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硅烷技术为磷化技术带来变革 |
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作者：奇瑞汽车股份有限公司 杨秋芳 来源：AI汽车制造业 |
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硅烷工艺是表面处理技术发展的一个新方向，它具有节能环保、成本低及操作简便等磷化工艺无可替代的优点。硅烷技术的成功应用将给磷化技术带来革命性的变革。
改造方案
传统的三元磷化表面处理工艺和硅烷技术的工艺分别如图1、图2所示。以奇瑞备件车间生产线为例，设备改造方案如下：
1.预脱脂槽。因为硅烷产品对脱脂的要求比磷化更高，而喷淋预脱脂可以彻底洗清工件的外表面，并洗清70%～80%的工件内部，只有那些喷淋的死角才需要依靠浸渍脱脂来彻底清洁。
目前备件线预脱脂时间是50～60s，喷淋管道是4排；改造时需增加2～4排的喷淋管，延长预脱脂的时间到90～120s。
2.主脱脂槽不必做任何改造。
3.水洗1槽不必做任何改造。
4.表调槽。在表调出口到磷化槽之间接近表调的区域安置1排新鲜DI水直喷设备，最好有感应装置，在有工件通过时再进行喷淋。流量要求在1.5L/m2以上。该新鲜纯水可直接进入表调槽做循环纯水使用。
5.磷化槽。由于硅烷产品对磷比较敏感，所以磷化槽必须进行一次彻底的清洁。此清洁工作包括化学清洗和人工清洗。但是在管道内部，特别是一些死角，化学清洗可能除渣会不彻底，同时管道内也无法进行人工清洗。最好能把所有管道全部更换成新的管道。并且管道的材料必须是304或316不锈钢，或是耐氟化物的硬PVC或PE。原来为磷化设计的表面层流管可以取消。但换热的管道可以不取消，因为考虑到冬天如果水温降到5℃以下，还是需要把硅烷槽液加热到15℃左右，以保证处理的质量。
6.水洗2区不必做任何改造。
7.水洗3区不必做任何改造。
8.新鲜DI水喷淋不必做任何改造。
图1 传统的三元磷化表面处理工艺
图2 采用硅烷技术的工艺
成本对比
1.化学品成本比较
磷化（以磷化价格含税12元、促进剂价格含税5元计算，表调价格含税20元计算）：每1?000m2价格约为12×10＋5×3＋20×1＝155元；硅烷（以9810/1含税250元、9905含税40元计算）：每1000m2价格约为250×0.5＋40×1＝165元。化学品方面硅烷比磷化贵了10元/km2，以全年生产530000m2计算，硅烷共贵了5300元；
2.热能比较
磷化（以磷化温度40～45℃计算）：目前国内最便宜的浸渍磷化线热能消耗在80元/ km2，而此生产线由于单班处理面积较少，预计热能消耗在110元/km2；硅烷（仅冬天加热到15℃以上）：预计热能消耗在10元/km2；热能方面：磷化比硅烷贵了100元/km2。以全年生产530000m2计算，磷化共贵了53000元；
3.电能比较
以目前每年运行2?112h计算，磷化（包括后道水洗，共有4个30kW/h的泵），每年电费（以电价1元计算）4×2?112×30＝253440元；硅烷（只需要运行1个泵）每年电费（以电价1元计算）1×2?112×30＝63360元。全年计算，磷化共贵了190080元。
4.废水处理费用比较
磷化中磷酸根约15000PPM，锌、镍和锰合计约3000PPM，水洗因子以100计算，后道水洗达到溢流动态平衡时，废水中含磷酸根约1500PPM，锌、镍和锰合计约300PPM，处理每吨废水约8元；硅烷中不含磷，硅含量约40PPM，锆含量约200PPM，水洗因子以100计算，后道水洗达到溢流动态平衡时，废水中含硅约4PPM，锆约20PPM，处理每吨废水不到1元；以全年530000m2，每平方米约产生4L废水计算，全年约处理2120t废水，磷化共贵了14840元。
5.环保性
硅烷产品和磷化相比，不含锌、镍和锰等重金属，显著减少水耗量，显著减少废水处理量，室温工作，不含磷，不含氧化还原剂，无氮氧化物废气排放，几乎无渣（所有金属出渣量<0.1g/m2），由于出渣量低，可完全闭路水处理，循环用水，不产生废水。
6.管理的便捷
众所周知，磷化工艺的副产品是大量的磷化渣，每隔一段时间，生产线必须停产，对磷化槽进行除渣处理，除渣结束后不仅要清洗磷化槽，磷化液也不可避免有部分浪费。而使用硅烷产品，以上的一切问题都不再存在了。
另外，使用磷化产品，每处理1000m2，需要各种化学品约20kg；而使用硅烷产品，每处理1000m2，需要各种化学品约2kg，加料更简单。磷化过程中需要控制游离酸、总酸、氟硅酸和促进剂点等各参数，而硅烷只需控制pH和活化点。硅烷过程还无需表调槽，从而节约了表调槽的化学品消耗和控制，操作更简单。
综上所述，以年生产500000m2计算，使用硅烷产品比磷化节约25万元。而使用硅烷产品预计全年的化学品约9万元，这也就是等于无偿使用了化学品，在此基础上还节约了约16万元。
硅烷的技术原理
1.使用过程
水解后的OXSilane分子（≡Si（OR）3）中的SiOH基团与金属表面的MeOH基团形成氢键，快速吸附于金属表面。
水解反应：≡SiX+H2O→≡SiOH+HX
其中，X=-Cl，-OAC，-OCH3，-CH2CH2OCH3，-OC2H5等。
2.干燥过程
SiOH基团和MeOH基团进一步凝聚，在界面上生成Si-O-Me共价键。
SiOH（溶液）+MeOH（金属表面）=SiOMe（界面）+H2O。
3.剩余的OXSilane分子
剩余的OXSilane分子通过SiOH基团之间的凝聚反应在金属表面上形成具有Si-O-Si三维网状结构的有机膜，≡SiOH（硅烧液）+SiOH硅烧液→≡Si-O-Si≡硅烧膜+H2O。(end)
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(4/7/2010) |
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