磷化鈍化二合一處理工藝的研究

許哲峰，郭太雄，田冰，張勇剛

(攀枝花鋼鐵研究院，四川攀枝花617000)

摘 要 本文介紹了一種磷化鈍化二合一處理液的研制方法，處理工藝。通過(guò)測(cè)試膜層的耐蝕性及涂敷有機(jī)樹(shù)脂后的性能。證明該處理液可提高鍍鋅板耐蝕性且易于涂敷有機(jī)樹(shù)酯，該工藝節(jié)能、效率高，可用于實(shí)際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 磷化；鈍化；耐蝕性；有機(jī)聚酯樹(shù)脂

0 前言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)、家用電器、彩涂等涂裝行業(yè)對(duì)具有良好涂裝性能的鍍鋅鋼板需求量不斷增加(GB6807—86要求金屬制品在涂漆、噴塑前要進(jìn)行磷化處理)。因而，對(duì)鍍鋅鋼板生產(chǎn)廠家的鍍鋅表面預(yù)處理提出了更高的要求，表面預(yù)處理工藝已經(jīng)由傳統(tǒng)的鈍化單一功能處理方式開(kāi)始向鈍化磷化二合一或更多功能處理方式發(fā)展。國(guó)外對(duì)鉻酸鹽鈍化磷化液的研制較早，現(xiàn)已經(jīng)形成完整的理論體系，并已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到運(yùn)用。如：美國(guó)Keller H、Foor J．P．G和日本小野良吉、Whllams^[1-4]深入的研究了鉻酸鈍化磷化工藝?yán)碚摚�并在�?shí)際的鍍鋅層表面處理的實(shí)際生產(chǎn)使用中取得了很好的效果。國(guó)內(nèi)近年來(lái)，吳鶴鳴等人^[5]已經(jīng)在這方面取得了較好成果，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還只停留在熱浸鍍工件的表面預(yù)處理方面，在帶鋼的生產(chǎn)中研究的較少。而國(guó)內(nèi)家電、汽車(chē)等行業(yè)涂裝處理工藝較復(fù)雜、處理時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)提高工作效率、降低成本都極為不利。如果熱鍍鋅板能采用鈍化磷化二合一處理液處理，家電、汽車(chē)等行業(yè)只需對(duì)表面進(jìn)行清洗或脫脂清洗就可以直接進(jìn)行靜電噴涂或輥涂涂裝。涂裝前處理工藝變得簡(jiǎn)單，同時(shí)也節(jié)約了大量設(shè)備和能源資金。用此工藝處理的鍍鋅板產(chǎn)品可以替代電鍍鋅磷化板，為熱鍍鋅近一步代替電鍍鋅板打下良好的基礎(chǔ)。將為熱鍍鋅廠家在熱鍍鋅行業(yè)中帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)，此工藝能滿(mǎn)足現(xiàn)代熱鍍鋅機(jī)組預(yù)處理設(shè)備生產(chǎn)條件，鍍鋅后處理設(shè)備不需要進(jìn)行更改。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1儀器及材料

鹽霧試驗(yàn)箱，PAR352型電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，劃格器，BYK梯度烤箱，BYK測(cè)厚儀，BYK光澤儀，鍍鋅板試樣，普通鈍化液、普通磷化液。

1．2試驗(yàn)方法

鍍鋅板采用自配脫脂液進(jìn)行清洗(溫度：～40℃)，然后用自來(lái)水沖洗，再用吹風(fēng)吹干。經(jīng)脫脂后的試樣用自配鈍化磷化液、普通鈍化液和普通磷化液用噴淋(時(shí)間為20s)的方式進(jìn)行涂裝前化學(xué)成膜預(yù)處理，處理后在60～100℃烘干，這樣就制成了鈍化磷化膜、鈍化膜和磷化膜試樣。然后將鈍化磷化膜和鈍化膜兩種膜層試樣中的一部分進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)(SST)和電化學(xué)極化曲線對(duì)比測(cè)試。

鹽霧試驗(yàn)是在無(wú)錫蘇南試驗(yàn)設(shè)備公司生產(chǎn)的YWX／Q鹽霧試驗(yàn)箱中按GB／T 13448—92中規(guī)定要求進(jìn)行(連續(xù)噴霧)。

電化學(xué)極化試驗(yàn)按GB／T 17899—1999中規(guī)定要求進(jìn)行。先將對(duì)比膜層試樣用環(huán)氧樹(shù)脂密封，只留工作面積1cm²，然后，使用美國(guó)PAR352電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，該系統(tǒng)由M273A恒電位儀，M5210鎖相放大器、計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、分析軟件組成。試驗(yàn)在室溫條件下進(jìn)行，掃描速度為0．5my／S，參比電極SCE，在裝有3．5％的NaCl溶液的電解池中對(duì)密封好的試樣進(jìn)行動(dòng)電位極化測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由M352軟件自動(dòng)記錄并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出R_p、I_corr，和E_corr。

另外一部分鈍化磷化膜試樣和磷化膜試樣采用刮棒進(jìn)行涂漆，涂漆后立即放入梯度烤箱進(jìn)行烘烤固化，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定的時(shí)間和溫度后取出試樣。試樣冷卻后測(cè)試其性能并進(jìn)行比較。

所有試樣涂裝均采用同一批號(hào)環(huán)氧底漆(黃色)及聚酯面漆(海藍(lán)色)，底漆膜厚按5～8um、烘烤溫度按204℃～216℃、烘烤時(shí)間按30～35s控制。面漆膜厚按15～18um、烘烤溫度按224℃～232℃、烘烤時(shí)間按35～40s控制。

對(duì)涂裝好的漆膜試樣按GB／T 13448—92中規(guī)定的要求在鹽霧箱(同上)中進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)(連續(xù)噴霧)，試驗(yàn)500t、后取出試樣，按GB／T 1766—1995中規(guī)定評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果。

2 鈍化磷化液的制備

2．1 促進(jìn)劑A的制備

取糠餅1．5Kg，加水溶解，并用稀酸調(diào)解pH值至4～5，過(guò)濾析出蛋白質(zhì)沉淀，然后加入。NaHCO₃溶液調(diào)節(jié)pH值至8，攪拌后靜止3h過(guò)濾得到促進(jìn)劑A。

2．2鈍化磷化液的配制

根據(jù)磷化、鈍化溶液常用的各成分作用機(jī)理，確定氧化鋅、磷酸、鉻酐、氟硅酸4個(gè)主要參數(shù)為正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的優(yōu)選因素^[6-7]。根據(jù)大量?jī)?yōu)化試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果最后得出鈍化磷化二合一處理液的最佳配方如表1所示：

配制過(guò)程如下：以上藥品按一定配比混合，用蒸餾水溶解，攪拌均勻，最后用H₃PO₄調(diào)解溶液的pH=0．5～1．0，加水至溶液1L為止，配制后放24小時(shí)使用。

2．3液體使用條件

鈍化磷化液涂敷量按鉻量計(jì)為50～100mg／m²，噴淋20～30s，于60～100℃烘干。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1 耐蝕性

(1)鹽霧試驗(yàn)(SST)24h連續(xù)噴霧。普通鈍化液膜層試樣與鈍化磷化預(yù)處理膜試樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在試驗(yàn)進(jìn)行120h后，試樣均開(kāi)始有白銹生成，并根據(jù)GB 12335—90進(jìn)行評(píng)級(jí)，自配鈍化磷化液膜層的耐腐蝕級(jí)數(shù)評(píng)為D8，而普通鈍化液膜層的耐腐蝕級(jí)數(shù)評(píng)為E6。見(jiàn)圖1、圖2所示。

鹽霧試驗(yàn)(SST)結(jié)果表明，配制的二合一處理液形成的膜層的耐蝕性達(dá)到并超過(guò)了普通鈍化液(一般情況下其SST小于72h)在相同試驗(yàn)條件下形成的鈍化膜的耐蝕水平

(2)兩種膜層的電化學(xué)極化曲線測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，二合一膜層的陽(yáng)極過(guò)程受到較大的阻滯，極化曲線陽(yáng)極極化部分電流下降較大，膜層的極化電阻R_p=2．287 kOhms，而普通的鈍化膜的陽(yáng)極過(guò)程阻滯程度較小，陽(yáng)極極化曲線的電流密度下降較小，電阻R_p=0．937 kOhms，在相同的試驗(yàn)條件下，二合一膜層的R_p值是普通鈍化液膜層的R_p值的2倍多，從極化曲線的極化電阻角度分析鋼的耐蝕性^[8]，二合一膜層的耐蝕性好于普通鈍化液膜層的耐蝕性，近一步證明了配制的鈍化磷化液的耐蝕性達(dá)到了甚至超出了普通鈍化液液的耐蝕性，同時(shí)也驗(yàn)證了鹽霧試驗(yàn)(SST)的正確性。

3．2涂層常規(guī)性能

對(duì)所有涂裝試樣均按GB／T 13448—92之規(guī)定要求進(jìn)行了涂層常規(guī)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、表3中數(shù)據(jù)可知，采用自配處理液進(jìn)行涂裝前處理的試樣，其涂層常規(guī)性能與普通磷化液進(jìn)行涂裝前處理的試樣相當(dāng)，性能如下，反向沖擊：9J～7J、冷彎：4T～5T、鉛筆硬度：3H，采用普通鈍化液進(jìn)行涂裝前處理的試樣，其涂層常規(guī)性能為反向沖擊：7J～8J、冷彎：4T～6T、鉛筆硬度：2H～3H。涂層常規(guī)性能表明自配處理液膜層與有機(jī)涂層結(jié)合的附著力達(dá)到了普通磷化液膜層的性能。

3．3涂層耐蝕性

對(duì)所有涂裝試樣進(jìn)行的中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

從表4中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，二合一預(yù)處理膜的涂層的耐蝕性級(jí)數(shù)為：起泡密度0～2級(jí)、起泡大小S0～S4級(jí)；普通磷化預(yù)處理膜涂層的耐蝕性級(jí)數(shù)為：起泡密度0～1級(jí)，起泡大小S0～S4級(jí)。二者的耐蝕性相當(dāng)。說(shuō)明二合一預(yù)處理膜易于和有機(jī)涂層結(jié)合，且附著力、耐蝕性較好。

4 結(jié)論

采用合適成分配方，確定合適的6價(jià)鉻與3價(jià)鉻比例和控制溶液的PH值制備了性能良好的鈍化磷化液。該膜層對(duì)基板起到良好的防腐效果，同時(shí)與環(huán)氧樹(shù)脂底漆結(jié)合牢固，在試驗(yàn)室條件下，能夠制備出抗高強(qiáng)度沖擊和彎曲的試片。適于家電、汽車(chē)和其他涂裝工藝使用。該工藝形成的膜薄、附著力好、耐蝕性好、成膜快，適于鍍鋅鋼板磷化鈍化二合一處理的現(xiàn)代化流水線生產(chǎn)，采用噴涂、輥涂成膜，更能成倍地減少處理時(shí)間。同時(shí)，此工藝完全滿(mǎn)足熱鍍鋅機(jī)組預(yù)處理設(shè)備生產(chǎn)條件，鍍鋅后處理設(shè)備不需要進(jìn)行更改。

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