20xx粉末涂装培训第三讲粉末涂料的涂装工艺

20xx粉末涂装培训第三讲粉末涂料的涂装工艺内容摘要：

适量 适量 适量 适量 槽液温度，℃ 40~60 30~40 40~60 处理时间， min 除净氧化皮 除净氧化皮 除净氧化皮 为了防止二次生锈及将残酸带入磷化工序，除锈后的工件必须中和处理后才能进入下道工序，中和槽液为 3~5g/L Na2CO3 水溶液。 除油除锈“二合一” 在酸洗除锈过程中，添加具有清洗作用的表面活性剂， 如 OP 乳化剂，这类前处理液称为“除油除锈”二合一。 同时进行除油除锈，它简化了前处理工艺，减少了设备数量，缩短了处理时间，达到了良好的效果。 开始采用“二合一”工艺仅适用在油污及锈斑不太严重的工件，随着科学技术的发展，对于重油重锈采用“二合一”也获得了良好的效果。 选用“二合一”还是选用除油除锈分级处理工艺，这要通过经济和技术可行性的分析来确定。 表 1210 列出二种二合一前处理液的配方。 表 1210“除油除锈”二合一配方 组分， g/L 配方 1 配方 2 组分， g/L 配方 1 配方 2 硫酸 200~250 — 硫脲 1~2 10 盐酸 — 100~150 槽液温度，℃ 70~80 30~40 平平加 15~25 — 处理时间， min 15~30 10~20 烷基苯磺酸钠 — 50 磷化 概述 一、 磷化的作用 10 磷化处理是将金属表面（主要是钢铁）通过化学反应生成一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜。 磷化处理工艺在工业上使用得很广泛，如金属成型加工、润滑、防锈、涂装等是它的主要用途之一。 磷化膜具有多孔性，涂料可以渗入这些孔隙中，因而能显著地提高涂膜的附着力。 此外，磷化膜又 能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地阻碍了涂膜的腐蚀，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层最良好的基底。 因此，磷化处理已成为涂装表面处理工艺中不可缺少的一个环节。 二、磷化的分类 磷化处理有以处几种不同的分类方法。 根据磷化膜的组成可分为铁系、锌系、锰系三大类。 根据膜的厚度可分为薄膜型和厚膜型。 根据处理温度可分为高温磷化、中温磷化、低温磷化。 本节根据磷化膜的组成来讨论分析。 （一）铁系磷化 铁系磷化主要应用于涂装。 铁系磷化膜很薄，膜重大多数在 ～ ，很少达到 1g/m2。 铁系磷化膜组成为三价铁的磷酸盐与三氧化二铁，颜色从蓝色到褐色。 铁系磷化处理液的主要成分是酸式碱金属磷酸盐（如磷酸二氢钠、磷酸二氢铵），还含有碱金属的多聚磷酸盐（如三聚磷酸钠）及少量的催化剂促进剂和添加剂。 在磷化处理工艺上，铁系磷化具有反应速度快，处理时间短，处理温度低，工艺幅度大，槽液的酸度低，磷化淤渣少，因而对设备要求不高，药品消耗少，成本低。 如果选用合适的表面活性剂，可组成除油磷化“二合一”，从而可简化磷化处理工艺。 但由于铁系磷化膜很薄，它的耐蚀性不及锌系磷化 膜，所以主要应用于对耐蚀性要求不高的工件。 （二）锌系磷化 锌系磷化应用于润滑、防锈、涂装等方面。 锌系磷化膜重在 1～ 6g/㎡。 涂装用磷化膜重在 1～ 3 g/㎡，系薄膜型。 膜的组成，主要成分是锌、铁的磷酸盐，颜色从灰色到灰褐色。 锌系磷化处理液主要成分是磷酸二氢锌、磷酸三聚磷酸钠及催化剂、促进剂、减渣剂等添加剂。 锌系磷化由于配方的不同，工艺参数差别极大。 就涂装而言，目前采用中温磷化，薄膜型，故反应速度快、时间短、温度低，淤渣较少，但锌系磷化不能组成除油磷化“二合一”，故工艺过程较多。 锌系磷化膜的质量优于铁系膜 ，所以汽车涂装、家电电器涂装等均采用锌系磷化。 （三）锰系磷化 锰系磷化因处理时间长、温度高、浓度大、膜厚而松，涂装行业现已不用，多用于润滑、防蚀等方面。 三、涂装用磷化膜要求：膜重一般在 1～ 5g/m2，相当于膜厚 ～ ，同时磷化膜的结晶细致、均匀、连续、致密、附着力好、硬度大、孔隙率低。 磷化膜的形成机理及结构 一、机理 磷化处理材料的主要组成为酸式磷酸盐，其分子式为 Me（ H2PO4） 2， Me 通常指锌、锰、铁等。 这些酸式磷酸盐能溶于水，并分解产生游离磷酸。 3Me(H2PO4)2 ======= Me3(PO4)2 ＋ 4H3PO4 游离磷酸把被磷化金属（以钢铁为例）表面的铁溶解下来，并放出氢气，这使金属与磷化溶液相接触的界面处的酸度下降。 Fe ＋ 2H3PO4 ======= Fe(H2PO4)2 ＋ H2↑ 反应中释放出来的氢气被吸附在待磷化金属的表面上，从而阻止了磷化膜结晶的形成。 为加速磷化反应的速度，缩短磷化处理时间，在磷化处理溶液内加入氧化剂、促进剂以除去氢气。 以亚硝酸钠作促进剂为例，亚硝酸盐分解产生的 NO2 可使氢气氧化生成水，在工件表面溶解下来的亚铁离子被 NO2 氧化成三价铁离子而生成 FePO4，在磷化工作液的酸度下，它几乎不溶于水，于是就成为淤渣沉淀下来了。 其反应式如下： 2Fe ＋ 2H2PO4 ＋ 2H+ ＋ 3NO2 ——— 2FePO4 ＋ 3H2O ＋ 3NO↑ 11 在工件表面上氢离子的唯一来源是酸式磷酸盐，上述的反应需要消耗氢离子，从而降低了酸度，于是磷化膜就按下面的反应式沉积下来。 3Me2+ ＋ 2H2PO4 ——— 4H+ ＋ Me3(PO4)↓ 将上述两上的反应式结合起来，磷化过程的总的反应式如下。 4Fe ＋ 3Me2+ ＋ 6H2PO4 ＋ 6NO2 ——— 4Fe(PO)4↓＋ Me3(PO)4 ＋ 6H2O ＋ 6NO↑ （淤渣） 磷化膜 实际的磷化反应要复杂得多，因为还有一些其他反应同时进行。 磷化淤渣的主要成分为 FePO4，也有少量的 Me3(PO4)2。 磷化膜的主要成分是 Me3(PO4)2178。 4H2O，但也有磷酸铁与其它反应产物。 在铁盐磷化过程中，由于所采用的酸式碱金属磷酸盐都是水溶性的，不能存在于磷化膜中。 碱金属的磷酸二氢盐溶液 在氧化剂的存在下，例如空气中的氧，与钢铁表面产生下列反应。 4Fe ＋ 4NaH2PO4 ＋ 3O2 ——— 2FePO4 ＋ Fe2O3 ＋ 2Na2HPO4 ＋ 3H2O 铁盐磷化膜 二、磷化膜的结构组成 磷化膜的结构组成主要取决于工件材料和磷化液配方，其次与处理过程也有关系。 由于铁系锰系磷化应用不广，且品种较少，故本节主要讨论锌系磷化膜的结构。 在钢铁表面生成的锌系磷化膜主要有磷锌矿 Zn3(PO4)2178。 4H2O 和磷叶石 Zn2Fe(PO4)2178。 4H2O。 人们把磷化膜中的磷叶石含量的百分比叫 P 比。 磷叶石 P 比 ＝ —————————— 179。 100% 磷叶石＋磷锌矿 研究表明，磷叶石可以提高磷化膜的耐蚀性。 应当指出，磷叶石中的铁分是金属基体表面的铁原子溶解指析出，而非溶液中的铁离子沉淀，这就是磷叶石主要集中于工件腐蚀表面磷化膜的内部的原因。 磷化膜的结构与磷化液的配方有关。 如镍改进的锌系磷化液，镍少量地夹杂于磷化膜中，在低锌的磷化液中，更多的形成磷 叶石和铵镍矿。 磷化膜的结构还与磷化工艺有关，一般情况下浸渍磷化比喷射磷化含有更朋的磷叶石。 磷化处理的工艺 一、磷化处理的工艺过程 （一）喷射法 由于喷射的冲击起到了搅拌和表面更新作用，使得喷射法所需的磷化时间较浸渍地短，约 2min，而且磷化液的浓度和温度也低，所生成磷化膜的结晶也较细。 喷射法的缺点是它不适用于形状复杂或有封闭内腔的工件，因在封闭内腔的表面非但没有磷化，反而容易造成锈蚀。 喷射法的另一缺点是生成的磷化膜的 P 比低，设备维护工作量较大，需要经常检查，疏通喷嘴。 （二）浸渍法 浸 渍法的优缺点正好与喷射法相反，处理时间通常需要 3～ 5min，处理的温度与浓度也较高，而且生成的磷化膜结晶也要粗些。 它的优点是适用于处理形状复杂的工件，磷化均匀，磷化液的夹带量少，膜的 P 比高。 综上所述，对一博面结构简单的工件，如冰箱、洗衣机外壳等宜采用喷射法，而对形状复杂的工件，如汽车车身等宜采用浸渍喷淋结合法。 二、磷化处理的典型配方和工艺参数 （一）浸渍用铁系磷化液配方 磷酸二氢钠 88 g/L 草酸 g/L 草酸亚铁 g/L 重铬酸钠 g/L 氟化钠 5 g/L 12 槽液温度 50℃ 处理时间 3～ 4min （二）浸渍用锌系磷化液配方 Zn(H2PO4)2178。 2H2O 60～ 70 g/L Zn(NO3)2178。 6H2O 60～ 80 g/L NaF 3～ g/L ZnO 4～ 8 g/L 槽液温度 20～ 30℃ 处理时间 3～ 5min 总酸度 70～ 90 点 游离酸度 3～ 4 点 （三）喷淋用锌系磷化液配方 磷酸二氢锌 10 g/L 硝酸钠 7 g/L 硝酸锌 7 g/L 亚硝酸锌 总酸度 10～ 12 点 酸比 10～ 12:1 槽液温度 55～ 65℃ 处理时间 2～ 3min 影响磷化处理的因素 一、基材的影响 有时在完全相同的磷化处理过程中会发现磷化膜的晶体结构、耐蚀性、外观颜色等不一样，这是因为钢铁牌号不同，微量元素（如铜、砷、锑、锰锡、铝或铅）含量不同所造成的。 这些杂质对磷化过程中的浸蚀作用产生影响，有的杂质促进（如铜）、有的则抑制（如铝）磷化膜的生成，有的元素参加了磷化膜的成膜过程使颜色发生变化。 即使组成相同的钢材，在采用不同工艺回火时，磷化膜的质量也会不一样。 如果钢板表面上的微孔残留有辗压油，则在回火后碳化成为不溶物，也会影响磷 化反应。 因此，在对磷化药品进行对比试验时，一定要用相同的基材和采用相同的工艺进行。 二、促进剂影响 促进剂亦称催化剂，一般讲催化剂不参加反应，在反应前后没有物理化学变化，但是磷化过程中的催化剂是参加反应，并且有物理化学变化的，所以在磷化处理中使用的催化剂称之为促进剂。 在磷化过程中主要是去极化作用。 （一）磷化处理的所用催化剂的影响 目前锌盐磷化处理大多用亚硝酸（一般用亚硝酸钠）来作促进剂的。 在磷化处理时，亚硝酸盐的含量是关键，用量不足，则磷化速度减慢，不能在规定时间内形成完整的磷化膜；用量过多，则生成大量 的磷化淤渣，不但增加了设备清理维护的工作量，而且也加剧了磷化药品的消耗。 亚硝酸钠在酸性溶液中易分解产生 NO2，而磷化液是酸性的，即使在工作时也会自行分解而消耗。 所以在磷化过程中，它必须作为第二组不断添加。 由于亚硝酸盐分解产生的气体 NO2 系酸性气体，在突然停车时，处于磷化过程中的工件将会被锈蚀。 （二）常用促进剂的特点 用作磷化处理的其它促进剂有过氧化氢、氯酸盐、硝酸盐等，现将它们的优缺点列于表 1211。 表 1211 常见促进剂的优缺点 促进剂 优点 缺点 13 亚硝酸盐 氯酸盐 硝酸盐 过氧化氢 除 去磷化液中的铁和氢，作用大。 在磷化液中稳定，除去磷化液中的铁和氯，作用大。 产物无害，在磷化液中稳定除去磷化液中的氢。 产物无害，除去磷化液中的铁和氢，作用大。 在磷化液中不稳定，必须经常添加。 反应产物 Cl为有毒。 作用低，不除铁。 在磷化液中不稳定，必须经常添加，磷化调节严格。 三、氟离子的影响 在含锌盐的磷化液中，铝离子能阻碍锌盐磷化膜的生成，当有促进剂存在情况下铝离子浓度在，则能完全阻止锌盐磷化膜的生成，但加入氟化物时，一方面生成铝的配位化合物 (AlF6)3，另一方面生 成不溶于水的氟铝酸钠而沉淀下来，使铝铁合金工件的磷化能顺利进行。 四、前道工序的影响 磷化前道工序包括：除油、水洗、除锈、表面调整。 在强碱溶液除油和用强酸除锈后，均使磷化膜粗糙、变厚，于涂装不利，因此应对工件表面进行调整，通常使用弱酸性的草酸溶液，但现在更多的是用弱碱性的磷酸钛盐的溶液来处理，效果很好。 这是因为钛盐是良好的结晶剂，通过钛盐的调整，工件表面快速均匀的分布了许多晶核，磷酸锌晶体在此表面上迅速均匀的产生，从而达到调整的目的。 一般钛盐浓度仅为每升几克，而 pH 控制在 9～ 10 即可。 五、后道工序的影响 磷化后道工序包括水洗、钝化、干燥。 工作经磷化后一定要彻底清洗掉残留液，否则易起泡脱落。 为了保证水质，一般采用溢流水洗的方法，同时采取利用后面水洗槽的溢流水来补充前面水洗槽的逆流补。