汽車涂裝磷化成膜影響因素的研究

馬 穎 龐 濤 彭 浩 黃先球

(寶鋼股份中央研究院武漢分院 湖北 武漢：430080)

車身鋼板進行磷化處理時，金屬表面與磷化液發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，在鋼板表面形成一層致密的磷酸鹽結(jié)晶體(磷化膜)，能夠增強車身底材的抗腐蝕能力，提高電泳漆膜與底材的附著力，它的好壞將直接影響漆膜質(zhì)量。對于磷化質(zhì)量的把握要控制的參數(shù)有總酸度、游離酸度、促進劑濃度、溫度、噴淋壓力、磷化渣量等。本文通過對磷化參數(shù)的調(diào)整及分析，探討了不同影響因素下的磷化膜形貌特征，得出了最適宜的磷化工藝參數(shù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用某公司生產(chǎn)的冷軋汽車板，試樣尺寸為150 mm×70 mm×0.8 mm，試驗材料化學(xué)成分見表1 。

表1 試驗材料化學(xué)成分(wt/%)

1.2 試驗方法

試驗材料涂裝前的處理工藝流程如下：脫脂→水洗→表面調(diào)整→磷化→水洗→烘干。先選用液體表面調(diào)整劑配方進行表面調(diào)整溶液配制。

使用藥劑為某化工有限公司的PB-WL35MY、AD-4813、AD-4856、NT-4055四種藥劑。先在燒杯中加入約80 %的水，加入5%的 PB-WL35MY進行建浴，然后加入0.5%～1%的添加劑AD-4813和1.5%～3%的 AD-4856，再將1%～2%的 NT-4055用少量去離子水稀釋后添加入燒杯中，再加入去離子水至100%，繼續(xù)攪拌至徹底溶解。

本試驗主要用來測試磷化階段的相關(guān)工藝。試驗條件如下：脫脂試驗溶液和磷化試驗溶液相關(guān)工藝參數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，其中脫脂液溫度為38℃～45℃，脫脂時間為2min～3min，脫脂劑濃度為2%～4%；表調(diào)液pH為9.0～10.0，表調(diào)液溫度為20℃～40℃。通過改變磷化液溫度、磷化時間、總酸度和游離酸濃度、促進劑濃度等磷化工藝參數(shù)，來觀察一系列磷化膜相關(guān)特性。

在實驗室中完成脫脂工序后，將汽車板試樣浸入表面調(diào)整液中，處理時間不少于10s，取出后進行水洗漂洗，時間不少于1min；再將水洗試樣浸入磷化液中，晾干后，觀察其磷化膜形貌特征。試驗完成后，表征不同試驗條件對磷化膜耐蝕性能影響。

根據(jù)GB6807-2001規(guī)定測量膜重。根據(jù)GB6807-2001規(guī)定檢測磷化膜的耐蝕性。再掃描電鏡觀察磷化結(jié)晶大小。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷化溫度影響

在磷化液溫度為30℃、35℃、40℃、45℃，處理時間不少于2min下進行試驗，晾干后進行相關(guān)測試。所得結(jié)果進行作圖分析，其磷化溫度對磷化膜耐蝕性能影響如圖1所示。

圖1 磷化溫度對磷化膜耐蝕性能影響

對試驗后的不同溫度下的磷化膜進行相關(guān)測試。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同溫度下的磷化膜外觀

由圖1中可以看出，隨著磷化溫度的升高，磷化膜耐蝕性能有所增強，但是當(dāng)溫度達到40℃左右時，磷化膜耐蝕性能又明顯降低。

而從表1 中又可以看出，在磷化溫度為35℃～40℃時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果很好，但是在磷化溫度為30℃和45℃時，明顯存在磷化結(jié)晶粗大和結(jié)晶過細的情況，說明磷化效果沒有35℃～40℃時好。同時從晶粒大小和膜重可以看出，35℃～40℃時，磷化膜結(jié)晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

2.2 磷化時間影響

磷化溫度為35℃～40℃條件下改變磷化時間進行試驗，晾干后進行相關(guān)測試。所得結(jié)果進行作圖分析，其磷化時間對磷化膜耐蝕性能影響如圖2所示。

圖2 磷化時間對磷化膜耐蝕性能影響

由圖2中可以看出，隨著磷化時間的增加，磷化膜耐蝕性能有所增強，但是當(dāng)磷化時間超過3min后，磷化膜耐蝕性能又明顯降低。

對試驗后的不同時間下的磷化膜進行相關(guān)測試。試驗結(jié)果如表2所示。

而從表2中又可以看出，磷化時間為2min～3min時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果很好。但是在磷化時間分別為1min與4min時，明顯的存在磷化結(jié)晶粗大和結(jié)晶過細的情況，磷化效果沒有磷化時間為2min～3min時好。結(jié)合比較晶粒大小和膜重，當(dāng)磷化時間為2min～3min時，磷化膜結(jié)晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

表2 不同時間下的磷化膜外觀

2.3 總酸度和游離酸度的影響

通過保持磷酸二氫鋅的濃度不變以保持游離酸度不變，向一系列標(biāo)準磷化液中依次加入六水硝酸鋅以提高該磷化液的總酸度,考察總酸度對磷化膜的影響。實驗溫度控制為35℃～40℃，磷化時間控制為2～3min。晾干后進行相關(guān)測試。所得結(jié)果進行作圖分析，其總酸度和游離酸度對磷化膜耐蝕性能影響如圖3、圖4所示。

圖3 總酸度對磷化膜耐蝕性能影響

圖4 游離酸與總酸比對磷化膜耐蝕性能影響

由圖3及圖4可以看出，當(dāng)六水硝酸鋅的量為每升 120g 左右時，所得磷化膜的耐蝕性為最好。同時當(dāng)磷化液的游離酸度和總酸度的比值為1：30左右時磷化膜的耐蝕性為最好。

2.4 促進劑濃度的影響

用亞硝酸鈉做促進劑，改變亞硝酸鈉的濃度進行實驗，實驗溫度為35℃～40℃，磷化時間為2～3min條件下進行試驗，晾干后進行相關(guān)測試。所得結(jié)果進行作圖分析，其促進劑濃度對磷化膜耐蝕性能影響如圖5所示。

圖5 促進劑濃度對磷化膜耐蝕性能影響

對試驗后不同促進劑濃度下形成的磷化膜進行相關(guān)測試。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同促進劑濃度下的磷化膜外觀

由圖5中可以看出，隨著亞硝酸鈉濃度的增加，磷化膜的耐蝕性能逐漸增加。亞硝酸鈉的濃度為每升0.4g 以上時，隨著亞硝酸鈉濃度的增加 ，磷化膜的耐蝕性逐漸減弱。因此為了獲得良好的磷化效果，亞硝酸鈉的最佳濃度為 0.4g/L。

從表9中又可以看出，促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果更好。但是在促進劑濃度小于0.2 g/L與大于0.7g/L時，明顯的存在磷化結(jié)晶粗大和結(jié)晶過細的情況，磷化效果沒有促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時好。綜合比較晶粒大小和膜重，當(dāng)促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時，磷化膜結(jié)晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

3 結(jié)論

通過不同磷化溫度、磷化時間、酸度以及促進劑濃度下的磷化性能分析，確定了磷化工藝適宜的實驗條件為：磷化液溫度：35℃～40℃；磷化時間：2min～3min；總酸度濃度為120g/L、游離酸與總酸比為1:30；促進劑濃度：0.3g/L～0.6g/L。