汽车涂装工艺技术.pdf

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1、第二章第二章 汽车车身涂装工艺技术汽车车身涂装工艺技术 第一节 漆前表面处理工艺（磷化处理工艺）一、一、前处理的目的前处理的目的 为获得前述的汽车涂层的耐久性、耐腐蚀性，都采用磷化处理作为涂装的前处理。磷化处理（又称磷酸盐化学处理）是利用磷酸的离解（平衡）反应在清洗（脱脂）过的金属底材表面上析出不溶性的磷酸金属盐的（磷化膜）技术。磷化膜的功能是提高涂布在其上的涂膜（电泳涂膜）的附着力和耐蚀性。关于附着力，因所制得磷化膜结晶微溶人金属表面，结晶的附着力良好。还有，由于无数的结晶的表面凹凸，表面积增大，提高了涂膜的附着力。然后，随着涂膜附着力的提高，防止腐蚀生成物质的侵入，而提高了其耐蚀性（尤其能

2、抑制漆膜下的扩蚀）。未磷化处理过的短期内涂膜就起泡生锈。透过涂膜的水、空气，到达钢板表面，形成红锈将漆膜鼓起，透过涂膜的水、空气到达镀锌钢板，形成白锈，还与涂膜反应成金属皂，其体积增大 10 倍，因而更强力地鼓起涂膜。磷化膜是靠化学反应在金属表面上生成的不溶性的膜，由于其附着力（物理的）和化学稳定性好，而作为耐久性好的高级防锈涂装的底材处理。要得到优质稳定的磷化膜，确保其附着力、耐扩蚀性，前处理的管理十分重要，同时需良好地理解磷化处理的基本反应机理及要素。二、磷化处理的反应机理二、磷化处理的反应机理 磷化膜是靠化学反应生成的。充分脱脂过的金属表面，并进行表面调整，是生成磷化膜的最适宜条件。化学

3、反应由磷酸的离解反应和成膜反应组成。磷化处理的主要成分是磷酸（H3PO4)，磷酸在水溶液中三次离解，在 25 下它们的离解常数如下：H3PO4H2PO4-H+K1=7.510-3 (2-1)H2PO4-HPO42-H+K2=6.210-8 (2-2)HPO42-PO43-H+K3=4.810-13 (2-3)由离解常数可知，在水溶液中（2-1）式的反应容易进行，(2-3）式反应几乎不能进行。还有，对应磷酸的三种离解状态，生成不种金属盐。当金属是 Zn,Fe 等二价金属时，生成如以下所示的盐。第一种磷酸盐：Me(H2PO4)2又称磷酸二氢盐。第二种磷酸盐：MeHPO4又称磷酸一氢盐。第三种磷酸盐

4、：Me3(PO4)2又称磷酸盐。一般，2 价金属的第一种磷酸盐是可溶性的，第二种磷酸盐是可溶性或难溶性的，第三种磷酸盐是难溶性的。磷化处理技术是由第一种磷酸金属盐形态的水溶液通过化学反应析出难溶的第三种磷酸金属盐。磷化膜的生成反应。在 2 价金属的磷酸盐的水溶液中如式（2-4）、式（2-5）、式（2-6）所示的离解状态。因各反应是平衡反应，例如（2-4）式左边的 H3PO4浓度因各种原因减小，则为补充减小的 H3PO4浓度反应向右方向进行，最终是难溶性的盐 Me3(PO4)2析出。Me3(PO4)2 MeHPO4 H3PO4 (2-1)3MeHPO4 Me3(PO4)2 H3PO4 (2-2)

5、3Me(H2PO4)2Me3(PO4)2H3PO4 (2-3)汽车涂装前的磷化处理是以锌盐磷化处理为代表。被处理的底材侵蚀反应，消耗 H3PO4，为补充消耗的 H3PO4反应向右进行，析出第三种磷酸锌。（2-7）式和（2-8）式所示的是生成锌盐磷化膜的平衡反应。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 Fe 2H3PO4Fe(H2PO4)2+H2 (2-7)3Zn(H2PO4)2Zn3(PO4)2+4 H3PO4 （2-8)(2-7）式反应在被处理物上进行，钢板介面的 Fe(H2PO4)2 浓度增高，又因发生的 H2 气覆盖钢板表面，而防碍反应的进行。在此，为除去上述弊害，

6、使用氧化促进剂。能将 H2变成水和能将 2 价铁氧化成 3 价的两类物质均可作为氧化促进剂，通常使用的氧化促进剂是亚硝酸盐。将亚硝酸盐添加到锌盐磷化液中后，(2-7）式中 Fe(H2PO4)2就成为 Fe PO4（沉渣）,H2变成 H2O 除去。实际反应可理解为如图 2-l 所示的平衡反应和形成微晶粒的电化学反应。实际的磷化膜结晶生成反应可作如下表示。根据（2-7）式的反应，在磷化槽液内的钢板表面上，靠促进剂的作用，氢离子浓度下降，引发（2-9）式的反应。3Zn(H2PO4)2 Zn3(PO4)24 H2O+4 H3PO4 (2-9)Fe 的浓度高时就生成磷酸二锌铁。Fe+2Zn(H2PO4)

7、2 Zn2(PO4)24 H2O+2H3PO4+H2O(2-10)二、磷化膜的组成及其耐蚀性 在钢板上的磷化膜结晶是由磷酸锌（hopeite）和磷酸二锌铁（phosphophillite）组成。锌盐磷化膜中磷酸锌和磷酸二锌铁的 X 射线衍射强度比称为 P 比。P 比是两种磷酸盐结晶的含量之比。式中：P Zn2Fe(PO4)34H2O 结晶含量；HZn3Fe(PO4)24H2O 结晶含量。图图 2-1 锌盐磷化膜析出模式锌盐磷化膜析出模式.磷化膜的 P 比高低与被处理件的材质、磷化液的组成和磷化处理方式有关，低锌三元磷化液和浸式磷化处理所得磷化膜的 P 就高。如不同的磷化处理方式所得磷化膜中的铁

8、锌比率不同：一般喷淋处理方式 1：7.5(Fe/Zn)，一般浸渍处理方式 l：3.5(Fe/Zn)，改进后的喷淋处理方式 1:4.3(Fe/Zn)，改进后的浸渍处理方式 1:2.2(Fe/Zn）。磷酸二锌铁的耐碱溶解性较磷酸锌高，因此 P 高的磷化膜在湿腐蚀时的阳极部位，和阴极电泳时 PH 值上升时的磷化膜的耐碱性高，涂装后的耐蚀性优良。耐碱性良好的磷酸二锌铁的含量越高磷化膜的溶解就少，耐蚀性就越好。所以，要求与阴极电泳涂装配套的磷化膜的 P 比高于 0.9。在磷化处理镀锌钢板时，不能从镀层供给 Fe 离子，因而只能形成锌盐磷化膜。这种锌盐磷化膜上的涂膜二次附着力（耐水后的附着力）较磷酸二锌铁

9、磷化膜差。所以要用含 ZnNiMn（锌、镍、锰）三成分的，三阳离子（trviceation）型磷化液处理锌系底材，改变磷化膜的金属成分。三阳离子型的磷化膜耐碱性优良，在阴极电泳涂装时因界面碱性化产生剥离（附着力变差），所以，浸演磷化处理方式的改进措施是缩短处理时间，控制膜敢（3.5g/m2以下），降低处理沮度和处理液的浓度。P P比=P+H（磷化液）（锌盐磷化膜 Hopcite)(钢板)（磷化液）（二锌铁磷化膜)O PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 对这时的碱性化的抵抗性要高 另外，锌盐磷化膜在电泳涂膜烘干时，膜中的 4 个结晶水的盐脱水变成 2 个结晶水盐。随后，

10、毛细管现象透过涂膜的水分，使其还原为 4 个结晶水盐时，磷化膜的体积膨胀，而使磷化膜产生内应力，再因加水分解而使磷化膜产生明显地劣化。现今，汽车涂装最广泛应用的是涂装前锌盐磷化处理液中添加Ni 和Mn。关于磷化膜中的Ni、Mn 的效果有种种说法。例如，添加 Ni 能使磷化膜结晶微细化，提高附着力，能防止恢复成 4 个结晶水磷酸锌盐，而提高耐水试验后的二次附着力；在镀锌层界面析出和锌盐磷化膜中的 Ni 能促进在湿式腐蚀时的碱性氯化锌的生成，而提高耐蚀性等。Mn 在磷化膜中的存在形态，由 X 射线衍射分析结果可知置换了磷酸锌晶格中的特定部位的 Zn。Mn 进人磷酸锌结晶后，磷化膜的耐碱溶解性提高，

11、因而也提高了耐蚀性。浸渍处理方式所得磷化膜的磷酸二锌铁含量高，且致密，因而其耐蚀性、涂膜附着力优良。喷射处理方式所得磷化膜的磷酸锌的含有率高，结晶成针状且粗（参见图 22)，因而其耐蚀性较浸渍处理方式差，这也是汽车车身涂装生产线几乎都变更成浸渍处理方式的主要因素之一。不同前处理及处理方式对电泳涂膜的耐腐蚀性的影响，请参见图 23。喷射处理方式磷化膜针状、结品粗 全浸处理方式磷化膜粒状、且结晶致密 图图 22 磷化膜结晶表面状态磷化膜结晶表面状态 244872722002403602472160200160261360240600800100020030060080001002003004005

12、00600700800900100010m15m20m5m10m15m20m10m15m20m20m仅脱脂无磷化处理 脱脂、锌盐磷化（浸式处理）脱脂、锌盐磷化（喷式处理）锌盐磷化盐雾试验/h阳极电泳 阴极电泳 图图 2-3 前处理及其方式不同对阴极、阳极电泳涂膜的耐腐蚀性的影响前处理及其方式不同对阴极、阳极电泳涂膜的耐腐蚀性的影响 不同配方、品牌的阴阳极电泳涂膜耐腐蚀性相差很大，图中数据仅供定性对比参考 四、涂装前磷化处理工艺四、涂装前磷化处理工艺 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 香 前处理是涂装工艺中最重要的工程之一。为获得最佳的磷化膜，确保产量和处理面积，必须

13、精心设计和选用前处理工艺及设备。在设计时应考虑以下必要条件：被处理物（车身）的大小、形状及面积，材质（钢板种类、铝材等），产量（或生产节拍 min/台），被涂物的输送方式（间歇步进式，连续方式），处理方式（喷射方式，浸渍方式），设备场地（空间），运行效率(80-90%)，前处理的质量基准等。涂装前磷化处理的工艺流程（基本工序）列于表 2-1 中。1 处理方式 前处理的处理方式按处理液与被处理件的接触方式可分两大类，喷射方式和浸渍方式。1980 年以前汽车车身涂装前处理方式是喷射式，基于喷射方式处理所得磷化膜的 P 比偏低和车身内表面处理不完善（处理面积 80 左右，而采用浸渍处理方式可达到车体

14、面积的 95-100%）等弊端，1980 年后变为以浸渍方式为主流。现今只有批量生产的大客车车身前处理采用单室或双室的喷射式前处理设备。图 24 为浸渍处理方式的设备流程概念图。表表 2-1 前处理的方式和各工序的概念前处理的方式和各工序的概念 处理方式 喷射方式 浸渍方式 工序名称 处理功能 时 间 s 温 度 时问s 温 度 备注 1.热水预清洗（或手工预清洗）除 去 车 身 上 的 附 着 物 车身加热 60 60-70 60（喷）60-70 使用 70-80 的热水，如果白车身较清洁，本工序可省略，可由工序 2 或 4 补水 2.预脱脂 除 去 车 身 外 板 油 污 车身加热 60

15、45-50 60（喷）45-50 可使用脱脂液和由第 1 水洗补给的水 3.脱脂 撅去油污 120 50-60 120 45-50 使用由硅酸钠，磷酸钠、表面活性剂等配制清洗液，除去整个车身的油污 4.水洗 No.1 除去脱脂清洗剂 冷却车身 20-30 室温（偏低较好）20-30（喷）室温（偏低较好）自来水，由水洗 No.2 通过溢流或预洗法补给 5.水洗 N0.2 除去脱脂清洗剂 冷却车身 20-30 室温（偏低较好）20-30 （浸 人 即 出）室温（偏低较好）连续补给自来水（出日喷）保车体温度 40 以下 6.表面调整 调整微碱性 活化、形成膜核 60 室温（低于 RT)60 （出槽喷

16、）室温（低于RT)使用钛酸盐，磷酸钠等表调剂、调整钢板表面呈微碱性 7.磷化 生成磷化膜 120 50-60 1 20 40-45 使用“三元”锌盐磷化液加促进剂，由化学反应在金属表面上生成磷酸盐结晶膜 8.水洗 No.3 除去磷化液 20-30 室温(80s)（出槽喷）室温 自来水，由水洗 No.4 通过溢流或预洗补给。特别是要除去磷化渣 9.水洗 No.4 除去磷化液 20-30 室温 20-30（喷）室温 自来水，或由工序 11 纯水水洗通过溢流或预洗法补给 10.钝化 封闭磷化膜 提高耐蚀性 30 室温 20-30 （浸 人 即 出）室温 补给纯水 11.纯水洗 除去杂质离子 10-2

17、0 室温（浸 人 即 出）室温 洗后车身的滴水 12.新鲜纯水洗 10-20 室温 10-20 室温 电导率30scm 浸渍方式，并不是各工序都是浸，而是关键工序（3、5、7、9、11）采用浸渍处理，而其他工序是采用喷射处理。基于钝化工序的“Cr”公害，在日本汽车工业中磷化后不进行钝化处理，而是强调磷化膜的 P 比（磷酸二锌铁的含量）。欧美汽车厂家坚持要钝化，现发展采用无铬钝化剂 不同的磷化处理方式对磷化膜特性的影响，见表 22。表表 22 不同处理方式对磷化膜特性的影响不同处理方式对磷化膜特性的影响 特性处理方式 P/(P/H)膜重/(g/m2)结晶尺寸m 结晶形状 重金属含量/(mg/m2

18、)耐碱性 耐水、二次附着力 耐痕形腐蚀性 弯曲性 镀锌板适应性 喷射式 0.5-0.7 1-2 10-30 针状 0-15-浸渍式 0.9-1.0 2-3 10 粒状棒状 10-50 -PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 注：-优；-良，-中，-劣。图图 2-4 前处理工艺（全浸式）及设备流程示意前处理工艺（全浸式）及设备流程示意 1 一离心分离器2 一加热油水分离器；3 一热交换器4 一促进剂，5 一 PS 过滤器，6-沉渣槽,7 一 EFC 脱水过滤器；8 一 HNO3 槽；9 一沉淀过滤器；10 一紫外线杀菌剂11-泵.2.各工序的功能及其控制要点各工序的功能及

19、其控制要点 汽车车身的前处理工艺一般由预脱脂、脱脂、水洗、表调、磷化、水洗、纯水洗等 10 多道基本工序组成。按表 2-1 工序介绍如下：工序 1-3 为除油清洗（脱脂）工序。用热水和热碱液喷浸结合的方法清洗车身。通过脱脂剂中的碱性物质对油污皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的。脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂剂等四个因素。脱脂温度：一般来说，温度越高、脱脂效果越好。温度高使油污的猫度降低，加速皂化等化学反应和表面活性剂的浸润、乳化、分散等作用。但不是所有场合都是温度越高越好，各种脱脂剂都有其合适的温度范围，过高的温度会使某些脱脂液中的表面活

20、性剂析出聚集，附着在被清洗的表面上，造成磷化膜发花不均。脱脂时间：必须保证有足够的脱脂时间，喷射方式的脱脂时问一般为 l-3min，浸渍方式脱脂时间一般为 3-5min，视油污的种类和多少而定。油污多需增长脱脂液与油污的接触时间。但在高速流水作业线上，往往不允许采用时间太长。在车身前处理线上采用如表 21 所示的脱脂工艺，先用热水冲洗 1min，预脱脂喷洗 1min，再用浸洗脱脂 2min 的结合的多次清洗法，来达到最佳的脱脂清洗效果。机械作用：借助压力喷射和搅拌等机械作用提高脱脂清洗效果是非常有效的。喷射迫使脱脂液与车身表面良好的接触，使脱脂剂渗透和破坏油膜，防止油污再吸附到被清洗表面上。在

21、中、低温脱脂中，机械作用尤为重要。一般说，压力喷射脱脂比浸渍脱脂速度快一倍以上，喷射压力通常为PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 0.10.2 M Pa。浸渍脱脂采用循环搅拌，确保脱脂槽液均匀和与车身充分接触，泵每小时循环液量为槽液量的 5 倍。脱脂剂：脱脂剂的组成和品种对脱脂效果有很大的影响。例如，含有表面活性剂的碱性脱脂剂较单独的碱性脱脂剂的脱脂效果好，所以，要根据被清洗物的材质（钢板，镀锌板，还是铝材等）、油污状态、处理方式和与下道工序的匹配性，通过试验来正确选用脱脂剂。使用过程中，脱脂剂会不断地被消耗，需定期补加保持浓度。脱脂剂的脱脂效果与浓度并不是一个直线上

22、升的关系，浓度高厂，随车身带走，耗量增加，且加重后清洗的负担。在实际使用中，必须认真地、全面地考虑上述各影响因素，使各个因素都控制在最佳状态。但也不能孤立地看待，如果受客观条件的限制，也可以强化其他的因素，来弥补某因素的不足。工序 6 磷化前的表面调整：脱脂后磷化前的表面调整是生成磷化膜结品的重要工序。它改变金属表面的微观状态，促使磷化过程中形成结晶细小、均匀、致密的磷化膜。尤其是经酸洗或高温强碱清洗过的金属表面，和浸式低温低锌薄膜磷化场合，特别需要进行表面调整。表面调整液的主要成分是铁盐（钛胶体）和磷酸钠，是微碱性的胶体溶液。由于胶休微粒表面能很高，对金属表面有极强的吸附作用，在被处理表面形

23、成数量极多的晶核，磷化初期就在晶核周围快速形成均匀的磷酸盐结晶，限制了大晶体的生长，促使磷化膜细化和致密，且提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除金属表面状态的差异对磷化质量的影响 表面调整工序的控制管理要点如下：有效铁浓度：l0 mg/kg 以上，pH8.5-9.5。Ti（钛）浓度低于 10 mg/kg，磷化膜就增厚，pH 值下降，表面调整效果下降，形成磷酸铁膜（发蓝），耐蚀性下降 为防止主成分铁胶体在处理液中突发性地凝聚，附着在钢板上磷化后，磷化膜结晶变大，膜变粗，配制表调处理液的水应纯净，其电导率应小于 200 s/cm。自来水（含有氯不适用）的水质差，最好使用去离子水 在

24、室温下进行，最高温度不超过 35 ，要控制被处理的车体温度。处理时间为 3060s。为保处理液的稳定性，必须经常供给新鲜水和补加表调刹。在生产线上表面剂的使用量与处理车身的台数不成比例一般要定期添加每周处理液需彻底更新一次（应按材料供应厂的指示管理）。处理液应保持良好的搅拌状态，避免沉淀。表面调整工序管理的最重要点是车体温度应尽可能低和严格的 pH 位管理。在前面工序 7 磷化处理已对磷化膜的成膜反应机理等作了介绍，在实际生产中槽液的浓度平衡非常重要。应严格控制总酸度、游离酸、酸比、温度、处理时间、促进剂的浓度等磷化工艺参数。总酸度：总酸度低了，磷化膜生成反应所需要的游离的磷酸锌量不足，而不能

25、充分生成磷化膜（结晶）。反之，过高后，生成磷化膜的药品消耗量过大，沉渣发生量增多，且附着在磷化膜面上而成缺陷。控制总酸度的意义是将磷化膜中成膜离子浓度保持在必要的范围内。总酸度因消耗而下降，则补加浓缩磷化液来提高。游离酸度（H 浓度）：游离酸度过高，过低均会对磷化产生不良影响。过高不能成膜，易出现黄锈，过低磷化液的稳定性受影响，生成额外的沉渣。控制游离酸的意义是控制磷酸二氢盐的离解度。酸比：即总酸度与游离酸度的比值。当处理的对象、条件和所选用药剂配方确定，酸比一定要维持在一个适当的数值。酸比小（即游离酸度高），成膜速度慢，磷化时间长，所需温度高；酸比大，成膜速度快，磷化时间短，所需温度低。温度

26、：磷化处理温度与酸比一样，也是能否成膜的一个关键因素。不同的磷化液配方都有规定的处理温度范围，控制温度就是控制磷化液中的成膜离子浓度和酸比。温度过高要产生大量沉渣，磷化液失去原有的浓度平衡。温度过低，成膜离子浓度达不到成膜所需的浓度，磷化膜不完整。温度过高，失去原有的浓度平衡后，当处理液温度恢复到原定温度时浓度平衡也不能恢复，需进行必要的调整，才能磷化。所以温度的控制非常重要。处理时间：规定的工艺时间应严格遵守。时间过短，成膜不足，不能形成致密的磷化膜，时间过长，结晶在形成的膜上继续生长，使磷化膜变粗、变厚，且疏松。促进剂浓度：在汽车涂装的高质量的快速磷化工艺中，促进剂是一个必不可少的成分。磷

27、化处理的促进剂是某些氧化剂。促进剂浓度过低后，游离酸返回，Fe2和 H浓度变得过大，阻凝反应，PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 磷化膜生成困难。促进剂浓度过高时，游离酸被中和，产生大量沉渣。再增多，铁面可能氧化发蓝。水清洗工序：表 2l 中脱脂后的工序 4,5 和磷化后的工序 8,9,11,12(No.l,2,3,4 水洗和纯水洗）。水洗工序的实质是用水稀释、置换的原理洗掉被涂物上附着的处理液，水洗效果（被涂物洗后的清洁度）与水洗次数、水洗方式、水洗用水的污染度、自来水和纯水的水质、沥水时间等工艺参数有关。多次水清洗是提高清洗效果的关键因素，一般达到工艺要求的洗净度

28、，需水洗 24 次。每次水洗要达到稀释 10 倍的目的（即每次水洗水的污染度控制在前道工序处理液浓度的 1/10 以下）。每道水洗的时间不是关键的工艺参数，在大量生产的流水线上喷射水洗一般为 20-30s,浸式水洗为浸入即出。每道水洗时间长了，提高清洗效果不大，而增加运转费用，不经济。工序间的沥水液时间应达到不仅没有水流，而且要几乎无滴水程度。一般为 30s 左右，最长不超过 lmin 如果超过 1min 还滴不干净，则应从产品设计上开工艺孔解决。沥水时间长了被涂物易风干而产生锈蚀，需喷雾加湿防锈。要充分注意清洗用水的水质，所用自来水的电导率应控制200 s/cm。新鲜纯水的电导率 1s/cm

29、 在前处理的最终一道水洗必须用纯水来置换自来水，使从车身上滴落下来水的电导率30s/cm，才能达到高防蚀性，高装饰性涂层（电泳涂装）的涂装要求。钝化：磷化后进行钝化处理能改善磷化膜与电泳涂膜的配套性，进一步提高磷化膜（尤其是 P比低的磷化膜和镀锌板上的磷化膜）的耐蚀性（约能提高 10 左右）。一般采用六价铬钝化浓度铬醉 0.1-2g/L，常温处理 0.5-1 min。欧美汽车厂仍坚持要铬钝化（最近在开发无铬钝化剂），基于六价铬剧毒，涂装公害严重，日本、韩国则在提高磷化膜 P 比的基础上已取消了钝化工序。作者认为，结合我国国情普通钢板在采用三元低锌磷化液进行磷化后可不进行钝化处理；在采用高锌磷化

30、液或镀锌钢板磷化后进行钝化处理，以提高与电泳涂装的配套性和涂层的耐蚀性、附着力。五、全浸式前处理设备的技术进步五、全浸式前处理设备的技术进步 随着电泳涂装技术的采用促使车身的前处理工艺迅速由喷射方式革新为全浸处理方式，以解决喷射处理车身未处理完全的油污（车身的内表面和袋状部位的油污除不净）被带人电泳槽内，加上电泳槽液中溶剂和金属溶质而产生电解脱脂，其结果电泳涂膜上产生缩孔。采用全浸处理方式是使车身内表面尽可能处理完善，并提高其防锈力。在连续全浸式处理场合，车身顶部内表面的空气排不尽，形成气包，甚至能将车体浮起，产生生产线停产事故。气包未处理部位，当然，防锈力不足。为解决这一问题，提出了种种改进

31、方法，推出了各式各样的新设备、装置，如图 25 所示的垂直全浸式处理设备（VERTAK)，最近开发成功的旋转全浸式处理设备 RoDip3（如图 2-6 所示）。图图 2-5 VERTAK 间歇全浸式前处理设备（最大产量间歇全浸式前处理设备（最大产量 45 台台h、）、）PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 RoDip-3 前处理和电泳设备：车身在输送链上直线运行，可按各工序的要求，作 360旋转，其优点不仅车身上方水平面无脏物沉积，且在磷化、电泳过程中涂层外观装饰性要求高的车身水平面朝下，所得磷化膜更平滑均匀。车体内的气包被彻底消除，在旋转中槽液和清洗水倒的更干净，与摆

32、扦式输送链比较，设备和槽的长度更短，涂膜质量更好，输送链使用寿命更长，运转成本更低。我国第 1.2 条 RoDip-3 前处理、阴极电泳线已在上海大众和芜湖奇瑞汽车公司投产。原认为汽车车身的生产节拍超过 5min 才可选用间歇式前处理设备，现今生产节拍在 3min 左右，也可选用自行葫芦步进间歇式前处理设备，其改进措施是在工艺处理时间长的工序（如磷化浸3min）增长浸槽到 2 个工位或选用高效快速磷化液。当年产量为 58 万台汽车车身场合设计选用间歇式前处理设备，与连续式比较，可节省工艺投资和占用面积，降低运转成本。前处理设备用的辅助装置，近年来也推出较多的新装置，如除从车身上洗下来的铁粉的旋

33、流分离器，磁性过滤器，除磷化沉渣用的反向过滤器和自动脱水过滤器油水分离用的 UF 装置等。图图 2-6 新旋转浸渍法（新旋转浸渍法（RoDip-3）和摆杆输送链式的浸槽区段的对比）和摆杆输送链式的浸槽区段的对比 六、前处理的管理六、前处理的管理 前处理的目的是在汽车车体金属面上形成致密的磷化膜的处理工艺，使仅 23g/m2的磷化膜保护车体（金属面）10 年以上不生锈成为可能。前处理是微型的化学处理，为得到优质稳定的质量，必须要有高梢度的设备和工艺管理 1 影响前处理的主要因素 生产台数的变动 由前处理（特别是磷化处理）的化学反应，生成结晶膜，因而可根据处理面积设定药品浓度，随处理台数（处理面积

34、）变动槽内的药品浓度产生变化，超出设定范围外的场合就处理不良。带入油的变动 为冲压成形和除尘钢板表面的尘埃，颗粒使用洗净油（拉延油兼用）的油最变动，品种的变更，而影响脱脂能力的变化。镀锌钢板和铝材的变动 普通钢板和镀锌钢板，铝材的比率大的变动后，磷化膜的结晶产生变化。汽车生产线经常产生条件变化，要对前处理不产生影响，就需进行必要的管理。关于上述 3 项，有可能生产线现场管理者解决不了，则在变动前，应与药品供应厂商，对影响因素进行充分探讨，决定对策。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 生产线管理 现代化的前处理生产线管理从处理液的浓度和药品、水的补给、温度管理到生产

35、线起动等，几乎都是自动化的。以前周六、周日和长期休假后的第一天，10Om3 左右的处理液槽的升温，需提前2-3h 加热。现今采用计算机和功能、精度高的控制阀，借助计时器控制，冬季提前加热就可实现自动化。为保险还是人工与自动控制并用。前处理是涂装工程的入口，如因故障停线，则立即影响涂装前的焊装线和涂装后的内饰、总装线，造成停产。在生产节拍为 60s/台的生产线上，“突停”（生产线停 l-2min）就会造成生产线混乱所以努力防止生产线停止是件大事 3 前处理的日常管理的要点 前处理的日常管理可认为决定了前处理的质量，因而要求高精度的管理技术。现今在现代化的轿车车身前处理上很多采用自动管理系统。可是

36、，常发生故障和失误，处在完全无人工管理还很难的现状。前处理工艺的日常管理实例（全浸处理方式）生产规模：15000 台/月。月时基数：350 小时 2 班，负荷系数：95%。白车身的清扫：为防止焊装后的白车身将尘埃、颗粒带人涂装工程中对白车身必须进行清扫 用吹风枪及吸尘器或高压水枪，除去焊接的飞测物，焊口打磨灰（铁粉）等。带入量的管理值：100g/台以下。用吹风枪、吸尘器或高压水枪等的机械除尘法很难完全除净，铁粉等的带入常成为涂装颗粒（麻点）。据介绍，造成电泳涂膜尘埃缺陷的灰尘 87%为金属粉尘（白车身带来的 40-250m 的焊渣、切削粉），因此须彻底清理，减少带人量。涂装前处理工艺的日常管理

37、基准 一般进行的前处理管理基准列于表 23 中。表表 23 前处理管理基准的一例前处理管理基准的一例 处理液浓度 工序名称 方式 处 理 时 间/s 管理项目 点 液温/浓度测定方法 管理要点 热水洗 喷（灌喷式）20 65-70 除去尘埃、颗粒，车体升温，油分软化 预脱脂 喷 总碱度 50-55 除去尘埃、颗粒，减少带人脱月台工序的油分 脱脂 浸（喷）90 通过 总碱度 游离碱度 油分（g/L)140.5 5.50.5 2g/L 以下 40-55 脱脂剂的成分：碱性物质（提高洗净力的硅酸、磷酸钠等），表面活性剂、消泡剂等组成 油分管理：脱脂剂劣化状态管理 水洗No.1 总碱度 0.2 以下

38、10 mg/m2 20 mg/m2 膜组成 Mn 含量 30 mg/m2 40 mg/m2 磷化膜 结晶形状、尺寸 粒状、10m 以下（5 m 以下最好）10m 以下 电子显微镜法：SEM 像 杯突 5mm 以上 杯突试验仪 附着力 划格 100%划方格法 阴极电泳后 耐盐雾试验（5%NaCl)1000h 以上 单侧腐蚀2mm 4 前处理设备管理和保养 前处理设备在运行中应进行日常维护和定期保养，维护内容和保养频率见表2-5、表2-6 中所列。表表 25 前处理设备日常维护内容前处理设备日常维护内容 检查项目 项目 标准 备注 金属网（滤网）正常 喷嘴、喷淋管 正常 压力 给定值 温度 给定值

39、 喷淋的喷射情况 给定值 泵、电机 正常 各工序 槽内液面 给定值 供热 正常 热交换器人口温度 给定值 记录 加热装置 循环系统压力 给定值 调整清扫 温度 正常 记录调整 循环液量 给定值 调整 加热油水分离器 排出油量 正常 记录 循环液量 给定值 调整 循环回来液的清澈程度 正常 清扫 除清装置 残液排出量 正常 记录 补充槽内液量 正常 记录、调整 补充添加量 正常 调整 药荆补充 供水量 给定值 调整 药剂使用量 记录 其他 处理台数 记录 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 表表 26 前处理设备定期保养前处理设备定期保养 工序 项目 保养频率 备注 顶

40、脱脂 槽、循环系统 1月 废弃清扫 槽、循环系统 1/12 个月（l 万辆年以下）1/6 个月（1-5 万年）1/4 个月（5 万以上）倒槽清扫 脱脂 加热油水分离器 l月 l6 个月 检查清扫 清扫 第一水洗 槽、循环系统 l月 废弃清扫 第二水洗 槽、循环系统 l/3 个月 废弃清扫 表调 槽、循环系统 l月 废弃清扫 槽、循环系统 1/12 个月（1 万辆年以下）倒槽清扫 l/6 个月（1-5 万年）,l/4 个月（5 万以上）l/12 个月 硝酸清洗或拆卸请洗 l月 硝酸清洗 热交换器 1年 拆卸清洗 硝酸梢 1年 清扫 磷化 除漪系统 1/6 个月 清扫 第三水洗 槽、循环系统 l月

41、 废弃清扫 第四水洗 槽、循环系统 1/3 个月 废弃清扫 纯水洗 槽、循环系统 l/6 个月 废弃清扫 频率是参考经验及有关事例记录确定的，还得视设备运转情况而定。七、前处理技术的今后展望和降低成本七、前处理技术的今后展望和降低成本 激烈的市场竟争要求生产的汽车物美价廉，进一步降低前处理成本（日本每台轿车车身所用前处理剂的费用为 350-400 日元）和适应环保要求减少公害是前处理技术发展的两大主题。现已见到如下动向。取消前处理后的水分烘干工序 前处理水分烘干室取消可节省热能和缩短工艺。磷化膜经水分烘干除干燥外，对磷化膜性能提高有益现今在有机溶剂型涂料和粉末徐料涂装前还烘干。经前处理材料和电

42、泳涂料制造厂家的共同努力，实现了前处理后不供干，直接进入电泳涂装，结果大致良好（膜重 2.5g/m2的磷化膜，阴极电泳涂膜厚 20m，进行 1000h 耐盐雾对比试验，有无烘干工序的试板的单侧扩蚀均在 2.5mm 以下，合格，评价基准为 3.Omm 以下）.开发采用长效的表而调整剂 现今用表面调整剂，工作液稳定性一般为一周，配液后使用一周就需彻底更新。德国凯密特公司开发的液体表调剂在 50 下稳定，槽液寿命 8 周，能充分溶解，均匀扩散。有稳定的表调作用，可随处理件量补充，消耗量为 0.52.0 g/m2，可自动滴加。在脱脂剂中加表面调整剂有可能，可是全面取消必须慎重确认。开发采用不含有害物（

43、如 Ni、Cr、NO：、F 等）的环保型前处理药剂 如无 P、N 型脱脂剂，不含难清洗的硅酸盐的，适合 Fe、Zn、Al 复合件用的脱脂剂，无 Ni、N02 磷化液。开发、采用低温少渣型磷化液 磷化温度由 43 降到 35 ，沉渣发生量减少 1030。如低温快速磷化处理工艺，在磷化膜特性保持不变的情况，处理时间可由 90120s 降到 60s。这些新药剂的采用，可进一步达到缩短工序、节能、降成本的目的。强化和开发节水和回收前处理用水的技术措施 前处理是涂装车间甚至汽车厂的耗水大户以每分钟 1 台车身处理面积 80100 m2 计算，每小时耗水量达 30t。为节省用水降成本和减轻废水处理负荷，尤

44、其在缺水地区，必须重视节水和回收再利用技术。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 现今已成熟的节水技术，如逆工序补水法和预喷洗法。采用膜过滤技术 UF 和 RO）回收脱脂液，再生清洗水和前处理废水减少磷化沉渣的排出量，开发沉渣的综合利用技术。月产量 2 万台车身的生产线从磷化液中排出沉渣有 1516t，现作为产业废弃物处理。现用过滤器处理的沉渣含水量高 7080，采用旋风干燥含水率可降到 10 以下，可成为滤饼状。沉渣中含有防锈性高的锌，可探讨作底涂料（车底涂料）的颜料用，和与石材混合烧成瓷砖用。八、磷化膜与阴极电泳涂膜的配套性研究八、磷化膜与阴极电泳涂膜的配套性研究

45、漆前进行磷化处理的目的是为提高涂膜的附着力和耐腐蚀性能，采用一般涂装法（喷涂、浸涂、刷涂等）涂布的底涂层，因磷化膜与涂膜是机械结合，干燥清洁（即不存在水溶性盐或酸碱等）、均匀致密的薄膜型磷化膜与涂膜结合，一般都能达到上述目的。可是在电泳涂装过程中伴随着电化学反应，往往产生磷化膜的溶解以及与电泳涂膜配套不良，并影响涂膜的附着力和耐腐蚀性。我厂第一条阴极电泳涂装线于 1986 年投产时，采用低温高锌磷化液进行磷化，未进行钝化处理，有时发现阴极电泳涂层与底材的附着力极差；在实验室检测中，也发现泳涂在经磷化处理钢板上的涂膜附着力反而比未磷化处理白钢板上的涂膜附着力差；车身碰伤处（尤其在严寒的冬季），涂

46、层呈片状脱落，露出底金属；有些车身在实际使用中产生严重的疤形腐蚀。这是原设计未想到的反常现象，磷化膜的外观、膜厚等都较好，为什么与阴极电泳涂膜配套后得到反常结果呢？针对上述涂装缺陷，查阅了大量文献资料，并进行一系列实验验证 资料介绍：在电泳过程中，产生阳极溶解、阴极水解，在阴极电泳涂装场合，被涂物（阴极）表面产生过量的 OH，呈碱性，pH 值可达 12，因此作为阴极电泳涂装前的磷化膜，必须具有较好的耐碱性。磷化膜的耐碱性与其组成有关。磷化膜的磷酸锌Zn2(PO4)24 H2O 称 H 组成 耐碱性差；铁、镍、锰、钙与锌的复合磷酸盐Zn2M(PO4)2H2O，式中 M 为 Fe、Ni、Mn、Ca

47、，称 P 组成耐碱性较好。当 pH 值超过 11 后，H 组成的溶解度直线上升；而 P 组成的溶解度仍很小，变化不大。磷化膜的 H 和 P两种组成变化用 P 比来表示，P比=P（PH)10O%，即磷化膜中复合磷酸盐的含量越多，P比越高，耐碱性就好，在阴极电泳涂装中产生的溶解度就越小。作为阴极电泳涂装前的磷化膜不仅要外观好，均匀致密，无发蓝或锈痕，还应控制磷化膜的以下特性：膜质量 2-3 g/m2,P 比 85 以上（表示处理过的钢板，如镀锌板除外），晶粒度 10m 以下，镍含量 20mg/m2，以上 为验证上述论点和探索磷化膜与阴极电泳涂膜之间的最佳配套性及其检测手段，选用和配制了几种磷化液，

48、制得不同 P 比的磷化膜，从不同侧面进行了对比试验。1 阴极电泳涂装过程中被涂表面磷化膜的变化 首先检测了不同 P 比的磷化膜，在碱液中浸泡和阴极电泳涂装前后的各种特性变化，试验方法如下。将磷化处理过的试板浸泡在 30 pH13 的 Na0H 溶液中 3min，随后洗净吹干，再测磷化膜的 P 比、结晶状态、膜重等特性的变化。采用 同样的试板按阴极电泳涂装工艺泳涂阴极电泳漆后，洗净，未经烘干就用有机溶剂洗掉电泳涂膜，再测试板表面的磷化膜各种特性的变化。试验结果见表 2-7 和图 2-7。从表 2-7 看出，磷化膜在阴极电泳过程的变化规律与经碱液浸泡的变化相同，都是 P 比略增高，膜失重。P 比增

49、高表明，磷化膜中的 H 组成被溶解多于 P 组成，这说明 H 组成的耐碱性较 P 组成差。膜失重的多少与磷化膜的 P 比有关，P 比高的 1 号和 3 号磷化膜失重少，而 P 比较低的 2 号磷化膜，膜失重已大于 30。磷化膜与底材的结合力，P 比高的大出 10 左右，而在试验后结合力降幅不一，P 比高的为 10%左右，P 比低的大于 25。从结晶照片上可以看出，碱液浸泡和电泳涂装前后的 1 号、3 号磷化膜结晶形貌变化不大，而 2 号磷化膜的结果形貌变化很大，即被碱液溶解侵蚀后，枝状结晶有明显裂纹。上述试验结果证明：在阴极电泳过程中，在被涂物表面确定形成强碱性的介面层，对磷化膜有溶解侵蚀作用

50、，尤其 P 比较低的磷化膜的失重和与底材结合力下降十分严重，这可能是 P 比较低磷化膜与阴极电泳涂膜配套不佳的主要原因之一。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 表表 2-7 磷化膜分别经碱液浸泡和阴极电泳后特性变化磷化膜分别经碱液浸泡和阴极电泳后特性变化 试验前的磷化膜 磷化膜经碱浸泡后 磷化膜经电泳之后 磷 化 膜 代 号 P比 /%膜重/(g/m2)晶粒度 m 结合力 10N P比 /%膜重/(g/m2)膜失重 /%晶粒度m 结合力 10N P比 /%膜重/(g/m2)膜失重 /%晶粒度 m 结合力 10N 结合力下降/%1 2 3 89.1 71.1 87.5