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鋁板磷化工藝探討

來源:http://b4bchina.org??發布時間:2019-11-26 09:02??瀏覽量:返回列表

0 引言

金屬鋁密度僅為鋼材密度的1/3,并且具有良好的強度及可塑性,是汽車輕量化的進程中普通鋼材的重要代替板材之一,隨著節能減排要求的提升,越來越多鋁板被應用于汽車制造,同時,鋁板與其他板材共線生產對傳統磷化也提出了更高的要求。磷化是汽車涂裝過程中極其重要的一環,可以增強電泳漆膜與板材之間的附著力,并起到初步防銹的作用,對車身防腐具有重大影響,但是鋁板在普通三元磷化液中與冷軋板、鍍鋅板等板材共線磷化過程中,成膜效果差,磷化結晶稀疏,磷化膜發花、不完整,而添加氟離子添加劑能有效改善此問題。主要對普通鋼板、鍍鋅板、鋁板共線磷化處理進行工藝研究,為混線磷化工藝提供參考。

1 氟離子作用機理

整車廠使用鋁板部分代替鍍鋅板或鋼板,在涂裝前處理磷化處理過程中,出現磷化結晶稀疏,結晶大小不滿足結晶細度要求;磷化膜發花,不完整,膜重達不到要求值,未起到磷化膜的防腐作用。普通三元磷化液中鋁板磷化效果見圖1所示。

鋁板的磷化處理必須在HF的參與下才能連續腐蝕進行。在傳統三元鋅系磷化液中,游離氟離子的含量較低,不能持續與鋁板進行反應,因而不能在鋁板上形成完整且膜重合格的磷酸鋅鋁的皮膜。鋁板表面的氧化層與酸反應后,露出的鋁基材較活潑,會立刻與磷化液中的氧化劑反應,這種反應阻止了鋁板的進一步腐蝕成膜,另外槽液中積存的Al3+絡合導致了磷化液活性降低,也阻止了鋁基材上的磷化膜的進一步生成,所以游離氟離子是影響鋁板磷化成膜的關鍵因素。

2 氟離子在鋁板磷化中的試驗研究

2.1 氟離子濃度對鋁板膜重影響的探究

經研究與現場驗證,整車鋁板所占比例≤20%的情況下,在磷化液中添加適量的游離氟離子可有效解決混線生產過程中鋁板磷化成膜困難的缺陷,但氟離子的濃度會對成膜的膜重產生較大影響。經測量,某現場傳統三元磷化槽液中游離氟離子濃度為(30±5)mg/L,為對氟離子的添加量進行精準控制,我公司在此基礎上針對游離氟離子濃度對鋁板磷化膜膜重的影響進行試驗驗證。

圖1 常規磷化液中鋁板磷化效果

圖1 常規磷化液中鋁板磷化效果   下載原圖

 

試驗器材:三元鋅系磷化槽液、游離氟離子添加劑(主要成分為NaF)、游離氟離子測量儀、滴定管一套、試驗小槽(5 L)。

試驗方法:在總酸度為22.3、游離酸度為0.8、促進劑濃度為4.2的磷化槽液中逐步加入游離氟離子添加劑,記錄氟離子添加劑對槽液參數的影響并制作試板對膜重進行檢測。

試驗結果:在60~225 mg/L的濃度范圍內,磷化結晶細度均合格,但磷化膜重在游離氟離子濃度在150 mg/L以下時,膜重不合格,且當濃度達到200mg/L以上后,膜重不再變大。具體游離氟離子濃度對磷化膜重的影響如圖2所示,對磷化膜外觀的影響如圖3所示。

圖2 磷化膜重與游離氟離子含量的關系

圖2 磷化膜重與游離氟離子含量的關系   下載原圖

 

因此,優化磷化游離氟離子控制參數范圍為150~200 mg/L。

2.2 氟離子對共線生產板材的性能影響驗證

為規避氟離子的添加對其共線板材產生不良影響的風險,將磷化游離氟離子濃度控制在150~200mg/L范圍內做鍍鋅板、冷軋板、鋁板磷化的小槽試驗,驗證項目及結果如表1所列。

圖3 不同濃度游離氟離子對磷化膜外觀的影響

圖3 不同濃度游離氟離子對磷化膜外觀的影響   下載原圖

 

由以上驗證結果可知,磷化槽添加AD-4879添加劑后,不會對其共線的鍍鋅板和冷軋板造成不良影響,且可滿足鋁板車型過線。

將游離氟離子的濃度調整至>300 mg/L,共線鍍鋅板及冷軋板的磷化結晶細度變差,膜重增加,影響與電泳配套的附著力,附著力由0級降低至1級的概率增大約30%。

3 氟離子在鋁板磷化中的現場工藝研究

1)除渣工藝要求:由于氟離子會對金屬離子Al3+的沉淀產生促進作用,因此混線生產的現場對磷化的除渣設備提出了更高的要求,建議磷化除渣系統應采用全流量強制過濾方法除去沉渣,并且槽液磷化渣含量控制在0.3 g/L以內,可規避磷化渣在車身附著的風險。

2)槽液循環要求:槽液的循環對磷化膜的均勻性及除渣效果有較大影響,尤其是無法做到藥劑自動滴加的線體,建議槽液的循環次數達到5~6次/h,槽內循化層流設計建議不小于3層,長度不得低于槽體長度的2/3,保證槽液的表面流速≥0.4 m/s。

3)槽液的氟離子日常檢驗研究:由于氟離子的絡合作用,在氟離子的添加過程中會出現加藥量與游離氟離子濃度增長點數不成比例的現象,并且溫度對絡合作用有明顯影響,具體影響如圖4所示。

表1 添加氟離子后對共線產品影響的驗證     下載原表

表1 添加氟離子后對共線產品影響的驗證
圖4 溫度對游離氟離子測量結果的影響

圖4 溫度對游離氟離子測量結果的影響   下載原圖

 

根據試驗結果可知,即使將磷化槽液管控在處理溫度30~40℃內,不同溫度下的測量結果也會有較大區別,同時現場管控時極易出現雙班檢測人員測量值偏差極大的問題,因此建議在取樣后對槽液進行恒溫測定,檢測溫度為控制限的中值,偏差不宜超過1℃。

同時建議在游離氟離子添加劑投槽初期可使用單值極差控制圖對槽液中游離氟離子的含量進行過程能力控制和分析,一般而言,在非滴加的現場,氟離子添加劑每天加藥1次(一般在開線前)即可滿足生產需求,游離氟離子濃度測量頻次為2次/班較合適,在作控制圖取值時,為避免測量系統的誤差,須保證測量人員為同一個人,測量設備為同一設備,槽液的測量溫度相同,取樣時間為每班生產的同一時間取樣,當取樣量滿足≥25組時,此數據即可作為分析數據,當過程能力Cpk≥1.67時槽液的穩定性、可控性良好,可適當考慮降低化驗頻次。

4 結語

磷化工藝在汽車板材處理上廣泛應用,隨著新型板材的應用,現有鋅系磷化的前處理線體,可以通過適當調整實現鋼板、鋁合金板的混線生產,降低材料整體切換的成本和風險。

調整后鋁板磷化膜外觀、結晶狀態與鍍鋅板差別不大,但需注意過高的濃度會對共線板材的磷化膜結晶細度與膜重產生影響。電泳后共線板材的附著力、耐沖擊、杯突、耐水性、耐鹽霧性能均與調整前相比無變化。

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