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新型液体表面调整剂 |
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作者：南京依维柯汽车有限公司车身厂 胡美芳 丁映春 |
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表面调整剂的作用机理
所谓表面调整剂（简称表调剂）是一种能够改变金属表面状态、加速磷化过程、降低磷化液温度、促使形成结晶细微致密的磷化膜的复合化学材料。
表面调整剂应用在磷化前表面调整工序，以微粒形式吸附在金属表面，成为一层分布均匀、数量较多的磷化结晶的晶核。由于金属表面的晶核数量多，在结晶成长过程中，晶体之间能很快互相连接，限制了晶体继续生长，因而使得磷化膜结晶细密均匀。
新型液体表调剂特性试验
目前，国内绝大部分表调剂是粉状形式的，主要成分是胶体磷酸钛，而配成工作液后呈乳白色胶体状。由于胶体系统属于高度分散的多相分散系统，具有巨大的表面自由焓，故是热力学不稳定的系统，会形成自动产生微粒聚结成为大颗粒的现象，使胶体很快产生沉淀而失效。这种表调剂不受生产负荷影响必须定期进行排放。一般情况下，春、秋、冬三季两周排放一次，夏天高温季节一周排放一次。频繁的重新配槽，不仅增加了水及材料的消耗，同时所产生的废水给环境保护增加了压力。
新型液体表调剂以磷酸锌铁作为主要成分，完全不使用粉状表调剂中所使用的胶体钛盐。与目前广泛使用的粉状表调剂相比，槽液清澈透明接近于真溶液，具有材料消耗量低、槽液稳定性高、使用寿命长（6～8个月）、废水排放量少、磷酸盐皮膜更加细微致密等特点。
为了验证新型液体表调剂的特性，我们对新型液体表调剂(简称PL-X)、粉状表调剂（简称PL-Z）进行了如下的对比试验。
1、槽液消耗对比试验
（1）试验条件
□ 溶液体积：2L
□ 溶液浓度：2g/L
□ 试验板材：尺寸为150×75×0.8mm的冷扎板
（2）试验工艺流程及规范
□ 对于PL-X表调剂
脱脂（50℃，3min，游碱12PT）→水洗（常温，30s ）→表调（常温，1min，浓度2g/L，PH=8.7）→磷化（42℃，3min，总酸21.8，游酸0.8，气点1.5）→自来水洗（常温，30s ）→去离子水洗（常温，30s ）→干燥（110℃，10min） →评价磷化膜外观
□ 对于PL-Z表调剂
脱脂（50℃，3min，游碱12PT）→水洗（常温，30s ）→表调（常温，1min，浓度2g/L，PH=9.5）→磷化（42℃，3min，总酸21.8，游酸0.8，气点1.5）→自来水洗（常温，30s）→去离子水洗（常温，30s ）→干燥（110℃，10min）→评价磷化膜外观
试验过程中，除表调液外的其他溶液，脱脂液、水洗液、磷化液，每试验5块试板都将更换新溶液。
（3）试验结果
用PL-Z做表调进行磷化,当表调到第91块试板时，试板表面的磷化膜开始出现轻微的发黄；当表调到第141块试板时,试板表面严重发黄，所处理的试板面积为3.15m2。这时测定表调液浓度补加新鲜表调剂，继续磷化制板，使磷化膜恢复正常，测算出PL-Z的消耗量约为2.0g/m2。
而用PL-X做表调进行磷化,当进行到第161块试片时，试板表面的磷化膜开始出现轻微的发黄、发花；当表调到第381块试片时，试板表面发黄较为严重，所处理的试板面积为8.55m2。这时测定表调液浓度补加表调剂，继续磷化制板，使磷化膜恢复正常，测算出PL-Z的消耗量约为0.2g/m2。
试验结果表明，PL-X的消耗量明显低于PL-Z，溶液稳定性好。
2、槽液贮存耐久性对比试验
（1）试验条件
□ 溶液体积：2L
□ 溶液浓度：2g/L
□ 试验板材：150×75×0.8mm的冷扎板
（2）试验方法
对新配表调溶液分别放置2～8周后的溶液，在相同的磷化规范下，进行磷化制板。对所制磷化板进行外观评价、膜重对比、拍摄晶像照片，进行晶粒尺寸对比。
（3）试验结果如表1所示。表1 槽液贮存耐久性试验结果对比
 （4）试验结论
通过从膜重测试和晶像照片晶粒尺寸分析对比，在新配溶液的情况下，PL-X的表调效果与PL-Z基本一致，试板磷化膜外观良好，均匀致密；从处理液放置两周后的试验结果对比，经PL-Z处理后的磷化膜重增幅较大、二次结晶多，且晶像结构疏松，表明PL-Z表调剂已经老化；而PL-X处理后的磷化膜重、晶粒尺寸、晶像结构则很稳定仍为卵石状；通过继续对PL-X更长时间的贮存耐久性跟踪试验，PL-X处理液状态仍然很稳定，所制磷化膜试板外观均匀、致密、无浮灰。由此可见，PL-X的槽液稳定性、耐久性明显优于PL-Z。
3、磷化时间对比试验
（1）通过对PL-X和PL-Z表调后，进行5s和120s的磷化处理所制磷化板的晶像照片对比，可以发现：经PL-X处理后的磷化成膜时间更短，结晶更加细微、致密。如图1、图2所示的晶像照片。
通过用PL-X表调与用PL-Z表调进行磷化时间与磷化膜重的关系对比试验发现：用PL-X磷化完整成膜时间约60s，而用PL-Z磷化完整成膜时间为85s以上，如图3所示。
在汽车车身的涂装生产过程中，由于车身采取入槽、出槽的连续通过方式进入磷化槽进行生产，因此车顶在磷化槽中的全浸磷化时间较短，如采用PL-X进行活化，则更有利于车顶部位的磷化成膜完整。
4、不同底材、搅拌状况对比试验
（1）PL-X适应于各种板材，对难磷化的板材磷化成膜性也较高，如图4、5、6、7所示的晶像照片。
（2）PL-X对磷化液搅拌不苛求，如图见8、9所示的晶像照片。
生产成本核算对比
近年来，我厂使用PL-Z平均单耗2.2 g/m2；通过PL-X的药剂补加消耗试验，测得PL-X表调剂单耗为0.2g/ m2。根据PL-Z两周更换一次槽液而PL-X 则6个月更换一次槽液来进行测算， PL-X的运行成本约为PL-Z的62％。同时，根据表调槽体积进行计算，我厂每年可节约3000多吨用于更换槽液、清理槽体的自来水用量，减少相应的废水处理量并相应减少清槽的人工工时，不仅实现了降本的目的，而且更有利于环保。
结论
通过对PL-X进行的消耗稳定性、使用耐久性等试验，以及对使用成本的预测，与PL-Z相比较，PL-X具有使用窗口宽、成膜速度快，适应多种板材、槽液使用寿命长、废液排放量少等优点，有利于 “绿色汽车” 生产的需要和环保要求。从产品质量、生产成本、环保要求三方面综合比较，新型液体表调剂明显优于粉状表调剂。 (end)
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(9/18/2005) |
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