轻卡涂装前处理磷化升级锆化工艺的研究应用_吴为.pdf

轻卡涂装前处理磷化升级锆化工艺的研究应用吴为，张贞，刘海军，杨超华，骆宗伟（东风汽车股份有限公司，湖北 襄阳 441004）摘要：本文就锆化前处理工艺参数-设备故障停线锈蚀验证、设备改造方案及配槽和调试生产三方面介绍了轻卡涂装磷化前处理工艺升级为锆化前处理工艺的研究应用情况。关键词：冷轧板；锆化前处理工艺；环保；调试生产中图分类号：TQ637文献标志码：B文章编号：1007-9548（2023）02-0028-03Research and Application of Phosphating Pretreatment UpgradingZirconium Pretreatment Process for Light Truck CoatingWU Wei,ZHANG Zhen,LIU Hai-jun,YANG Chao-hua,LUO Zong-wei(Dongfeng Automobile Co.,Ltd.,Xiangyang 441004，Hubei,China)Abstract:The research and application of light truck coating phosphating pretreatment process upgraded tozirconium pretreatment process were introduced from three aspects:corrosion verification with zirconiumpretreatment process parameters and production line stopped by equipment failure,equipment renovation planand bath solution configuration and commissioning production.Key words:cold rolled sheet;zirconium pretreatment process;environmental friendly;commissioningproduction收稿日期：2022-04-22作者简介：吴为（1994），男，硕士，助理工程师，主要从事汽车涂装工艺设计及管理工作。E-mail：gf-。0引言随着汽车涂装的环保和成本压力增加以及新建涂装线薄膜前处理工艺的大规模应用，对传统的磷化前处理工艺提出环保升级需求。为响应国家节约能源、保护环境的号召，打造绿色汽车制造工厂，2021 年对轻卡涂装前处理工艺进行了环保升级，磷化前处理工艺已由含有磷、镍等对环境有害元素的传统三元磷化工艺切换至无磷无镍的薄膜前处理工艺。目前已广泛应用的薄膜前处理工艺主要为硅烷前处理、锆化前处理及其复合应用1-6。因我司轻客涂装线前处理工艺自 2011 年投产以来采用的便为锆化前处理工艺，在工艺参数控制、现场质量管理方面积累了部分经验；同时硅烷前处理槽液需要重新配槽、在温度低于 15 时仍然需对槽液加热等原因4-7，轻卡涂装前处理环保升级，沿用汉高 TecTalis 系列锆化前处理体系。轻卡车身大多采用冷轧板材质，配套薄膜前处理时，过程质量控制比镀锌板要更复杂和严格。本文就轻卡磷化前处理工艺环保升级为锆化前处理工艺，在试验验证、参数验证、过程控制、设备改造及配槽和调试生产进行了探索和应用，着重介绍了从锆化前处理工艺参数-设备故障停线锈蚀验证、设备改造方案及配槽、调试生产三方面内容。1工艺参数-设备故障停线锈蚀验证由于锆化处理得到的转化膜厚度极薄，仅为 2050 nm，在生产过程中（尤其夏季高温高湿时）若出现停线，车身表面极易发干甚至会返锈，进而会对最终的电泳漆膜外观及性能产生不利影响。我司轻卡涂装车间悬链系统偶尔会出现推钩脱钩的情况，导致较长时间的停线（停线时间 5 7 min），为探究故障时间对车身外观及性能的影响程度，在我司轻客涂装车间实验室进行了模拟试验，主要模拟不同锆化处理时间对电泳漆膜外观、附着力的影响以及锆化处理完并水洗技术与经验交流Technology and Experience Communion第 26 卷 第 2 期2023年2月MPF现代涂料与涂装28之后，停线不同时间对漆膜外观、硬度、附着力等性能的影响。1.1模拟锆化槽停线验证模拟锆化槽停线试验过程如下（试验参数见表 1）：1）取适量脱脂槽液，将试验板材（冷轧板，7 5 m m 1 5 0 m m）泡入其中并用布沾脱脂液擦拭，确保板材表面油脂清洗干净；2）纯水冲洗脱脂后的板材，板材表面能形成连续水膜即可；3）取适量锆化槽液，将脱脂完并水洗后的板材进行锆化处理，锆化后纯水冲洗；4）取适量电泳槽液，调整槽液温度。板材经锆化并水洗后及时进行电泳涂装。电泳后及时纯水冲洗，洗净表面浮漆；5）最后，将试验板材置于 1 7 0 下烘干 2 5 m in。随着锆化处理时间的延长，板材表面处理部位的颜色由蓝色变为金黄色、浅棕色，电泳漆膜表面伴随有针孔且漆膜附着力随锆化处理时间延长出现下降趋势。锆化处理 1 0 m in 和 1 5 m in 时电泳漆膜附着力（百格法）均 1 级，满足品质要求；当锆化处理 2 0 m in及以上，漆膜附着力变差，出现部分漆膜脱落，附着力下降。因此，停线（5 7 m in）并不会对电泳漆膜的附着力产生较大不利影响，但是锆化处理时间如果超过 1 5m in 后可能会引起电泳漆膜附着力不良，存在车身报废的风险。1.2模拟锆化水洗后停线时间验证模拟锆化水洗后试验过程如下（试验参数见表 2）：1）取适量脱脂槽液，将试验板材（冷轧板，7 5 m m 1 5 0 m m）泡入其中并用布沾脱脂液擦拭，确保板材表面油脂清洗干净；2）纯水冲洗脱脂后的板材，板材表面能形成连续水膜即可；3）取适量锆化槽液，将脱脂并水洗后的板材放入处理 3 m in 后纯水冲洗；4）纯水冲洗之后，将板材竖直放置，开始停线试验计时；5）取适量电泳槽液，调整槽液温度。停线时间到后，立即浸入槽液进行电泳涂装。电泳后及时取出，纯水冲洗，洗净表面浮漆；6）最后，将试验板材置于 1 7 0 下烘干 2 5 m in。随着停线时间延长，板材表面水膜褪去面积逐渐变大，停线 8 m in 板材表面的水膜就已基本完全褪去，水膜褪去部分逐渐从浅黄色变为浅棕色，若时间继续延长会返锈，产生棕色条纹甚至深棕色斑点。锆化水洗后停线 1 2 m in 再进行电泳时漆膜具有可接受的外观（漆膜表面平整，有轻微针孔），时间再延长会出现大量针孔甚至出现斑痕状凸起。因此，锆化水洗后停线 1 2 m in 及以下并不会对漆膜外观产生较大不利影响。后续测试电泳漆膜硬度和附着力发现：所有板材电泳漆膜硬度均达到 H B 和附着力均 1 级，满足品质要求。故轻卡涂装车间停线（5 7 m in）对锆化水洗后的板材电泳漆膜外观、硬度、附着力等性能不会有明显影响。2设备改造及配槽由于锆化工艺为常温前处理工艺，所用药剂也与磷化有根本区别，所以需对前处理线体进行相应改造，也需对药剂进行升级更替。设备改造主要是磷化相关系统的改造，取消磷化槽加热功能，拆除磷化加热系统，拆除磷化槽体保温层，并对槽体漏点补漏。由于锆化工艺后续不需要酸洗，因此将硝酸清洗槽功能也关闭，拆除磷化酸洗系表 2锆化水洗后停线试验参数锆化槽液 A 剂吸光度锆化槽液 B 剂吸光度锆化槽液氟离子浓度0.90 40.3 0 22.9 1 0-5参数情况参数名称锆化槽液 pH4.2 7锆化处理时间3 m in锆化水洗后停线时间2 m in、4 m in、6 m in、8 m in、1 0 m in、1 2 m in、1 4 m in、1 6 m in、2 0 m in电泳处理电压-时间一段 5 0 V-5 s；二段 1 0 0 V-1 5 s；三段 1 8 0 V-1 6 0 s电泳温度3 1.0 室内温湿度2 6.3 ，6 5%烘干温度-时间1 7 0 -2 5 m inTechn ology an d Experien ce Com m un ion 技术与经验交流第 2 6 卷 第 2 期2 0 2 3 年2 月MPF现代涂料与涂装表 1锆化停线试验参数锆化槽液 A 剂吸光度锆化槽液 B 剂吸光度锆化槽液氟离子浓度0.93 20.3 4 45.7 1 0-5参数情况参数名称锆化槽液 pH4.1 7锆化处理时间1 0 m in、1 5 m in、2 0 m in、2 5 m in、3 0 m in电泳处理电压-时间一段 5 0 V-5 s；二段 1 0 0 V-1 5 s；三段 1 8 0 V-1 6 0 s电泳温度3 1.0 烘干温度-时间1 7 0 -2 5 m in2 9统。因磷化管路中会残留磷化渣，会对锆化配槽和后续车身产生不利影响，故拆除所有管路保温层后，将主管路（材质换为 S U S 3 1 6）、法兰、阀门、压力表等全部换新。因锆化前处理沉渣很少，故选择关闭并拆除磷化除渣设备，换成过滤罐利用过滤袋对槽液进行过滤。另外，对于该槽加料系统、纯水补水系统等也进行了变更，均换成 S U S 3 1 6 不锈钢管路。同时，变更表调槽为纯水洗槽，对其原有管路系统拆除更换为S U S 3 1 6 不锈钢管路，相应法兰、阀门等也进行了更换，也新增了加料和纯水补水管路。由于锆化前处理所产生的转化膜极薄，厚度仅有2 0 5 0 n m，约为磷化膜的 1/2 08-9，所以锆化工艺对板材表面缺陷的覆盖能力不如磷化，板材表面存在微观缺陷就可能会引起电泳涂膜外观缺陷。为应对这一缺点，对前处理线的所有处理工序的前后过渡段以及前处理到电泳间的过渡段均增加了相应的润湿喷淋，确保车身在前处理过程中能够保持车身处于润湿状态，避免车身在过渡转运过程中，表面发干甚至出现返锈进而对电泳漆膜的外观及性能产生不利影响。设备改造完成之后，我司轻卡涂装车间前处理线主要工艺，由“预脱脂 脱脂 水洗 1 水洗 2 表调 磷化 水洗 3 水洗 4 纯水洗 5”变更为“预脱脂 脱脂 水洗 1 水洗 2 纯水洗 3 锆化 纯水洗 4 纯水洗 5 纯水洗 6&高压喷淋”。在设备改造完成之后，对原表调槽体和磷化槽体及其后水洗槽体进行酸洗，将残存的表调、磷化沉渣和槽体内壁及管路等洗净后，对前处理全线槽体进行重新配槽，全部升级换用与 T e c T a lis 锆化前处理工艺相配套的汉高品牌前处理产品。3调试生产在完成前处理线体的设备改造和前处理各槽体配槽工作后，开始进行轻卡驾驶室前处理-电泳线调试生产工作。在调试生产过程中，发现前期调试生产时存在部分轻卡驾驶室电泳漆膜厚度合格率不足 8 0%的情况，数据统计发现此问题主要出现在内板、内腔的测量位置。排查发现：电泳汇流铜排表面氧化变黑、凹凸不平；吊具集电器电刷上的电极头氧化变黑，存在焊瘤状颗粒物；橇体与车身接触位置上积漆厚等接触不良问题以及切换锆化前处理后，由于锆化膜薄，厚度仅为 2 0 5 0 n m，阻抗也较磷化膜低8-9，故电泳漆与锆化前处理工艺配套还存在泳透力不足的问题。随后，对电泳铜排、电刷电极进行更换以及橇体进行除漆，改善了电泳涂装过程中接触不良问题，针对电泳漆与锆化前处理工艺配套泳透力不足问题，在经过试验后将电泳涂装的高压段电压由原先磷化时2 6 0 V 调整至 2 7 0 V，在后续调试生产过程中，轻卡驾驶室电泳漆膜厚度均能够达标，漆膜外观亦正常。4结语随着环保要求日益严苛，汽车制造中涂装工艺的环保升级刻不容缓。本文着重从传统三元磷化前处理工艺升级锆化薄膜前处理工艺入手，介绍了锆化前处理工艺参数-设备故障停线锈蚀验证，设备改造方案及配槽以及调试生产 3 个方面内容。通过此次环保工艺升级，我司轻卡涂装车间每年可减少含镍重金属废水排放约 1 1 0 0 0 m3；蒸气单台耗量降为约 0.1 9 5 m3/台，相比磷化工艺减少约 2 5%；现沉渣产生量约为0.0 8 7 k g/台，较磷化工艺减少约 9 0%。参考文献：1 龙庆，郑福