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大客车车身蒙皮整体喷淋磷化工艺应用与分析 |
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作者：江苏亚星-奔驰客车有限公司 张明 |
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摘 要：本文介绍一室多用的大客车车身蒙皮整体喷淋磷化工艺，车身长12m以内的大客车均可采用。该工艺具有设备占地面积小、投资少、工艺周期短、槽液寿命长等优点，但也有材料浪费大、工艺难管理等缺点。
关键词：车身蒙皮 表面预处理 磷化 整体喷淋 扣合型车身
1 前言
为得到优质涂层，客车蒙皮涂装前必须进行磷化处理，这主要是由于磷化膜能提高有机膜与金属的结合力，增强其耐蚀性。当未经磷化处理表面的金属或非金属涂层破损以后，基体金属裸露出来，在这些表面部位形成了微电池，由于膜下形成的电解质及金属的导电性，膜与金属之间的毛细现象，金属开始腐蚀，并向各方向扩张，结果在膜下边形成腐蚀气泡，涂层大面积脱落。如果金属是经过磷化处理的，由于其他部位的金属被牢固地吸附在基体上的非导体磷化膜所绝缘，所以腐蚀过程仅局限于损坏面，并限制了电解质水平方向扩展，膜下的腐蚀受到了限制。磷化有喷磷、浸磷、喷浸结合等方式，本文介绍的一室多用车身蒙皮整体喷淋磷化工艺仅适用于不带底盘涂装的扣合型车身，该工艺具有设备占地面积小、投资少、工艺周期短、槽液寿命长、适合流水作业等优点，所以一室的整体喷淋磷化工艺在大、中型客车生产中应用较多。在同一个室体内先后对车身蒙皮进行脱脂、酸洗、表调、磷化、水洗等工序，效果比较好，该工艺切实可行。目前该工艺在扬州客车厂得到应用。
2 整体喷淋磷化成膜基本原理
以磷酸二氢锌盐为例介绍整体喷淋磷化成膜基本原理，该磷化液中含有三种成分：
(1)自由磷酸(H3PO4)，它能维持磷化液pH值为1；
(2)磷酸二氢锌盐［Zn(H2PO4) 2］；
(3)催化剂：常用氧化剂有亚硝酸盐。
磷化成膜机理，一般分三个阶段：
(1)金属与酸发生作用引起金属溶解：
Fe+H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2↑
(2)磷酸二氢锌盐在金属表面上发生水解：
Zn(H2PO4)2→ZnHPO4+H3PO4
(3)不溶性正磷酸盐在金属表面沉淀形成磷化膜 ：
3ZnHPO4→Zn3(PO4)2+H3PO4
同时基体金属也可直接与酸性二氢盐反应：
Fe+Zn(H2PO4)2→ZnHP4+FeHPO4+H2↑
Fe+Zn(H2PO4)2→ZnFe(HPO4)2+H2↑
最终形成磷化膜为：
从上式可以看出，溶液的酸度非常重要，酸度太低不利于金属基体的溶解，因而难以成膜，但酸度太高，则提高了磷化膜的溶解速度，也不利于成膜，甚至根本不会上膜，因此在磷化过程中必须严格控制酸度。
3 车身蒙皮整体喷淋磷化工艺介绍
3.1 工艺流程
一室多用车身蒙皮整体喷淋磷化工艺对表面预处理要求比较严格，对蒙皮磷化前常采用的预处理有：脱脂酸洗“二合一”工艺、表面调整、水洗等调整清洗方式，使蒙皮磷化更加彻底完善，提高磷化膜质量。其工艺流程如下：
预清洗——沥干——脱脂酸洗——沥干——清水洗——沥干——表面调整——沥干——磷化——沥干——清水洗——沥干——出车——烘干——检查→
工艺注解如下：
3.1.1 预清洗
清除车身各部位杂物，防止进入脱脂酸洗槽中，缩短脱脂酸洗槽液寿命。
3.1.2 脱脂酸洗
采用加有乳化剂的磷酸溶液配制槽液，脱脂酸洗同时进行，给磷化创造一个良好条件。因脱脂酸洗液呈酸性，为防止脱脂酸洗后金属金体表面返黄锈，故沥干时间特别短，但这样导致脱脂酸洗液不能充分回流到槽中，造成脱脂酸洗液大量浪费，因而材料浪费比较大。一般配槽时：磷酸占6%，乳化剂占1%。
3.1.3 清水洗
将车身蒙皮表面及其他部位残留的脱脂酸洗液清理干净，防止影响磷化膜质量，尤其是焊缝处残液需完全清理干净，否则会影响涂装质量。
3.1.4 表面调整
不同厂家生产的表调剂有不同的型号及规范，常用的表面调整剂是一种胶体钛系金属表面调整剂，槽液pH值控制为9～10，其作用是使磷化膜结晶更加致密，在规定的时间内使磷化膜形成更加充分、完整，有效降低磷化药品的消耗量及磷化膜重量，进一步提高涂层的耐蚀性、附着力。表面调整后的沥干时间不易过长，同样是为了防止金属基体表面返黄锈失去活性。一般情况下，表调液由于消耗，且大量脱脂酸洗液串入表调槽中，槽液pH值急剧下降，应及时加氢氧化钠、碳酸钠或表调剂进行调整，以恢复表调液pH值，当表调液变成黄褐色或黑色加调整剂不能使槽液颜色变浅恢复活性时，应废弃重新配槽，一般用量为0.3％～0.5%。
3.1.5 磷化
采用低温磷化，温度t:35～40°C，总酸度TA：15～22，游离酸度FA：0.6～1.6，催化剂AC：1.5～2.5。槽液必须定期除渣，保证磷化液呈蓝绿色，以防槽液废弃以及堵喷嘴、管道。磷化后沥干时间可适当放长，可以使磷化液充分回流到磷化槽中，防止磷化液滞留室体和管道内流到其他槽中，易使其他槽液废弃。磷化后的水洗保证车身各部位的磷化液及杂质完全除净，磷化膜更加美观。
整车蒙皮表面磷化膜应呈均匀灰色，不允许有大面积黄锈和严重挂灰，允许有轻微的水迹、消泡剂痕迹、条纹状蓝色膜及轻微挂灰现象，焊缝及边角处可无磷化膜。锌系磷化膜中常发现蓝色膜，实质是氧化膜，它的附着力很高，单一防腐性略差，但和有机涂层结合起来防腐性很好，对涂装质量没有负面影响。
3.2 工艺原理
一室多用车身蒙皮整体喷淋磷化工艺原理见图1。
车身蒙皮整体喷淋磷化工艺过程可通过程序控制，将需要控制的工艺时间及工艺步骤通过可编程控制器控制，这样既减轻工人劳动强度，又比较容易控制磷化质量。磷化过程中，车身必须摇摆，避免喷淋磷化时磷化膜产生花斑，可使磷化膜均匀、完整。
图1 整体喷淋磷化工艺原理图
1.清水槽 2.磷化水洗槽 3.预清洗槽 4.表面调整槽 5.废液收集槽 6.磷化液槽 7.脱脂酸洗液槽 8.热交换器 9.离心除渣机 10.沉淀塔 11.室体 12.抽风装置 13.摇摆机构 14.油水分离器 15.溢流槽 16.磷化废水处理装置 17.地坑 18～26.电磁阀 27～52.截止阀 53～64.水泵 65.球阀 66～71.蝶阀 72.截止阀
预清洗开始时，程序控制预清洗进水阀门21和回水阀门67打开，其它槽液的进水阀门和回水阀门则关闭，当阀门21和67开到位后，清洗水泵56开始起动运行，将预清洗液打入室体内的管道中经喷嘴向车身蒙皮上各个部位进行清洗，这样可防止预清洗液流入其他槽中。当预清洗结束沥干开始时，关闭清水泵56，阀门25、26则打开，使管道中的液体加快充分回流到预清洗槽中，防止管道中的预清洗液流不完而混入下一工序脱脂酸洗槽中。当预清洗沥干结束后，此时阀门21、67、25、26开始关闭，下工序脱脂酸洗液进水阀门24和回水阀门70则开始打开，当阀门21、67、25、26关闭到位，阀门24、70打开到位后，车身蒙皮脱脂酸洗泵59开始运行，将对蒙皮进行脱脂酸洗。程序如此进行下去，直到最后一道清水沥干为止。
如磷化液槽需要除渣，则将阀门28、52、72打开，阀门27、32关闭，启动循环水泵60将磷化液打到沉淀塔10中进行沉淀。沉淀完毕后将阀门72、28、52关闭，将阀门51、33打开把沉淀塔中上层澄清磷化液放入磷化槽6中，下层混浊的磷化液通过阀门65放到磷离心除渣机9中进行过滤甩干，把阀门34打开将过滤后的磷化液放到磷化槽中，在沉淀塔中磷化液放入磷化槽内之前，磷化槽中的磷化渣需人工处理干净。磷化槽一般二星期清理一次渣 。
脱脂酸洗过程中，车身表面的油污同脱脂酸洗液一起流到脱脂酸洗槽中并浮在槽液的表面，通过溢口流到溢流槽15中，再通过水泵62打到油水分离器14中进行处理，处理后的脱脂酸洗液一部分自然流到脱脂酸洗槽7中，另一部分直接排放，这样可延长脱脂酸洗液的寿命，为磷化创造一个良好条件。当脱脂酸洗槽需除渣时，把阀门29、31、32打开，阀门28、52关闭，启动循环水泵60将脱脂酸洗液打到沉淀塔10中处理，其处理过程同磷化渣处理过程。脱脂酸洗过程中，乳化剂产生大量泡沫将部分脱脂酸洗液带走，造成脱脂酸洗液浪费，因此需在脱脂酸洗槽中添加消泡剂。
为节约水源，磷化废水经处理可循环使用，处理后的废水不能配槽，只能作为水洗用。
3.3 磷化成膜影响因素
3.3.1 催化剂
为加快磷化速度，提高磷化膜质量，可采用催化剂催化。其作用如下：
(1)除去成膜时的反应副产物。如［H］是金属与H3PO4的反应产物，由于初生［H］能遮盖金属表面，从而降低了反应速度。如氧化剂与初生氢反应，使反应向有利的方向进行。副产物Fe2+是从金属上溶解下来的，反应中Fe2+在蒙皮表面集结，从而降低了反应速度，影响膜的生长，氧化剂将Fe2+氧化成不溶性无害的铁盐(FePO4)，以沉渣形式除去。
(2)提高成膜速度，缩短了处理时间，降低了沉渣量，减少了化学成份消耗，降低了成本。
(3)磷化液中加入催化剂，可保持Zn2+浓度维持在一个恒定范围内，长期使用可保证磷化膜成分及质量基本保持不变。
(4)由于能长期保持槽液及膜成分基本不变，所以在催化剂磷化槽中形成的磷化膜的耐蚀性可保持不变。
(5)催化剂对磷化液酸度和膜重也有影响。
3.3.2 表面调整剂
加快磷化成膜速度，减少磷化沉渣，形成更致密、均匀的磷化膜，具有更高的耐蚀性和附着力。
3.3.3 温度的影响
适宜的磷化液温度及磷化膜干燥温度，不仅可以避免生锈，也是稳定磷化膜的重要方式。温度过高，磷化膜成分发生变化。空气不足或在更低温度下干燥也会影响加热干燥。
3.3.4 其它因素
磷化液总酸度、游离酸度高低以及其间比值失调，也会影响磷化成膜；油污、锈蚀必须除净，否则会产生漏磷现象。；水洗不充分、喷嘴堵塞、流量不足、磷化渣对磷化成膜有影响。
3.4 常见问题分析
3.4.1 磷化膜发黄
其原因有：磷化液温度偏低，游离酸度太高或太低，催化剂浓度太低，总酸度太高或太低，表调剂失效或pH值偏低，脱脂酸洗不彻底及脱脂酸洗液酸度太高，喷嘴方向不对及喷嘴堵塞，磷化液搅拌不均匀等。以上问题须采取相应措施解决。
3.4.2 表面挂灰
影响因素有：磷化液温度太高，催化剂浓度过高，游离酸度太低，喷嘴压力低，水洗不充分，总酸度过高等。其解决方法是调整各参数在工艺规定范围内。
3.4.3 磷化膜疏松、粗糙
磷化液成分不在标准范围内；表调液无作用；磷化液温度过高；磷化前车身生锈；喷嘴堵塞，清洗效果差等因素。
3.4.4 磷化膜发蓝或成彩虹状
表面调整活化不好，表调液pH值下降及老化；酸洗不均匀、低腐蚀部位呈彩色；磷化中途停止；催化剂浓度过高；游离酸度过低；磷化液中成膜物质含量过低；喷嘴方向不对及喷嘴堵塞；压力过小、流量不足；酸未洗净、水洗不充分等都会产生上述现象。
3.4.5 漏磷
脱脂不良或水洗后立即磷化；表调液老化及失效；磷化液游离酸度低、温度低、总酸度低、催化剂浓度低；喷嘴堵塞等都会产生上述缺陷，可采取相应措施处理。
3.4.6 液迹
上部喷嘴滴下的酸性液及碱性液形成，滴下脱脂液为颜色不匀，滴下磷化液呈蓝色状。此现状在整体喷淋磷化过程中不可避免产生蓝色膜 。
3.4.7 泥渣
表面调整剂老化；磷化槽内渣太多；磷化液酸比太高、催化剂浓度高、搅拌不均匀；磷化后水洗不充分，沥干时间太长造成，如喷嘴堵塞用硝酸清洗。
3.4.8 干燥不均匀
脱脂酸洗温度高；喷嘴堵塞；磷化液温度高造成蒙皮上部及孔、边角处出现颜色不均匀、白色或蓝色斑点。必须调整温度，清洗喷嘴 。
3.5 磷化渣的危害及对策
磷化膜表面的磷化渣有覆盖渣 、包入渣、黄锈渣之分，附着在车身蒙皮表面可使车身涂层防腐能力下降，危害极大，必须去除。
3.5.1 覆盖渣
由于槽液中含渣太高、磷化后水洗不充分产生。可通过加强磷化喷淋、水洗喷淋、检查喷嘴及喷淋压力解决，同时槽液必须定期及时除渣。
3.5.2 包入渣
由于磷化速率较慢，沉渣首先在钢铁表面沉积，然后生成磷化膜结晶，这种渣用水洗不掉。可通过使用新鲜表面调整剂溶液、降低磷化液中游离酸度、加强槽液循环解决。
3.5.3 黄锈渣
磷化前钢铁表面存在的黄锈转变成黄锈渣。钢板表面的锈和磷化液中的磷酸反应生成磷酸铁渣，用水无法洗去。解决方洗有：
(1)提高表调液pH值在9～10之间；
(2)尽量减少磷化前喷淋水洗时间，这种锈渣在整体喷淋磷化工艺中比较常见。
4 小结
试验证明一室车身整体喷淋磷化工艺，大大提高了车身涂装质量，在我厂中已得到了运用。但一室多用车身蒙皮整体喷淋磷化工艺还存在一些缺点：
(1)各槽液之间“串液”现象严重；
(2)为防止车身骨架矩形钢管里滞留酸性和盐类物质，造成骨架由里向外腐蚀，必须在钢管某些部位打工艺孔；
(3)材料浪费大。
根据以上几点，我厂的整体喷淋设备及工艺还需进一步改进完善。(end)
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(3/4/2005) |
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