二元無(wú)鎳磷化新工藝在重型載貨汽車車身上的應(yīng)用

摘 要：介紹了重型載貨汽車駕駛室前處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)材料的反應(yīng)機(jī)理分析、工藝試驗(yàn)、產(chǎn)品跟蹤及環(huán)保跟蹤驗(yàn)證了可行性，驗(yàn)證和應(yīng)用一種新型無(wú)鎳磷化方式，為重卡駕駛室推進(jìn)清潔生產(chǎn)，踐行綠色發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：重卡；駕駛室；磷化；含鎳廢水；涂層性能；環(huán)保；綠色

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們意識(shí)到高質(zhì)量發(fā)展絕對(duì)不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)工業(yè)“三廢”的排放要求。駕駛室涂裝三元磷化過(guò)程中含“鎳元素（Ni）”的廢水一直是困擾環(huán)保的一大難題。鎳元素不論是對(duì)人的健康，還是對(duì)環(huán)境的危害都很大，鎳鹽會(huì)經(jīng)由呼吸道進(jìn)入人體體內(nèi)，引發(fā)肺水腫等大量的并發(fā)癥嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)癌。

為強(qiáng)化源頭治理，從生產(chǎn)工藝源頭消除一類污染物，發(fā)展清潔生產(chǎn)，加快實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

目前，商用車各大汽車廠涂裝前，均采用磷化處理工藝來(lái)提高涂層的附著力和耐腐蝕性，普遍采用成熟的鋅（Zn）、錳（Mn）以及鎳（Ni）三元磷化工藝。

近年來(lái)，隨著綠色涂裝的發(fā)展，以凱密特爾為首的硅烷薄膜前處理日趨發(fā)展，硅烷技術(shù)在開發(fā)之初就考慮到了“三廢”排放問(wèn)題，與三元磷化技術(shù)相比在環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)明顯，目前主要應(yīng)用于白色家電、汽車零部件、普通工業(yè)等一些耐久性能要求不高的行業(yè)，因?yàn)樗沫h(huán)保性，便捷性以及成本優(yōu)勢(shì)，得到了快速推廣。

但相較于傳統(tǒng)工藝，薄膜前處理工藝尚存一些共性問(wèn)題，還有很多方面需要提升和改進(jìn)。具體各方對(duì)比見表1。

基于以上原因，考慮到商用車板材、生產(chǎn)線的特點(diǎn)、管理模式及涂層耐久性能等各方因素，各大商用車應(yīng)用硅烷工藝的很少。迫于環(huán)保壓力，行業(yè)上也在探索另外一條技術(shù)路徑：厚膜環(huán)境友好型前處理工藝即二元（無(wú)鎳）鋅系磷化工藝。

原理分析

鎳（Ni）具有使鋅鹽磷化膜結(jié)晶微細(xì)化效果，特別是提高與鍍鋅底材的附著力和涂裝性能的重要金屬，取掉鎳后，通過(guò)采用新的表面調(diào)整劑，使結(jié)晶微細(xì)化，在磷化膜中含有替代Ni的別的金屬，得到含有鎳的鋅鹽磷化膜的性能大體上相同的磷化膜。

由于稀土元素外層電子的特殊性，使其具有較大的離子半徑，易極化跟變形，更容易吸附在基材表面，提供更多的活化點(diǎn)，并起到誘導(dǎo)結(jié)晶形態(tài)的作用。不同表面調(diào)整條件下的磷化膜結(jié)晶形貌（SEM1000倍）如圖1所示。

通過(guò)磷化劑自身的改良，加入新型稀土促進(jìn)劑，加速磷化成膜過(guò)程，使結(jié)晶細(xì)化，穩(wěn)定P比在較高水平；采用偶聯(lián)劑，彌補(bǔ)晶間縫隙，增加磷化膜與電泳涂層間的附著力，從而增強(qiáng)無(wú)鎳磷化膜的防腐蝕性。磷化膜防腐蝕性對(duì)比實(shí)驗(yàn)（3.5%NaCl溶液，300-1000mV，30min）如圖2所示。

無(wú)鎳磷化膜與電泳涂層的附著力原理，如圖3所示。

從原理上分析，二元（無(wú)鎳）鋅系磷化原材料技術(shù)路線可行，可進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)和驗(yàn)證。

生產(chǎn)線及廢水處理適應(yīng)性

原三元磷化生產(chǎn)線及廢水處理均適應(yīng)于二元（無(wú)鎳）鋅系磷化，不需進(jìn)行改造。

質(zhì)量指標(biāo)的策劃和驗(yàn)證

關(guān)于磷化更換需要如何進(jìn)行確認(rèn)無(wú)相應(yīng)的國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需根據(jù)實(shí)際需要自行策劃，在保證生產(chǎn)線適應(yīng)性及廢水處理的適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，對(duì)二元（無(wú)鎳）鋅系磷化劑的應(yīng)用開展必要的工藝試驗(yàn)，保證實(shí)施后產(chǎn)品的性能。

采用磷酸鹽系液體表面調(diào)整，與無(wú)鎳二元磷化體系配套。從變更后影響的范圍為依據(jù)開展各項(xiàng)工藝試驗(yàn)，按四大類——磷化膜性能、與電泳線生產(chǎn)線配套能力、與電泳漆膜配套性能、涂層綜合性能開展工藝試驗(yàn)策劃，具體見表2。

通過(guò)試驗(yàn)分析，二元無(wú)鎳磷化與三元磷化自身的各項(xiàng)性能及與電泳配套、整個(gè)涂層體系配套后性能均滿足要求，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。二元無(wú)鎳磷化與三元磷化過(guò)烘干對(duì)比試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表4所示，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)影響。

排放指標(biāo)的模擬試驗(yàn)驗(yàn)證

因鎳錳共生、不銹鋼槽體等影響，二元磷化液中含有微量鎳，含量約為2mg/L。以二元磷化液為試驗(yàn)對(duì)象，按現(xiàn)有磷化廢水三級(jí)處理流程開展小試試驗(yàn)，記錄各級(jí)檢測(cè)結(jié)果。具體檢測(cè)結(jié)果見表5。

從以上結(jié)果分析，二元無(wú)鎳磷化廢液按目前方法三級(jí)處理后，鎳離子指標(biāo)低于GB11912-89《水質(zhì)鎳的測(cè)定》工業(yè)廢水最低檢出濃度，滿足要求。采用二元無(wú)鎳磷化可保證排放指標(biāo)。

系統(tǒng)清洗切換

為保證盡快切換，滿足排放要求，降低混槽帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，采用洗槽后重投的方式組織各項(xiàng)工作，具體策劃見表6。

為保證切換的順利進(jìn)行，對(duì)清洗和廢水處理進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)清洗槽體過(guò)程中的清洗液進(jìn)行驗(yàn)證，保證清洗液對(duì)槽體的腐蝕可控。選用與槽體相同材料的不銹鋼試片進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

考慮到每個(gè)槽體的清洗時(shí)間在24h之內(nèi)，各種清洗劑及磷化劑對(duì)槽體無(wú)影響。

清洗過(guò)程中用到鎳離子捕捉劑，測(cè)試、鎳離子捕捉劑對(duì)好氧池活性污泥內(nèi)微生物的影響。原水沉淀物活性污泥 2%投入鎳離子捕捉劑投入微生物狀態(tài) 1小時(shí)后微生物狀態(tài)如圖4所示。

驗(yàn)證結(jié)果為清洗對(duì)槽體無(wú)腐蝕，鎳離子捕捉劑對(duì)好氧池活性污泥內(nèi)微生物無(wú)影響。對(duì)所有清洗的槽體及管路取樣送三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，保證系統(tǒng)清洗徹底后投槽。

工藝切換、跟蹤和驗(yàn)證

系統(tǒng)清洗完成后，進(jìn)行了二元磷化的切換，按要求進(jìn)行了重新投槽，確定的投槽后具體工藝參數(shù)見表8。

代號(hào)說(shuō)明：D3：酚酞，D11：溴酚藍(lán)，T11：0.1N氫氧化鈉，T20：0.1N硫酸，G-205：氨基磺酸，D321：二甲酚橙，T230：0.01M EDTA，G320：PH為5的緩沖液，G59：15%鹽酸。

為保證二元磷化切換后，工序質(zhì)量得到有效控制，完成槽液切換后，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工序質(zhì)量實(shí)施了分階段控制。

第一階段為跟蹤驗(yàn)證階段。持續(xù)時(shí)間2個(gè)月的跟蹤。只要生產(chǎn)，每個(gè)工作日檢測(cè)槽液參數(shù)，并隨線掛板，進(jìn)行電泳涂膜的附著力及硬度測(cè)試，同時(shí)對(duì)槽液溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，間接驗(yàn)證二元磷化槽液的穩(wěn)定性；第二階段，正常監(jiān)測(cè)階段。生產(chǎn)穩(wěn)定后，進(jìn)行日常及周期監(jiān)測(cè)。

產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定后，對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行了固化，在線檢測(cè)參數(shù)見表9，周期檢測(cè)參數(shù)見表10。

從正式投入生產(chǎn)，至今共生產(chǎn)駕駛室8000余臺(tái)，前處理效果良好，工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)中無(wú)不良反饋，產(chǎn)品磷化質(zhì)量無(wú)問(wèn)題。

二元（鋅、錳）磷化工藝切換，運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)相關(guān)槽體水質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，未檢出一類污染物，具體見表11。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)磷化工藝創(chuàng)造性的提出了自鈍化體系概念，用獨(dú)特結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑及稀土元素等物質(zhì)，有效的規(guī)避了二者不兼容的問(wèn)題，是傳統(tǒng)三元（鋅、鎳、錳）磷化工藝的升級(jí)技術(shù)，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)和驗(yàn)證，固化了工藝參數(shù)，達(dá)到了應(yīng)用新型的低碳環(huán)保型二元（鋅、錳）磷化液在產(chǎn)品性能不降低的基礎(chǔ)上，達(dá)到了鎳元素零排放的目的。

本文對(duì)涂裝磷化材料創(chuàng)新應(yīng)用具有切實(shí)的指導(dǎo)意義。