的不同而不同。对于金属件主要是除油、除锈和改变工件的表面状态。1.1 预清理一般来讲，任何材质的工件在进入前处理之前，均应进行预清理，用于除去那些采用清洗的方式不能除去的过度的污物。如工件表面的氧化皮、铁锈、焊渣、铁屑、泥砂、干涸的油污以及其它污物。预清理可以大大地降低对其后的前处理的污染，减轻前处理各工艺槽的负担。预清理一般是采用人工的方法进行，采用砂纸打磨去锈
4、，除去机械杂质，用擦布蘸溶剂或水性清洗剂擦试。目前，国内一些大型汽车公司开始在预清理工位增加手工高压水枪冲洗。用含清洁剂的温水，在6bar左右的压力下用手工喷枪，对车身内外进行一次冲洗，主要对车身内部、夹缝、空腔结构等容易积聚灰粒的部位进行初步清洗。特别是车身内地板，影响电泳漆膜质量的灰粒油污90%分布于车身内地板上。采用手工高压水枪冲洗后的车身，大约可减少30%左右的灰粒，有利于降低对前处理槽的污染，延长槽液的使用寿命。1.2 脱脂脱脂就是将工件表面上的油污除去。因为工件在储运过程中可能要用防护油的保护，在压力加工时可能会用到拉延油，在切削加工时要接触乳化液，热处理时可能接触冷却油，工件上还
5、经常会有操作者手上的油迹和汗迹，工件上的油脂还总是和灰尘等杂质掺合在一起的。工件上的各种油污不仅阻碍了磷化膜的形成，而且还影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性能。因此，脱脂去油和磷化处理对整个涂层的性能是非常最要的。1.2.1 油污的性质和组成在选择脱脂方法和脱脂剂时，首先要了解被涂物所带油污的性质和组成，只有这样，才能进行正确的选择，达到满意的去除效果。1. 油污的组成（1）矿物油、凡士林。它们是防锈油、防锈脂、润滑油、润滑脂及乳化液的主要成分。（2）皂类、动植物油脂、脂肪酸等。它们是拉延油的主要成分。（3）防锈添加剂。它们是防锈油和防锈脂的主要成分。在加工和储运过程中，金属屑、灰尘
6、及汗渍等污物也总是混杂在上述油污中。2. 油污的性质（1）化学性质根据油污能否与脱脂剂发生化学反应而分为可皂化油污和不可皂化油污。植物油脂和动物油脂是可皂化的，它们可以依靠皂化、乳化和溶解的作用而脱除。矿物油和凡士林是不可皂化的，它们只能依靠乳化或溶解的作用来脱除。（2）物理性质根据油污粘度或滴落点的不同，其形态有液体和半固体。粘度越大或滴落点越高，清洗越困难。根据油污对基体金属的吸附作用，可分为极性油污和非极性油污。极性油污，如含有脂肪酸和极性添加剂的油污，有较强地吸附在基体金属上的倾向，清洗较困难，要靠化学作用或较强的机械作用力来脱除。此外，某些油污如含有不饱和脂肪酸的拉延油，长期存放后，
7、氧化聚合形成薄膜，含有固体粉料的拉延油，细微的粉料吸附在基体金属表面上，还有当油污和金属腐蚀产物等混杂在一起，都会极大地增加清洗的难度。1.2.2 脱脂的方法及材料根据去油污机理的不同，汽车涂装中，脱脂方法主要有以下两种：1. 溶剂清洗即依靠有机溶剂对油污的浸透、溶解等作用达到去除油污的目的。2. 碱液清洗利用含有表面活性剂的碱性物质对动物油的皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的。1.2.2.1 有机溶剂清洗常用的有机溶剂有：汽油、煤油、松节油、松香水、含氯有机溶剂等。有机溶剂清洗的特点是脱脂效率高，特别是清除那些高粘度、高滴落点的油脂具有特殊的效果，而且可以在常温下
8、用简单的器具进行手工清洗，因而适用于产量不大、机械化水平不高或有特殊要求的场合。采用汽油清洗的方法是用刷子或抹布蘸汽油后手工擦洗被清洗的表面。或将被清洗的工件直接浸入溶剂槽中清洗，随后晾干或烘干。手工擦洗劳动强度大，而且劳动条件也较差，火灾危险性大。工位上应有良好的通风措施。汽油清洗法常用于小批量生产的大型工件的除油，在汽车车身的清洗中，也用于预清理阶段的擦洗。含氯有机溶剂溶解力强，沸点低，经蒸馏易回收，便于重复利用，而且不易爆、不易燃。因此，含氯有机溶剂在有机溶剂清洗中占有独特的地位。其中三氯乙烯是具有代表性的含氯有机溶剂。含氯有机溶剂清洗一般是利用它们的气相进行除油清洗。即将室温下的工件与
9、热的溶剂蒸汽接触，并在工件上冷凝成液体，将油污溶解，滴离工件时将油污带走。虽然气相有机溶剂去油效率很高，但是不能洗掉无机盐类和碱类物质，不能去除工件上的灰尘微粒。将三氯乙烯的浸洗、气相清洗和喷洗联合采用，可以获得极好的清洗效果。由于采用有机溶剂清洗去油的劳动条件差，毒性较大，气相脱脂必须有良好的封闭式脱脂设备和通风装置，大多数有机溶剂的防火要求严格，而且脱脂费用高，加之新型高效的水基清洗剂的出现，在生产量大的汽车厂，涂装前的去油已不再采用有机溶剂去油。1.2.2.2 碱性溶液清洗碱性溶液清洗由于它的价格较低，使用简单，好管理，可组成机械化生产，曾被大量地采用。但是，它的脱脂能力较差，需要较高的
10、脱脂温度。随着技术的发展，出现了把碱性物质和表面活性剂结合使用的碱性脱脂剂，它既保存了碱性脱脂剂方便价廉的优点，又能大大地提高脱脂效率，降低脱脂温度。现今，采用含有表面活性剂的碱性溶液除油已被广泛地应用于涂装生产线中。含有表面活性剂的碱性脱脂剂中常用物质及其作用简介如下：1. 氢氧化钠又称苛性钠，是一种强碱化合物，与动植物油发生皂化反应，生成能溶于水的甘油和脂肪酸盐（俗称肥皂），溶解分散在清洗液中。CH2OOCR CH2OH CHOOCR 3NaOH CHOH 3RCOONa CH2OOCR CH2OH上述反应不仅产生于动植物油脂，当矿物油脂中存在羧酸基和磺酸基时，也能产生同样的现象。但是中性
11、矿物油脂与碱不能起化学反应，必须靠乳化的方式才能从被清洗的工件中去除。2. 碳酸钠又称苏打，是一种价格低廉的碱性化合物，它在水溶液中可水解为NaOH。Na2CO3 H2O NaOH NaHCO3NaHCO3 H2O NaOH H2CO3H2CO3 H2O CO2因此，碳酸钠具有缓冲作用，不像强碱那样侵蚀某些有色金属。此外，碳酸钠在硬水中能生成水难溶的碳酸钙，对硬水有一定的软化能力。3. 硅酸钠俗称水玻璃，在水溶液中强烈水解，生成氢氧化钠和硅酸：Na2SiO3 H2O NaOH H2SiO3其碱性接近于氢氧化钠，具有很强的皂化能力。水解生成的硅酸不溶于水，而以胶束结构悬浮在槽液中，对固体污垢的粒
12、子具有悬浮和分散能力，对油污有乳化作用，有利于防止污垢在工件上的再沉积。4. 磷酸盐包括磷酸三钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠及六偏磷酸钠等。磷酸三钠在水解过程中也离解出氢氧化钠和离解度很小的磷酸氢根等，从而获得碱度。Na3PO4 H2O NaOH Na2HPO4Na2HPO4 H2O NaOH NaH2PO4磷酸盐具有软化硬水的作用和较显著的促进污垢粒子的分散作用，可将大颗粒的污垢分散成近似胶体粒子的小颗粒，因而乳化能力较强。5. 表面活性剂狭义地讲，在很低含量时就能显著地降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。广义地讲，凡是能够使体系的表面状态发生明显变化的物质，都称之为表面活性剂。表面活性剂的去污
13、作用正是由于它降低油污与水及油与金属表面之间界面张力而产生的润湿、渗透、乳化、增溶、分散等多种作用的综合结果。表面活性剂都是有两种不同性质的基团组成，一种是亲水基团，与水分子作用力较强。另一种是亲油性基团，又称为憎水基团，它与水分子不易接近，却容易与油分子接近。按照表面活性剂溶于水时的离子类型来分类，可分为四大类：阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。但在工业脱脂处理中，用阴离子型和非离子型两类，其代表性的物质是烷基苯磺酸钠和OP-10等。采用表面活性剂清洗，在同样条件下，清洗能力较碱液清洗强，脱脂效果好，可使清洗液的PH值接近中性或弱碱性。但一般的表面活性剂易起泡，不适用于喷射清洗系统或带有
14、强烈搅拌的系统。含有表面活性剂的碱液脱脂剂有着最广泛应用前景，由于表面活性剂与碱性无机物的协合作用，使得脱脂效率大大高于单独的碱液脱脂和单一的表面活性剂脱脂。1.2.3 影响脱脂的因素脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂剂四个因素。(1). 脱脂温度总的来说，温度越高，脱脂越彻底。这是因为三方面的原因，第一，温度使油污的物理性质发生变化，例如滴落点高的防锈脂、凡士林、固态石蜡等，在比较低的温度下，即使采用高浓度的碱液也难洗净。但是，当提高油污的温度，它们的粘度就降低，甚至形成液滴而利于除去。第二，促进化学反应的进行，一般地说，温度每上升10，化学反应速度提高1倍。第三，加
15、速表面活性剂分子的运动，从而促进浸润、乳化、分散等作用。随着温度的升高，溶液对污物的溶解能力也提高。但是，并不是所有场合都是温度越高越好，各种脱脂剂都有其合适的温度范围，在采用某些种类表面活性剂的脱脂液中，过高的温度会使表面活性剂析出集聚如同油珠附着在表面上，造成磷化膜发花不均匀。(2). 脱脂时间在脱脂操作中，必须保证有足够的脱脂时间，压力喷射脱脂时间一般为1.53min，浸渍脱脂一般用35 min（视油污的种类和多少而定）。增加脱脂时间，即延长脱脂液与油污的接触时间，从而提高脱脂效果。油污越多，脱脂时间就需越长。但在流水作业中，往往不允许采用太长的时间，这就需要从其他的影响因素中去赢得时间
16、，如先用喷射预脱脂1 min，再用浸渍法脱脂3 min。(3). 机械作用在脱脂中，借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的，因为，喷射时迫使新鲜的脱脂溶液与工件表面有良好的接触，而且整个脱脂溶液含量均匀，有利于提高脱脂效果；喷射时依靠机械作用力促使脱脂剂渗透和破坏油膜，从而有效地迫使油污脱离工件表面；喷射时促使脱离工件的油污乳化和分散于脱脂溶液中，防止油污再吸附到洗净的工件表面上。在中、低温脱脂中，机械作用尤为重要。一般地说，压力喷射脱脂比浸渍脱脂速度要快1倍以上。喷射压力通常为0.10.2MPa，但用于喷射脱脂的脱脂剂必须是低泡的，以免泡沫过多影响正常操作和脱脂液流失。浸渍脱脂也不能认为
17、是静止浸渍，必须装备有循环泵，使槽液不停的搅动。(4). 脱脂剂对脱脂效果的影响脱脂剂的组成及使用方法对脱脂效果有很大的影响。例如，含有表面活性剂的碱液脱脂剂比单独的碱性溶液脱脂效果好。对于滴落点高的固态和半固态油脂，用溶剂清洗比用其他脱脂效果好。为了提高油污的乳化和分散能力，适当提高脱脂剂中表面活性剂的含量是有效的，不同的表面活性剂品种及不同的碱性物都使脱脂效果产生一定差异，良好的脱脂剂都是经过大量的试验和反复的筛选而确定的。使用过程中，脱脂剂会不断地被消耗，使浓度降低，因此，必须定期地补加脱脂剂，以保持必要的浓度。脱脂剂的脱脂效果与浓度并不是一个直线上升的关系。因此，对于脱脂质量要求很高的
18、情况，不应当采取大幅度提高浓度的方法，而应该采用二次脱脂的办法，两个脱脂溶液可以是相同的，而且也不必额外地提高浓度。1.2.4 选用脱脂剂时应考虑的因素(1). 被处理工件的材质因为不同的金属在碱液中具有不同的腐蚀界限，因此，必须根据工件的材质选择合适的pH值的脱脂剂。钢铁件在碱性脱脂剂中不腐蚀，但是，如果是由钢和其他金属构成的组合体，则必须考虑脱脂剂的pH值。各种金属耐碱性的pH极限值及各种碱性溶液的pH值见表1-1、表1-2。表1-1各种金属耐碱性的pH极限值金属或合金pH极限值金属或合金pH极限值锌10黄铜11.5铝10硅铁13锡11钢铁14表1-2各种碱性溶液的pH值碱性溶液1溶液pH
19、值氢氧化钠13.4偏硅酸钠12.1磷酸钠12.0碳酸钠11.7焦磷酸钠10.2三聚磷酸钠9.7磷酸氢二钠9.5碳酸氢钠8.6(2). 被处理工件上油污的种类要考虑工件上油污的化学性质，油污的形态，油污对底材的吸附性等情况，选用合适的脱脂剂。动植物油是可皂化的，因而在较高的温度下用NaOH脱脂是有效的。矿物油不发生皂化反应，用NaOH脱脂就不合适了，应该选用乳化性能好的脱脂剂才能奏效。用一般的水基脱脂剂在低温和中温是很难洗净半固态的防锈脂，这时用溶剂脱脂是很有效的。清洗吸附性较强的防锈油比机械油困难，因此，应该选用更好的脱脂剂来清洗防锈油。(3). 脱脂方式的正确选择在工业涂装中，广泛采用喷、浸
20、和喷浸结合等三种清洗方式。脱脂方法不同，对脱脂剂要求也不同，压力喷射脱脂因机械作用力大，脱脂效果好，但由于是处在极易起泡的状态下，因而选用低泡性脱脂剂是不可缺少的条件。浸渍脱脂的机械作用较弱，因而要选用脱脂性能更好的脱脂剂，适当增加脱脂剂含量和延长脱脂时间。浸渍清洗适用于有空腔的复杂工件（如汽车车身）的去油清洗。喷浸结合清洗方式兼有上两种方式的特点。(4). 注意与后续工序的配合后续工序是酸洗还是磷化，磷化前有没有表面调整工序，都与脱脂剂的选用有关。因为不同的前处理与磷化配套，所得磷化膜的质量不同，品质也不同。对于脱脂，如果下道工序是薄型磷化处理，要选用低碱度的带表面调整作用的脱脂剂；如果有单
21、独的表面调整工序，则需考虑脱脂效果，碱度影响不大，可不予过多考虑；如果下道工序是酸洗除锈，则不必选用带表面调整作用的脱脂剂，而是在磷化前单独设表面调整处理；如工序间隔较长，则需要选用水洗后生锈倾向较小的脱脂剂（如磷酸盐类型的脱脂剂）或增加喷湿处理。1.2.5脱脂效果的检查检查脱脂效果的方法有很多，例如：目测法、揩擦法、水浸润法、接触角法、硫酸铜法、残留油分质量法、比色法、荧光法、红外分光法等。在生产管理中，最常用的，也是最简便的方法是水浸润法，即观察脱脂并水洗后的表面水膜连续完整情况。充分脱脂的表面，其水膜应完整连续，无水珠悬挂。在磷化条件正常的前题下，观察磷化膜也能检查脱脂效果，只有在清洁无
22、油污的金属表面才能形成外观完整的均匀磷化膜，任何清洗方面的不足都会立即显示出来。在脱脂的实际应用中，经常会碰到一些问题，表1-3列举了一些可能出现的问题及解决办法。表1-3脱脂中常见的问题及解决办法问题原因解决办法脱脂效果不佳1） 脱脂剂选择不当2） 脱脂时间太短3） 脱脂温度偏低4） 脱脂剂浓度偏低5） 喷射压力低6） 喷嘴堵塞，流量不足7） 浸渍脱脂的机械作用力小8） 工作液中含油量太高9） 脱脂后水洗不彻底更换脱脂剂延长脱脂时间提高温度提高浓度至工艺范围提高喷射压力定期清理喷嘴用泵循环工作液或摇动零件更换槽液，并控制槽液中油的质量分数小于0.4，并加强水洗，水洗水要连续溢流工作液泡沫高1
23、） 温度太低2） 循环泵密封处磨损而进入空气3） 脱脂剂选择不当提高温度至规定范围更换泵的密封材料（最好选用立式泵）更换脱脂剂水洗槽泡沫过多1） 水洗槽溢流量太小2） 循环泵密封处磨损而进入空气加大溢流水量更换泵的密封材料（最好选用立式泵）水洗槽碱度过高1） 碱槽向水洗槽窜溶液2） 零件带太多的碱液入水洗槽3） 水洗槽的溢流量太小改造设备，避免窜液改变装挂形式，或延长滴液时间加大溢流水量零件水洗后生锈1） 工序间隔时间太长2） 零件停在水洗段时间过长工序间增加喷湿零件不允许在此长时间停留1.3 磷化所谓磷化处理是指金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触，发生化学反应而在金属表面生成稳定的不溶性的
24、无机化合物膜层的一种表面化学处理方法，所生成的膜称为磷化膜。具有微孔结构，在通常大气条件下比较稳定，具有一定的防锈能力，用作漆膜的底层，可以显著地提高涂层的附着力和耐蚀性能。磷化膜作为电泳涂漆之底层，在汽车行业中得到几乎百分之百的应用。1.3.1 磷化处理分类磷化处理有很多分类方法，工业上较通用的有如下几种：(1). 根据组成磷化液的磷酸盐分类，有磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸铁系。此外，还有在磷酸锌盐中加钙的锌钙系，在磷酸锌系中加镍、加锰的所谓“三元体系”磷化等。(2). 根据磷化温度分类，有高温磷化（80以上）、中温磷化（5070）和低温磷化（40以下）。(3). 按磷化施工方法分类，有喷淋式磷
25、化、浸渍式磷化、喷浸结合式磷化、涂刷型磷化。(3). 按磷化膜的质量分类，有重量型（7.5g/m2以上）、中量型（4.3 g/m27.5g/m2）、轻量型（1.1 g/m24.3g/m2）和特轻量型（0.3 g/m21.1g/m2）。磷酸锌系，磷酸锌钙系，磷酸铁系磷化膜适用于作涂装底层，其中以磷酸锌系磷化膜应用最为广泛。磷酸锰系磷化膜，主要用于满足润滑性和耐磨性的要求。1.3.2 磷化膜的组成和成膜机理1.3.2.1 磷化膜的组成钢铁在不同磷化液中形成的膜层的组成如表1-4所示。表1-4钢铁磷化膜的组成及外观类型溶液主要成分膜层主要成分膜层外观锌系磷酸锌系Zn2+，磷酸锌浅灰，深灰，黑灰色磷酸
26、锌钙系Zn2+，Ca2+，磷酸锌钙磷酸锌锰系Zn2+，Mn2+，磷酸锌锰磷酸锰系Mn2+，磷酸锰浅灰，深灰，黑灰色磷酸铁系Fe2+，磷酸铁深灰色Me，磷酸铁及铁的氧化物膜层为（0.11）g/m2时呈彩虹色，大于1g/m2时呈深灰色Me表示碱金属离子。1.3.2.2 磷化膜成膜机理现以锌系磷化为列来说明磷化膜成膜机理，磷酸锌系处理溶液，通常含有磷酸、磷酸二氢锌、氧化剂和促进剂等成分，其磷化基本反应如下：Fe 2H3PO4 Fe (H2PO4)2 2H+ （基体）（磷化液）2H+ O HO （氧化剂）Fe (H2PO4)2 O Fe PO4 H3PO4 HO （氧化剂） （沉淀）当铁与磷化液接触时
27、，铁不断溶解，H3PO4不断消耗，并放出氢，这时铁与磷化液接触的界面处的酸度下降，pH值上升，处理液中成分发生下列反应：3Zn (H2PO4)2 4 HO Zn3 (PO4)24 HO 4H3PO4 （磷化液） （膜的成分）Fe 2Zn (H2PO4)2 4 HO O Zn2Fe (PO4)24 HO 2H3PO4 HO （磷化液） （膜的成分）生成的不溶于水的Zn3 (PO4)24 HO及Zn2Fe (PO4)24 HO覆盖在金属表面上即形成了磷化膜。1.3.3 影响磷化的因素(1). 总酸度总酸度是指磷化处理液中的游离磷酸（H+）和化合酸（磷酸二氢盐）的浓度之和。总酸度中的化合酸是主要的，
28、其中的离子在整个磷化过程中可以起到离解出游离酸，维持整个工作液中酸比平衡的作用，同时也起着离解出而生成不溶于水的磷酸盐磷化膜的作用，因此磷化液的总酸度必须按照磷化配方的要求维持在一定的控制范围内。总酸度过低，磷化必将受影响，因为总酸度是反映磷化液浓度的一项指标。控制总酸度的意义在于使磷化液中成膜离子浓度保持在必要的范围内。使用中，总酸度只有一种变化趋势，那就是因消耗而下降。此时用补充浓缩液的方式来提高。(2). 游离酸度游离酸度反映的是磷化处理液中游离的H3PO4离解的氢离子浓度，在磷化反应过程中将被逐渐地消耗，反应的同时，H3PO4又不断地产生，H+又被逐渐地离解出来。游离酸度过高、过低均会
29、产生不良的影响。过高将使被处理金属表面与处理液界面上的pH值难于上升，反应始终是腐蚀反应，磷化膜就难于形成，易出现黄锈；过低磷化液的稳定性受威胁，生成额外的沉渣。控制游离酸度的意义在于控制磷化液中磷化二氢盐的离解度，把成膜离子浓度预先确定在一个必须的范围。不论维护得多么仔细，磷化液的游离酸度在正常使用过程中总会有小幅度的升高（指在总酸度不变的前提下），这时要用碱进行中和调整，注意要缓缓加入，充分搅拌，否则，碱液局部过浓会产生不必要的沉渣，出现越加碱游离酸度越高的“怪”现象。在保持总酸度不低的前提下，游离酸度一般不会自行降低。单独看总酸度或单独看游离酸度的值是没有任何实际意义的。二者在磷化中总是
30、成对出现的，它们之间的搭配是能否生成磷化膜的先决条件。(3). 酸比酸比即指总酸度与游离酸度的比值。它应根据不同的目的要求，不同的处理条件及不同的配方维持在一个适当的数值。通常的配方，都在530的酸比范围内。酸比较小的配方，游离酸度高，成膜速度慢，磷化时间较长，所需温度高。酸比较大的配方，成膜速度快，磷化时间短，所需温度低。生产实际中，由于配方已确定，总酸度和游离酸度也都已规定在一个不大的波动范围内，所以往往只是直接测定总酸度、游离酸度的值，而不必每次去计算酸比。(4). 温度磷化处理温度与酸比一样，也是能否成膜的一个关键因素。不同的配方都规定有不同的温度范围。温度与溶液中各离子浓度及酸比之间
31、有着密切的联系。实际上，它们都在控制着磷化液中的成膜离子浓度。温度高，磷酸二氢盐的离解度大，成膜离子浓度相应高些。如果想把一个高温磷化配方调整为低温，就可以利用它们之间的这种关系来达到，也就是说在降低温度的同时提高酸比，同样可以达到成膜。磷化工作液的酸比与温度之间有如下的关系：磷化工作液温度（）706050403020酸比1:51:71:101:151:201:25一旦选定了某一配方后，就应严格遵照工艺范围控制好温度，温度过高要产生大量的沉渣，磷化液失去原有平衡。温度过低，成膜离子浓度总达不到浓度积，不能生成完整磷化膜。但绝不能认为温度越高越好，温度过高，磷化液中可溶性磷酸盐的离解度加大，成膜
32、离子浓度大幅度提高，产生不必要的沉渣，白白消耗了磷化液中的有效成分，原有的平衡被破坏，形成了一个新的温度条件下的平衡。低温磷化液（如30其酸比为1:20）在温度失去控制，其温度上升到50时，为了维持在该温度下的酸比（1:10），溶液中的Zn (H2PO4)2就要水解出游离酸并生成不溶于水的Zn3 (PO4)2，因此在某一特定的温度下工作的磷化液，当温度上升时，往往会产生大量的沉淀，而使溶液中的酸比自动的调整到该温度下的酸比。但这种水解反应在温度下降时并不可逆。因此，当磷化液超过一定温度后，再降低恢复到原有温度时，如果不进行必要的调整，就可能磷化不上。所以温度的控制非常重要，从减少沉渣，稳定槽液
33、，保证质量来看，磷化液的温度变化越小越好。在进行磷化液的加热方式、加热介质等的选择时，一定要考虑到这点，任何局部过热对磷化都是不利的。(5). 时间根据不同的目的，在不同配方中都有规定的工艺时间。时间过短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜层。时间过长，由于结晶在已形成的膜上继续生长，可能产生有疏松表面的粗厚膜。(6). 促进剂在磷化过程中都存在游离酸与铁反应的过程，生成的产物之一是氢气。Fe 2H+ Fe2+ H2如果反应生成的氢气不及时除去，往往会形成氢气膜覆盖在金属表面上，阻碍了磷化反应的进一步进行。因此，在快速磷化反应中还要加入一种氧化剂，使生成的氢马上被氧化成水而从金属表面除去，以加速
34、磷化处理过程，这种氧化剂被称为磷化促进剂。最常用的磷化促进剂有：硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐等。单独使用硝酸盐作氧化剂时，不能将Fe2+完全氧化成Fe3+，使溶液中Fe2+离子浓度积累升高，影响磷化膜的生成速度。因此，现代的磷化剂中，都不单独选用它，而是与亚硝酸盐或氯酸盐等配合使用。但是，、的氧化性很强，如果用量过多，会使钢铁表面发生钝化，阻碍磷化反应的进行。因此，必须按游离酸度的要求，加入适量的亚硝酸盐或氯酸盐。亚硝酸盐的缺点是在酸性磷化液中不稳定，容易分解，需不断补加，否则磷化膜极易泛黄。它分解生成的酸气易使未磷化的湿工件（停链时）生锈。但是由于它货源充足，价格低廉，生产中有简易快速的浓度控制
35、测试方法，目前被广泛采用。氯酸盐虽然不产生酸性气体，在酸液中也稳定，但是它被还原产生Cl。氯离子在槽液中积累，若随后的水洗过程中水洗不充分，使Cl留在工件上，会带来很大的后患。一方面污染电泳槽液，另一方面若残留在涂膜底下，会使腐蚀加速。(7). 磷化前的表面调整处理利用表面调整剂对金属表面进行调整，可以消除碱液除油或酸洗除锈等过程造成的表面状态的不均匀性，使金属表面形成大量的极细的结晶中心，从而加快磷化反应速度，有利于磷化膜的形成。表面调整对于磷酸锌系溶液进行磷化处理时，显得尤为重要。现今，汽车涂装中广泛采用耐蚀性极好的阴极电泳底漆，因而要求磷化膜电阻小且各处均匀，电泳过程中磷化膜的耐酸性和耐
36、碱性好，不易溶解，这就意味着要求采用磷化膜薄层化、结晶细小、均匀、致密及耐酸性很好的低锌磷化。因而，对于高质量的汽车涂装，磷化前的表面调整已成了不可缺少的工序。以前采用高温磷化，工件在磷化前先浸入质量分数为35的草酸水溶液中作磷化结晶细化处理。现在是采用效果更好的磷酸钛胶体溶液处理，由于胶体微粒表面能很高，对物体表面有极强的吸附作用，胶体微粒吸附在工件表面上形成均匀的吸附层，在磷化时，这层极薄的吸附层就是一层分布均匀，数量极多的磷酸盐结晶的晶核，因而促进结晶均匀快速形成，限制了大晶体的生长，结果就促使磷化膜的细化和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的差异对磷
37、化质量的影响。配制表面调整处理液的水应该是纯净的，其电导率不大于200S/cm，最好采用去离子水，以避免水中杂质离子破坏胶体溶液的稳定性。表面调整处理液的质量分数一般为0.10.2，pH值为8.59.5（有的表面调整剂采用有机物作分散剂，pH值可接近中性），在室温下采用，最高温度不超过35，处理时间为3060秒。表面调整处理液的更新有两种方法。一是把粉末状的表面调整剂配成浆状液，用计量泵在工作中按消耗定额定期补加，同时溢流掉一定量的旧槽液；另一种方法是按处理的工件量每天补充表面处理剂的消耗量，一周后将整槽表面调整处理液更新重配。表面调整剂的消耗量约以0.5g/m2计算。在生产管理中，表面调整处
38、理液应保持良好的搅拌状态，避免沉淀。另外，应防止碱、酸及磷化液进入表面调整处理液中，以防止处理液因污染而失效。(8). 磷化处理的方式磷化膜的主要成分为Zn3 (PO4)24 HO和Zn2Fe (PO4)24 HO。研究表明，具有较高含铁量的磷化膜（即Zn2Fe (PO4)24 HO较高）与阴极电泳漆的配套具有较高的防腐蚀性能。如果用“P”代表Zn2Fe (PO4)24 HO，而用“H”代表Zn3 (PO4)24 HO，则含铁量用“P比”表示，“P比”定义为。一般P比高的磷化膜其耐蚀性、抗石击及磷化膜附着力均好。试验表明，要获得P比高的磷化膜，除采用Zn2+含量较低的磷化液外，采用浸渍处理和较
39、弱的搅拌有利于高磷酸二锌铁的磷化膜的生成。而加快槽液的搅拌，可以加速磷化膜的生成，然而这将减少磷化膜中的P比，因此为了较快地生成P比高的磷化膜，多采用低锌磷化液，还可以采用表面调整的方式。一般要求喷式磷化P比在70以上，而浸式磷化P比可达90以上。(9). 磷化后的钝化处理钝化的作用是除去磷化膜表面的疏松层，并对磷化膜不完全的部分或孔穴部分进行封闭。尤其是P比低的磷化膜和镀锌钢板上的磷化膜，钝化的作用较大。而对于P比高的磷化膜钝化的作用效果明显下降，甚至表现出P比的影响比钝化的影响更大。1.3.4磷化膜质量的评价(1). 外观好的磷化膜外观均匀完整细密、无金属亮点、无白灰。锌系磷化为灰色膜，铁
40、系磷化为彩虹色膜。检查的方法除用肉眼观察外，也可采用显微镜观察磷化膜的结晶形状及致密程度。磷化结晶要求结晶尺寸小，一般控制在几十个微米以下，最好的可达25m。排布越均匀，孔隙率越小越好。(2). 磷化膜的厚度磷化膜的厚度有一定的要求。作为防锈用磷化膜，一般来说，磷化膜越厚，其防锈能力越好；但是作为漆前磷化膜则是不适宜的。因为厚的磷化膜比较疏松，涂漆后附着力极差，特别是采用电泳涂漆的场合，由于磷化膜是不良导电体，特别是在磷化膜不均匀时，整个涂漆面电流不均匀，在电流大的部位会产生局部击穿，使漆膜产生外观和防腐蚀质量的降低。厚的磷化膜生成的时间长，磷化药品消耗量大，在涂漆过程中漆的消耗量也大，漆膜无
41、光，因此，在漆前磷化，特别是采用阴极电泳时应尽可能避免。(3). 耐蚀性磷化膜耐蚀性能的测定常用点滴法、盐水浸泡法和中性盐雾试验等方法。但随着薄膜磷化的推广应用，硫酸铜点滴试验作为涂装前磷化的质量检查法已不合适，越来越多的实践证明，必须将磷化膜与其后的涂层复合起来进行试验，才具实际意义。因此，与涂层，特别是与现今被广泛采用的阴极电泳漆的配套耐腐蚀试验，已成为检验漆前磷化膜质量最有说服力的方法。采用盐雾试验方法，经受的时间越长，证明磷化膜与漆膜配套性越好，也可根据用户的要求在涂装后进行石击试验和盐雾湿热周期试验等。1.4 水洗在涂装前处理工序中，水洗的主要目的：一是洗净前一道工序的残余药品，避免
42、带入下一道工序；二是为了防止工件处理后工序间干燥引起质量不良，采用常温水洗。在涂装前处理过程中，工件不断地把处理液带入水洗工序，经水洗后留在水洗槽里，因此水洗槽内的药品污染度逐渐上升。为了满足产品质量，必须降低水洗槽的污染度，势必要补充大量新鲜水，保持水洗槽处于常溢流状态。一般为了尽可能地节省水，在水洗工序中设置喷淋管，水洗液自动溢流到前段水洗槽内。.稀释倍率：一般前处理工序中脱脂后水洗要求稀释100倍，磷化后水洗要求稀释1000倍。所谓稀释倍率，指的是前工序的化学药品被下一道水洗清洗下来后水洗液稀释前工序药品的程度；.洗净效率：喷淋清洗一般为90；.喷嘴流量：采用10 L/min为基准。计算
43、方法如下：脱脂后水洗：补充水量（L/h）=带出量（L/h）1001/n磷化后水洗：补充水量（L/h）=带出量（L/h）10001/n式中：n水洗次数在涂装前处理工序中，最后一道水洗其水质的要求都是很高的，一般要求电导率在5S/cm以下，而冲洗后工件的滴水电导率在50S/cm以下。2. 前处理设备涂装常用的前处理设备类型较多。从工件运动形式分类，有间歇步进式和连续通过式两种。从处理液与工件的接触方式分类，有压力喷射式、浸渍式及半喷半浸式。从设备的功能分类，有一室多工序和一室一工序。(1). 所要求的产量以汽车车身为例。采用间隔式一室多工序或手工操作的前处理设备，如图2-1的a、b，每小时的最大处
44、理量为2辆份。采用间歇步进式前处理设备，如图2-1的c、d，每小时的最大处理量为12辆份。采用连续通过式前处理设备，如图2-1的e、f、g，每小时的处理量可达45辆份。图2-1前处理设备的各种类型(2). 工件的形状对于有箱型结构的工件，如车身，为使内表面、门夹层等部位也能得到很好的处理，采用半喷半浸（图2-1f）或全浸（图2-1g）的前处理设备，特别是以全浸为最好。而且，在进出浸槽的两端斜坡上，根据需要也可排布喷嘴，以加强处理效果。对于形状较为简单的工件，可以采用喷射式的前处理设备。（图2-1b、c、e）(3). 可提供的场地空间如厂房面积受限制，可考虑选用一室多工序的前处理设备，或选用二合
45、一综合处理工艺。(4). 最终产品质量要求若最终产品质量要求较高，如对磷化膜的P比等有较高的要求时，可考虑用浸渍式磷化设备和喷射及浸渍的脱脂，浸式进行表面调整。浸渍法与喷射法的工艺特点，见下表项目浸渍法喷射法设备结构较简单较复杂设备制造较容易较难设备维护易难对工件的机械力小大药品管理变化小变化大对复杂工件的处理所有面均能接受溶液处理内腔及屏蔽处喷不到处理液槽体积较大较小所需工艺时间较长较短生产线长度较长较短工作液热量损失小大2.1 浸渍式前处理设备2.1.1 槽体槽体基本上由主槽和溢流槽两部分组成。1. 主槽主槽按其结构特点可分为船形槽和矩形槽两种。船形槽用于连续生产，矩形槽用于间歇生产。对于连续生产的船形磷化槽，为了便于集渣，常常作成带锥斗的形式。锥斗的数量可满布于低部，亦可在局部设斗。底部应设喷管，使渣按要求流至锥斗内。喷管的排布位置，喷嘴的数量与喷射液体的角度以及压力流速均要选择合适，应能做到让沉渣沿要求
