無磷前處理技術(shù)在大客車電泳中的應(yīng)用探究

顧九如，嚴(yán)遇春 （南京金龍客車制造有限公司，江蘇 南京211200）

0 引言

在當(dāng)前客車市場競爭越來越激烈和環(huán)保法規(guī)越來越嚴(yán)格的形勢下，保證質(zhì)量、降低成本、綠色環(huán)保、低碳、節(jié)能減排成為了客車涂裝工藝發(fā)展的趨勢和方向。根據(jù)江蘇省環(huán)保文件要求，對新、改、擴(kuò)建的工廠項(xiàng)目禁止含磷廢水排放，我司對運(yùn)營成本的嚴(yán)格管控及長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，新建的涂裝線選擇了環(huán)境友好的硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝，以滿足環(huán)保要求及降低生產(chǎn)成本。硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝無需經(jīng)過表調(diào)及鈍化處理，工件經(jīng)脫脂水洗后，可在室溫下經(jīng)過硅烷槽液處理，獲得致密、輕薄且耐蝕性強(qiáng)的含鋯硅烷膜，在硅烷膜的基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成附著力及耐蝕性等滿足要求的電泳漆膜［1］。

經(jīng)過20多年的發(fā)展，硅烷技術(shù)更新?lián)Q代，硅烷-納米陶瓷復(fù)合技術(shù)可有效應(yīng)用于金屬表面處理及防腐工藝，對各種生產(chǎn)條件、工件材質(zhì)都有了更廣泛和成熟的應(yīng)用。硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理的成膜機(jī)理如下：

（1） Zr4++OH-→Zr（OH）4

（2） Men++ nF-→MeFn

（3） 硅烷與表面氫鍵的縮合反應(yīng)。

1 大客車硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理

1.1 大客車硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝流程

大客車硅烷納米陶瓷復(fù)合前處理工藝流程如下：

人工預(yù)清理 →熱水噴淋清理 → 預(yù)脫脂 → 主脫脂→ 水洗1 → 水洗2→ 純水洗1→ 硅烷 → 水洗3→ 純水洗2 → 電泳 → UF1水洗 → UF2水洗 → 純水洗3 →電泳漆烘干 → 電泳強(qiáng)冷。

1.2 磷化與硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝對比

1.2.1 成膜厚度

磷化膜厚1～2 μm，硅烷-納米陶瓷復(fù)合膜厚10～20 nm，可提高與金屬的結(jié)合力。

1.2.2 環(huán)保性

硅烷產(chǎn)品完全無磷、無有害重金屬、BOD（生化耗氧量）/COD（化學(xué)耗氧量）更低，產(chǎn)渣量極少。兩種工藝的廢水廢渣量比較見表1。

表1 兩種工藝的廢水廢渣量比較Table 1 Comparison of the amount of waste water and residue of the two processes

控制要求參照GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中1級A類排放標(biāo)準(zhǔn)，其中氟化物指標(biāo)參照GB 8978-1996《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》中1級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 運(yùn)行成本

兩種工藝的運(yùn)行成本比較見表2。

表2 運(yùn)行成本比較Table 2 Comparison of operating cost

由表2可見，與鋅系磷化相比，硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝單車可節(jié)約成本63.6元。

1.3 硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝特點(diǎn)［2-3］

（1） 膜層薄，板材表面原始缺陷很容易在電泳涂裝后顯現(xiàn)，要保證板材表面狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一性；另外板材表面應(yīng)無可見油脂、氧化皮、銹蝕、舊漆層等，電泳上線前目視檢查并處理；

（2） 膜層致密、裸膜耐蝕性好；

（3） 基材適應(yīng)性強(qiáng)，適用于黑色金屬、鍍鋅及鋁材混材處理；

（4） 涂料匹配性好，耐蝕性高。

1.4 硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝控制要點(diǎn)

1.4.1 工作液參數(shù)

工作液參數(shù)見表3。

表3 工作液參數(shù)Table 3 Working fluid parameters

1.4.2 工作液穩(wěn)定性

（1） 氟離子的控制

鋁板刻蝕反應(yīng)與冷軋板、鍍鋅板材不同，需要有氟離子的參與，進(jìn)而引起氟離子含量的變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，可結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)品鋁材質(zhì)占比對處理液中的氟離子量做適當(dāng)調(diào)整；公司營運(yùn)客車（如NJL6117EV車型）車身板材中鋁材質(zhì)占比較大（Al-40 %，HDG-50 %，CRS-10 %），公交系列（如NJL6129EV車型）車身板材中鋁材質(zhì)占比較少（Al-5 %，HDG-85 %，CRS-10 %），需有針對性地調(diào)整氟離子含量，提高槽液的穩(wěn)定性。

（2） 鐵離子的控制

基材表面反應(yīng)形成的鐵離子會形成大量氫氧化鐵水合物，這種水合物是一種膠體物質(zhì)，粒徑通常很小，使硅烷槽液呈現(xiàn)黃色；這種物質(zhì)并不易于過濾，當(dāng)氫氧化鐵水合物膠體團(tuán)聚到一定程度，附著到工件表面會形成質(zhì)量隱患。建議增加過濾袋的更換次數(shù)，更換頻率為每2周1次，必要時(shí)可以更換10 μm的過濾袋進(jìn)行過濾，盡量去除槽液中的雜質(zhì)。

（3） 溫度的控制

夏季溫度較高，硅烷前處理反應(yīng)速度會明顯加快，可能會發(fā)生過度反應(yīng)現(xiàn)象，可適當(dāng)降低活化點(diǎn)（鋯含量）；冬季溫度低，特別是北方地區(qū)，如硅烷槽未設(shè)置升溫裝置，可以適當(dāng)提高活化點(diǎn)，加快反應(yīng)速度。針對北方地區(qū)的電泳生產(chǎn)線，建議設(shè)置硅烷槽升溫裝置。

（4） 污染的控制

由于硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工藝膜層薄，因此對硅烷前脫脂除油要求以及水洗水的潔凈度要求等也隨之提高［4］。

? 脫脂除油效果

脫脂除油效果的主要影響因素包括槽液溫度、脫脂時(shí)間、機(jī)械力和產(chǎn)品質(zhì)量。

一般來說，槽液溫度越高，脫脂效果越好，但不是所有場合都是溫度越高越好，需結(jié)合脫脂劑產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)置合適的脫脂溫度，才能達(dá)到最佳效果。

大客車電泳線的預(yù)脫脂、脫脂工序一般采取浸漬式，脫脂時(shí)間一般設(shè)置為2～3 min。脫脂工序前道設(shè)置洪流沖洗，清除車身表面大部分金屬顆粒、雜質(zhì)等，并且預(yù)熱車身后，再進(jìn)行預(yù)脫脂、脫脂浸洗，并采用多次清洗的工藝，確保最佳的清洗效果。

機(jī)械力有助于剝離污染物、油脂，需及時(shí)補(bǔ)充新鮮脫脂劑至工件表面，確保脫脂液與工件充分接觸。

脫脂劑產(chǎn)品本身對脫脂質(zhì)量也有很大的影響，特別是大客車車身材質(zhì)復(fù)雜，要根據(jù)車身不同材質(zhì)、油污狀態(tài)、處理方式以及與電泳工序的配套效果，認(rèn)真嚴(yán)格地選擇脫脂劑。

? 水洗水清潔度

提高車身清潔度，并盡量避免脫脂液對硅烷工作液的影響。結(jié)合產(chǎn)量及化驗(yàn)參數(shù)，水洗1按每周更換1次，水洗2、純水洗1及水洗3按每兩周更換1次，純水洗2按每月更換1次的頻率進(jìn)行更換。

表4 水洗水參數(shù)控制Table 4 Washing water parameter control

? 白車身

白半身的監(jiān)控項(xiàng)目見表5。

表5 白車身的監(jiān)控項(xiàng)目Table 5 Monitoring items of BIW（Body in White）

? 槽液過濾

槽液過濾采用板框壓濾機(jī)或袋式過濾器。過濾系統(tǒng)流量應(yīng)確保槽液循環(huán)過濾1次不超過5～6 h；過濾材料精度選擇25 μm，后續(xù)可根據(jù)槽液殘?jiān)鼘?shí)際產(chǎn)生情況，綜合考慮過濾系統(tǒng)流量和過濾精度，如過濾精度不夠,可調(diào)整為10 μm，若過濾材料易堵塞，則可調(diào)整為50 μm。

? 槽液殺菌

定期檢測硅烷槽和水洗槽的細(xì)菌含量，并定期進(jìn)行殺菌處理。

1.4.3 成膜質(zhì)量

（1） 膜外觀

通過掛板、烘干試驗(yàn)，觀察不同板材表面硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理膜的外觀，一般在冷軋板上呈現(xiàn)均勻的金黃色，鋁板上呈現(xiàn)淡黃色，鍍鋅板上呈現(xiàn)淡藍(lán)色［5］。

（2） 膜重

通過XRF（x射線熒光光譜法）槍在線檢測硅烷膜重：冷軋板（20～60 mg/m2），鋁板（20～60 mg/m2），鍍鋅板（80～100 mg/m2）。

硅烷-納米陶瓷復(fù)合前處理工序反應(yīng)時(shí)間為2.5～3 min，膜重與反應(yīng)時(shí)間成正比關(guān)系。

2 結(jié)語

實(shí)踐表明，硅烷薄膜型前處理工藝對白車身脫脂除油效果、水洗潔凈度等要求較高，必須嚴(yán)格控制帶液、加料等，還需要有高泳透力電泳漆與之配套［6］；而傳統(tǒng)磷化工藝經(jīng)長期應(yīng)用改進(jìn)，已能夠適用于多種線體工藝和板材材質(zhì)，且對各種可能出現(xiàn)的弊病、槽液問題等均有相應(yīng)的調(diào)整方法，硅烷薄膜型前處理工藝在適應(yīng)性、穩(wěn)定性等方面仍有待提高。