目前，主要問題是為新的生產(chǎn)線降低材料消耗和減少工序。21世紀(jì)，我們?cè)跐M足各種個(gè)性需求的同時(shí)還將不斷提高汽車車身的防腐蝕性能。由于鋅鹽磷化在將來仍然被用于汽車車身的油漆底層，因此必須使該技術(shù)具有環(huán)保性。本文綜述了20世紀(jì)磷化技術(shù)所發(fā)生的變化，并介紹一種面向21世紀(jì)的新型磷化技術(shù)。新的前處理系統(tǒng)減少了工序，磷化工藝具有低成本、超細(xì)致、無鎳和亞硝酸鹽的特點(diǎn)，從而減輕環(huán)境壓力。
1、20世紀(jì)磷化技術(shù)發(fā)展歷程
自磷化技術(shù)問世以來，人們一直都在致力于降低磷化處理溫度和縮短．磷化反應(yīng)時(shí)間。如早期的鐵系磷化表面處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2h，處理溫度接近沸騰。20世紀(jì)30年代，人們開始在磷化處理中添加鋅，并竭力改進(jìn)該技術(shù)。20世紀(jì)磷化技術(shù)的發(fā)展歷程。
在能源危機(jī)之后，德國(guó)、日本開展大量的試驗(yàn)來降低磷化溫度，室溫磷化因此而誕生并商品化，但并沒有應(yīng)用于汽車車身涂裝線。隨著磷化時(shí)間進(jìn)一步縮短，僅需幾秒鐘的鋅鹽磷化工藝被鋼鐵企業(yè)用于鍍鋅鋼板涂料底層的在線處理。但該技術(shù)不適合于汽車車身的預(yù)處理，因?yàn)槠囓嚿韺?duì)磷化膜性能要求較高，一方面磷化膜要滿足電泳漆的要求，另一方面要適應(yīng)組成汽車車身的多種材料。
目前，世界范圍內(nèi)用于汽車車身的磷化工藝是浸漬式三陽離子(Zn-Ni-Mn)體系，其處理溫度為35℃、處理時(shí)間最短可達(dá)90s。經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，改善磷化溫度和處理時(shí)間可以大大提高汽車的涂裝性能和生產(chǎn)效率。
2 21世紀(jì)的磷化工藝
21世紀(jì)磷化工藝的發(fā)展趨勢(shì)是，采用更低的磷化溫度、更短的處理時(shí)間、更短的工藝流程及更加環(huán)保的工藝和材料。
2．1更低的磷化溫度
磷化反應(yīng)的速度決定于溫度、濃度及磷化液的流動(dòng)性等參數(shù)，它們的數(shù)值越高，反應(yīng)速度越快。在經(jīng)歷2次石油危機(jī)之后，降低處理溫度成為日本工業(yè)的重要工作目標(biāo)，日本目前的脫脂溫度為40℃、磷化溫度為35℃。溶液的流動(dòng)性是由設(shè)備決定的，增加流動(dòng)性通常需要添加昂貴的設(shè)備，然而通過這種方法獲得快的反應(yīng)速度是不可取的。因此，在降低處理溫度的情況下，通過優(yōu)化磷化液的組成來保持反應(yīng)速度。如圖1所示，通過提高鋅離子濃度、降低游離酸度來保證磷化速率。
隨著鋅離子濃度的增加，冷軋板表面的磷化膜“P”比會(huì)降低。為避免這種趨勢(shì)，應(yīng)提高磷化液中促進(jìn)劑的濃度。亞硝酸鈉作為氧化型促進(jìn)劑一般用于低酸度的磷化液，在基體表面發(fā)生刻蝕反應(yīng)的區(qū)域pH值會(huì)升高，這時(shí)亞硝酸鈉不是作為氧化劑而更像是Fe2+絡(luò)合劑。因此，如果提高促進(jìn)劑的濃度，F(xiàn)e2+就很容易參與成膜，“P”比也會(huì)相應(yīng)提高。
2.2更少的沉渣
在磷化膜形成過程中，同時(shí)降低沉渣量是完全可能的，因?yàn)槌猎咳Q于磷化過程中的刻蝕反應(yīng)。通過降低游離酸度而減少刻蝕反應(yīng)，從而最終降低沉渣量。根據(jù)基體材料的不同，可以將沉渣減少10%-30%。
現(xiàn)在大多數(shù)沉渣填埋在垃圾場(chǎng)，然而這種方式費(fèi)用愈來愈高，且垃圾場(chǎng)的數(shù)目有限。因此，我們開發(fā)了幾種沉渣的循環(huán)利用方法，并付諸實(shí)踐。目前在日本，磷化溫度為35℃的汽車車身處理線的數(shù)目在增加，我們期待著低溫、低渣型磷化工藝成為一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
2.3更短的處理時(shí)間
完成磷化反應(yīng)是以基體表面是否完全被磷化膜所覆蓋為判斷標(biāo)準(zhǔn)。磷化晶體生長(zhǎng)的結(jié)晶過程。
磷化膜晶體的形狀是由磷化液的組成及磷化液的流動(dòng)性決定的，而磷化反應(yīng)初期所形成的晶核數(shù)則決定著晶體的尺寸。磷化液中添加的鎳可以在磷化初期的反應(yīng)中以金屬鎳的方式部分地沉積在基體表面，形成微陽極，能有效地減小磷化膜晶體的尺寸。然而，如果磷化液組成一旦固定，晶體的尺寸則決定于磷化前的表面調(diào)整工序。
2.4表面調(diào)整的作用
目前，絕大多數(shù)汽車車身表面的預(yù)處理應(yīng)用浸漬式磷化工藝，表面調(diào)整工序的實(shí)現(xiàn)是這種技術(shù)得以推廣應(yīng)用的原因，因此這道工序十分重要。
在20世紀(jì)磷化技術(shù)發(fā)展歷程中，鈦鹽表面調(diào)整劑的使用其意義重大。這種表調(diào)液就是將膠體鈦溶解在微堿性溶液中，膠體欽吸附于零件基體表面形成微小顆粒，它不僅可以提高磷化反應(yīng)初期刻蝕反應(yīng)的點(diǎn)，而且增加磷化結(jié)晶的晶核數(shù)，從而加快磷化反應(yīng)速度，使磷化結(jié)晶更加細(xì)致均勻。然而，膠體鈦表調(diào)劑的效果受到一些因素的影響，如水質(zhì)、表調(diào)劑凝聚及隨時(shí)間變質(zhì)等。其中，脫脂劑的帶人將導(dǎo)致表調(diào)液凝聚和變質(zhì)，而磷化過程中的潮濕氣體可使pH值發(fā)生變化，最終的結(jié)果是磷化膜晶體變粗、磷化反應(yīng)變慢。為解決欽鹽表調(diào)劑的這些固有問題，日本帕卡懶精公司（PARKERING）開發(fā)了一種全新的表面調(diào)整劑，正在日本推廣應(yīng)用。
2.5新表面調(diào)整劑（PREPALENE X)
新表面調(diào)整劑的特點(diǎn)在SAE2001中已經(jīng)提及，其中最顯著的特征是消除了生產(chǎn)過程中各種因素（水質(zhì)、穩(wěn)定性、脫脂劑的帶入,pH值的變化）對(duì)表調(diào)劑效果的影響，從而消除了欽鹽表調(diào)劑的固有問題，獲得穩(wěn)定的磷化膜層，并在一些用戶的生產(chǎn)線上得到了證實(shí)。
2.6縮短磷化時(shí)間
在一條具有機(jī)動(dòng)性的浸漬式磷化線上，磷化時(shí)間已經(jīng)縮短到72s，我們正在研究磷化時(shí)間為60s的新浸漬式磷化工藝。
2.6.1提高汽車輕金屬材料的磷化效率
隨著汽車采用更多的諸如鋁、高疲勞強(qiáng)度材料，改善這些材料，的磷化效率和磷化膜的性能是十分必要的。
2.6.2提高表調(diào)液的穩(wěn)定性
如用戶在夏季的10d停工期后能繼續(xù)使用表調(diào)液而不用排放或更新，并且能獲得與以前相同的磷化膜。
2.6.3提高具有腔型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部磷化效率
我們處理具有腔型結(jié)構(gòu)的零部件，檢測(cè)其鋅鹽磷化膜的外觀和性能，發(fā)現(xiàn)磷化膜結(jié)晶細(xì)致、無銹。PREPALENE X提高了組成表調(diào)劑的磷酸鹽的分散穩(wěn)定性，并避免生產(chǎn)線上各種實(shí)際因素的影響。通過將更細(xì)致的顆粒吸附于基體表面，PREPALENE X可以產(chǎn)生大量的微粒和晶核，從而借助晶體的外延生長(zhǎng)更進(jìn)一步減少磷化時(shí)間。
過去我們的精力主要集中在改進(jìn)磷化液的組成上，然而今天我們認(rèn)識(shí)到，通過改變表面調(diào)整劑可以獲得磷化技術(shù)的改進(jìn)和提高。新的表面調(diào)整劑將成為21世紀(jì)鋅鹽磷化技術(shù)的焦點(diǎn)。
2.7降低成本
通過使用新的表面調(diào)整劑和新的磷化液，可以在保證磷化膜質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)成本。我們的目標(biāo)是獲得充分覆蓋基體表面的超細(xì)致的磷化膜來保證涂裝性能，并減少磷化膜形成過程中的材料消耗。
2.7.1新磷化液(PALBOND L3060)
在三陽離子磷化液中添加有機(jī)絡(luò)合劑（OCA），可以在冷軋鋼板上加速磷化反應(yīng)，減輕磷化膜重。在冷軋板上采用PALBOND L3060和傳統(tǒng)工藝的磷化膜形貌比較。
（轉(zhuǎn)載）
