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内容:涂装前处理系统培训教程
涂装前处理系统培训教程
发布时间:2010-04-18 13:28:29   点击率:1383

      我们所要讲的前处理是漆前表面处理,是指被涂工件在涂底漆前,对工件表面进行必要的处理,如除油、除锈、钝化、磷化等工艺方法,目的是使经过处理后的工件表面,漆膜更易附着,减少漆膜下的腐蚀,达到防腐的效果。


  漆前表面处理工艺包括三个方面内容:


1.清除被涂物表面各种污垢,以保证涂层具有优良的防腐蚀性能以及涂层与被涂物表面具有良好的附着力。污垢可分为无机污垢和有机污垢两大类,金属的腐蚀产物(铁锈与氧化皮)、焊渣、型砂、碱斑、灰尘以及水垢等属于无机污垢,这些污垢的存在不仅影响涂层的附着力、外观、涂层的耐潮湿性及耐腐蚀性,而且锈蚀会在漆膜下蔓延。各种油污以及旧漆膜则属于有机污垢。当被涂物表面存在各种油污如未洗净就涂漆,则将对漆膜与被涂物的结合力产生有害影响,严重时漆膜成片脱落。因此,在涂漆前被涂物表面清除掉上述各种污物。


2.对清洗过的被涂金属件表面进行各种化学处理,以提高漆膜的附着力和耐腐蚀性。如对钢铁制件在涂漆进行磷化处理,对铝制件在涂漆前进行氧化处理,又如对需涂漆的塑料制件在涂漆前进行特种化学处理,以提高漆膜与塑料件物面的结合力,等等。


3.采用机械的办法消除被涂物的机械加工缺陷和创造涂漆所需的表面粗糙度(光洁度),如锤平的办法平整被涂钣金件的凹凸不平的缺陷、锉掉毛刺等,被涂物表面的光洁度一般要求4-6级,低于4级时,所得漆膜表面粗糙无光,如果光洁度高与6级,则太光滑,将影响涂层的附着力,需要用砂纸打磨的办法来增大粗糙度,提高附着力。


第一节   金属的除油


  工件在制造过程中,由于机械加工和防锈的需要,经常接触各种润滑油、拉延油、防锈油以及磨光剂、抛光膏等,在搬运过程中也常染上油污。因此,油污是被涂金属制件在进入涂装车间时最常见的污垢。在涂装前洗净被涂物上油污的工序称为除油(又称为脱脂)。


  最常见的漆前除油的方法有碱液清洗,表面活性剂清洗、乳化液清洗、有机溶剂清洗等,清洗的原理就是借助清洗剂的物理及化学作用力,除去油脂的。


 


一.油脂的来源及种类


1.油脂的来源:


油污的来源主要是金属材料及其制品在加工和贮运过程中,由于防锈的需要而带来的油污。


由机械加工和成型过程中染污上的油污如各种润滑油、润滑脂、拉延油、切削油、乳化液、抛光膏、磨光剂等。


在搬运过程中染污上的油污如悬链的润滑剂及沥青等。


2.油污的组成主要是一些矿物油、凡士林、石蜡、天然蜡或树脂


  以及动植物油脂、氧化铝、沥青及其它。


 


除油的方法及材料


  根据油脂的性质及工件材料的性质选用一定的清洗剂是必要的,这样才能受到较良好的清洗效果。主要的清洗方法有碱液清洗法、表面活性剂清洗、有机溶剂清洗法。


  1.有机溶剂清洗法:


  有机溶剂清洗法是借助于有机溶剂对各种油污的溶解能力进行除油,此法除油率高,但不能洗掉无机盐类和碱类。在涂装工序中,除油常用的有机溶剂是白醇或清洗用汽油和各种含氯溶剂。


  采用溶剂汽油清洗法是用刷子或抹布蘸汽油手工擦洗被涂工件表面,或将被清洗件直接浸入溶剂槽中清洗,随后晾干或烘干。


  采用含氯溶剂清洗法一般靠其蒸气进行清洗,故又称为溶剂蒸气清洗法,它是清除金属、玻璃或其他材质上溶剂可溶性污垢的一种物理方法,含氯溶剂具有不燃性和对油污溶解力强的特点,但毒性较大,不适合手工清洗。


2.表面活性剂清洗法


以表面活性剂作为主清洗剂,利用其表面张力低、浸透湿润性好、乳化能力强等特性,来洗净金属表面油污的方法,称为表面活性剂清洗法。


  主要特点是:


  (1)同样条件下,清洗能力较碱液强,去油效果好,可使清洗液的pH值近于中性或弱碱性(pH9-11),适用于有色金属的清洗。


  (2)可以和其它处理工序合并。


  (3)使污水处理更为方便。


  缺点是价格较贵,清洗过程中,容易起泡沫,不适用于喷射法清洗。


  通常的表面活性剂是由亲油基和亲水基组成。根据其水溶液中离解所带的电荷可分为:阴离子型(如肥皂、烷基苯磺酸钠)、阳离子型、水离子型、两性界面型等表面活性剂。金属清洗主要采用阴离子型和非离子型表面活性剂。


  


    3.碱液清洗法


碱液清洗法的机理主要基于皂化、乳化、分散、溶解和机械作用。常见的碱的种类有氢氧化钠、钠离子的碳酸盐(如碳酸钠、碳酸氢钠、偏硅酸钠、硅酸钠、磷酸钠等,由于氢氧化钠对铝、锌等金属有较强腐蚀,固一般不用氢氧化钠清洗有色金属。


主要的化学反应


      R—COOH+OH-=  R-COO-+H2O


    由于金属表面的油污的组成较为复杂,工业上很少用一种碱配成的清洗剂来进行除油。试验证明,几种不同的碱液和少量的表面活性剂配成的清洗剂,有较好的除油效果。


    当然,除油的效果的好坏与所选择的清洗方法以及工艺条件,常用的清洗方法有浸渍法、喷射法、电解法和超声波法。


    主要的清洗法的基本工艺表


 


工序 


项目  清   洗   法   


    浸渍法 喷射法 电解法    


 


除油 时间,分钟                                 水洗 时间,分钟


温度,℃                                        温度,℃ 0. 5~2


浓度,克/分 3~5                                        常温~50 ~0.25


70~100                                         常温~50 0. 25~0.5


30~60 0. 51~1                                   常温~50


55~80


2~4 0. 51~1


70~98


30~60   


 


 


浸渍法是将被处理工件全部浸入较高温度的清洗液中,不断搅拌清洗液或晃动被清洗件等机械作用,来清除表面污垢。喷射法是以较低浓度的清洗液进行强烈喷射,洗液温度可以不要求很高,但要求清洗液的的起泡性小,不宜采用易起泡的阴离子表面活性剂。喷射法的优点是处理时间较短,处理的温度与浓度较低。由于具有强烈的机械作用,清洗效果较好。缺点是不适宜用于有封闭内腔的工件,维护工作量较大,容易生成大量泡沫。浸渍法的优点是可用于外型复杂、具有封闭内腔的工件,但要注意要注意避免造成空气袋和兜液。设备结构比较简单维护工作量较小,清洗时不易生成过多的泡沫,故允许含较多的表面活性剂。缺点是处理时间较长,处理所需的温度与浓度也较高,清洗效果较差。


    目前,被广泛采用的是喷浸结合的处理工艺,这样可以满足在较低的槽液温度和槽液浓度下,在较强的机械压力下,收到较好的处理效果。处理工艺为槽液的总碱度为11—13点,游离碱度为6—7点,温度为55—65℃,处理时间为2~3分钟。对工件进行除油处理后,为防止残留的脱脂液在工件的金属表面形成二次腐蚀和污染后序槽液,一般处理后,进行两次水洗,以清除表面的脱脂液。


第二节  漆前磷化处理


 


    磷化处理是将被涂工件金属,通过化学反应,在金属表面生成一层非金属性的,不良导电的多孔性的磷酸盐薄膜,通常被称为转化涂层。磷化处理工艺在工业上,尤其在汽车涂装方面使用得很广泛。


    磷化膜具有多孔性,涂料能渗入到这些孔隙中,因而,能显著提高涂层的附着力。此外,磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体,从而抑制了金属微电池的形成,有效地阻碍了涂层的腐蚀,可以成倍地提高涂层的耐腐蚀性和耐水性。


磷化处理的分类


    工业上所用的磷化处理有以下几种不同的分类方法:


    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(50~70℃)、和低温磷化(40℃以下)。


    3.按磷化施工方法分类    有喷淋式磷化、浸渍式磷化、喷浸结合式磷化、涂刷型磷化。


    4.按磷化膜的质量分类    有重量型(7.8g/m2以上),中量型(4.3g/m2~7.5g/m2)、轻量型(1.1g/m2~4.3g/m2)和特轻量型(0.3g/m2~1.1g/m2)。


    此外,还可根据磷化剂适应的底材不同(如钢铁、锌、铝等)和所用催化剂种类不同(如有机硝基化合物、亚硝酸纳、氯酸盐、双氧水)等而有各种不同的配方组成。


    铁盐磷化膜最薄,其膜重为(0.3~1.1g/m2),属特轻量型。锌盐磷化视配方的不同,可分别形成轻量型、中量型或重型磷化膜,膜重范围很广,在(1.0~5.0g/m2)之间。用作涂层打底时,一般都采用轻量型。


    二.磷化处理反应机理


    磷化处理材料的主要成分为酸式磷酸盐,其分子式为Me(H2PO4)2。在含有氧化剂及各种添加剂的酸性磷化液中,磷酸二氢盐要发生离解,产生金属离子Me和磷酸二氢根离子,在适当的温度下,使磷化液与被处理的金属(以钢铁为例)表面接触时,发生金属的溶解反应。主要反应如下:


   


 


 


  Me(H2PO4)2        Me+H2PO4-


                                      HPO4-+H+


                                              PO43++H+


  2Fe+2H2PO4-+2H++3NO2      2FePO4  +3H2O+3NO


   3Me2++2H2PO4-       4H++Me3(PO4)2   


总的反应方程式为


   4Fe+6H2PO4-+3Me2++6NO2        4FePO4  +6H2O+


                            (淤渣)


                      6NO  +Me3(PO4)2  


                                     (磷化膜)


三.影响磷化的因素


    1.磷化工艺参数的影响


    1)总酸度──总酸度过低,磷化必将受到影响,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──游离酸度过高、过低均会产生不良的影响。过高不能成膜,易出现黄锈;过低磷化液的稳定性受到威胁,生成额外的沉渣。游离酸度反映磷化液中游离的氢离子的浓度,控制游离酸浓度的意义在于使磷化液中的磷酸二氢酸盐的离解度,把成膜离子浓度予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的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,注意要缓缓地加入,充分的搅拌,否则,碱液局部浓度过浓会产生不必要的沉渣,出现越加碱,游离酸度越高的现象。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实际意义的。二者在磷化中总是成对出现的,它们之间的搭配是能否生成磷化膜的条件。


    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5~30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在规定的范围内,所以往往只是直接测定总酸度、游离酸度的值就可以,而不必计算酸比。


    4)温度──磷化处理温度与酸比一样,也是能否成膜的关键因素,不同的配方都有规定的不同温度范围。温度与溶液中各离子浓度及与酸比之间有着密切的联系。实际上,它们都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,成膜离子浓度就高。但是,温度过高要产生大量沉渣,磷化液失去平衡。温度过低,成膜离子浓度总达不到溶度积,不能生成完整的磷化膜。所以,一旦选定某一配方后,就应严格遵照工艺范围控制温度。


    5)时间──根据不同目的,在不同的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,可能形成表面疏松的粗厚膜。


    2.促进剂的影响


    磷化液中的促进剂主要指某些氧化剂。氧化剂是作为阴极去极化剂而在磷化磷化配方中采用的一种化学反应型的加速剂,它的主要作用是加速氢离子在阴极的放电速度,促使磷化第一阶段的酸蚀速度加快,因此可以称为金属腐蚀的催化剂。最常用的催化剂有硝酸盐、氯酸盐、亚硝酸盐。


    3.被处理钢材表面状态的影响


    被处理材料的表面状态的差异会影响磷化效果,钢材表面诸如表面碳的污染、表面氧化膜、表面的结晶方位、以及不同处理方法情况下金属表面的元素组成不同等会给影响磷化膜的形成。


    4.磷化前的表面调整处理的影响


    所谓磷化表面调整处理就是采用磷化表面调整剂使需要调整的金属表面改变微观状态,促使磷化过程中形成结晶细小、均匀、致密的磷化膜。


    磷化前零件的表面处理对磷化膜质量影响极大,尤其是酸洗或高温强碱清洗对薄层磷化影响最大。据报道,磷酸盐在冷轧钢板表面厚度为(50~150)×10-10m的完整四氧化三铁──三氧化二铁氧化层上能形成均匀致密的结晶。如果经过酸洗,只剩下厚度为30×10-10m以下的氧化层,过于薄而且不完整,所以难得到良好均匀的磷化膜,还因为酸洗表面产生析碳,也影响磷化膜的形成。对于高温或强碱清洗,由于钢板表面上的磷化活性点转变成氧化物或氢氧化物,使构成磷化膜的结晶晶核减少,因而促使生成稀疏粗大的磷化膜结晶,影响磷化质量,尤其是低温浸式薄层磷化及低锌磷化对予处理特别敏感,不进行表面调整处理,就很难形成磷化膜。所以,在磷化前,采用表调变成一个必不可少的程序。


    现在,表调一般采用磷酸钛胶体溶液进行磷化前的表面处理,由于胶体微粒的表面能高,对物体表面有极强的吸附作用,胶体微粒吸附在零件表面上形成均匀的吸附层,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,因而促进磷化膜的均匀快速形成,限制大晶体的生长,结果促使磷化膜的细化和致密,提高成膜性,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化质量的影响。


  配制表调工作液的应该是纯净的,最好用去离子水,以免水中的杂质离子破坏胶体溶液的稳定性,在生产中,工作槽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工作液,以防止工作液因污染而失效。


  5.磷化后的钝化处理


  磷化后的钝化处理均指对磷化膜采用含铬的酸性水溶液补充处理,这样处理后可以进一步提高磷化膜(尤其是P比低的磷化膜)的腐蚀性,钝化的作用来自以下两个方面:一是使磷化膜孔隙中暴露的金属进一步氧化,或生成铬化层,填补磷化膜孔隙,使其稳定于大气之中,以便提高磷化膜单层的防锈能力,故也称之为封闭处理。对其详细的反应机理目前还不清楚,但主要作用还是被处理表面的溶解作用。二是通过含铬的酸溶液处理,可以去掉磷化膜表层疏松结构及包含在其中的各种水溶性残留物,降低磷化膜在电泳时的溶解量,以提高涂膜的耐腐性。