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表面處理涂裝前處理工藝的選擇及應用

涂裝工藝包括前處理和涂裝兩大部分。表面處理的質量直接影響涂層對被涂工件基材的附著力及材料的耐腐蝕性能。因此,要獲得高質量的產品,必須嚴格涂裝前的表面處理作業。通過前處理,是工件達到下列要求:①無油污及水分;②無銹跡及氧化物;③無酸、堿等殘留物;④工件表面達到一定的粗糙度。

工件表面處理合格后,經干燥除去水分,即可進入涂裝(陰極電泳前不一定干燥除去水分)。

一、涂裝前處理工藝

根據工件材質不同如銅、鐵、鋁及鋁合金或塑料等,其前處理工藝條件是有區別的。

1、鋼鐵件前處理工藝

鋼鐵表面的預處理一般包括除油、除銹、磷化等工藝過程,具體為:脫脂→二道水洗→表調處理→磷化→二道水洗→去離子水洗。

1.1脫脂

將工件表面油污除去。除油的方法有堿性溶液除油、乳化劑除油、溶劑除油及超聲波除油等。堿性溶液是一種常用的除油劑,它是利用強堿對植物油的皂化反應,形成溶于水的皂化物達到除油脂的目的。純粹的強堿液只能皂化除掉植物油脂而不能除掉礦物油脂。因此人們通過在強堿液中加入表面活性劑,利用活性劑的乳化作用達到去除礦物油的目的。堿性溶液除油劑一般采用NaOH、Na2CO3、Na3PO4、焦磷酸及Na2SiO3等,如采用浸漬法,溶液濃度控制在3%~6%;采用噴淋法時,溶液濃度可控制在0.5%~3%。堿性溶液的除油能力隨pH的升高而增強。

溫度將影響除油速度,一般來講溫度高能加快除油速度,但溫度太高會使表面活性劑分解,影響除油效果。

堿性溶液除油一般在鋼鐵槽中進行,溫度為50~80℃之間,除油次數取決于產量和油污程度,一般為1~2次,對于大批量的零件可采用壓力噴射的施工工藝。

乳化劑除油:利用乳化劑的潤濕、乳化、增溶和分散等能力,除去工件表面的油污,如OP乳化劑等。溶劑除油:利用有機溶劑對油脂的溶解能力,除去工件表面的油污,常用的有機溶劑有汽油、煤油、松香水等。

1.2水洗

水洗為主要輔助工序,在脫脂、磷化后都采用,以清除殘存在工件上的各種溶液的殘渣,水洗徹底與否直接影響工件涂層的質量和防腐能力。為節約能量,此二道水洗可采用逆流漂洗技術。在磷化后的最后一道水洗應采用去離子水洗以確保磷化質量。

1.3表面調整

磷化前的表面調整處理可消除由于堿性脫脂而造成的表面狀態不均勻性,經磷酸鈦鹽溶液(膠體鈦)預處理的零件表面(界面)能產生電位,活化表面,從而產生大量的自由能,增加了磷化晶核數目,使晶粒變得更加微細,加速成膜反應。

表面調整劑主要有兩類:一種是酸性表調劑,如草酸,另一種是膠體鈦。兩者應用都非常普及,兩者兼備有除輕銹的作用,在磷化前處理中是否選用表調工序和選用哪一種表調劑視由工藝和磷化膜的要求決定的。

一般原則是涂漆前打底磷化、快速低溫磷化需要表調。如果工件在進入磷化槽時,已經二次生銹,最好采用酸性表調,但酸性表調只適合于>/50℃的中溫磷化。一般中溫鋅鈣系不表調也行,鐵系不需要表調。

1.4磷化

將工件浸入磷化液中,在一定溫度下進行化學反應,使其表面生成一層難溶的磷酸鹽保護膜,磷化膜可顯著提高涂料對金屬的附著力,提高耐腐性。

磷化處理基本方法有浸入法和噴淋法兩種,磷化質量雖然在很大程度上取決于除油、除銹的質量,但噴淋法對于提高磷化質量也是一種有效的工藝手段,并且能縮短工藝時間,但存在如下缺點:①由于飛濺容易腐蝕設備;②工序間容易生銹;③結晶粗大。浸入法的優點有:①只要液體能達到的地方都能實現處理目標;②易形成含鐵量較高的顆粒狀結晶磷化膜,與陰極電泳具有良好的配套性。浸入法的缺點有:①沒有沖刷輔助作用;②處理速度慢。

目前在國外汽車行業一般采用噴浸相結合的工藝。磷化一般按成分、溫度或厚度進行分類:①按溶液成分分類:鋅系、鋅鈣系、鋅鐵系、鋅錳系、鐵系等;②按處理溶液的溫度分類:高溫磷化(80~90℃)、中溫磷化(50~70℃)、低溫磷化(30~50℃)、室溫磷化(節能);③按磷化膜厚度分類:厚型磷化:σ≥10μm,膜質量/>7.5g/m2(適合于冷擠壓、防銹浸油、電絕緣);中厚型磷化:5μm<σ<10μm,膜質量4.3~7.5g/m2(適用于手工噴漆);薄型磷化:11μm<σ<4μm,膜質量1.1~4.3g/m2(適用于電泳涂漆、靜電噴涂、粉末噴涂);特薄型磷化:0.3μm<σ<1μm,膜質量0.3~1.1g/m2(適用于高裝飾性電泳底漆)。

2、鋁及鋁合金表面處理工藝

由于鋁和鋁合金底材表面涂膜的附著力較差,因此必須經過表面預處理,使其表面形成一層轉化膜。這不僅能增強涂膜的結合力,而且使耐腐蝕性能也大大提高。鋁及鋁合金的表面處理一般為:堿洗→熱水清洗→冷水清洗→去氧化膜→冷水清洗→冷水清洗→化學轉化→冷水清洗→冷水清洗→去離子水清洗→瀝干→干燥。

鋁及鋁合金表面處理工藝與鋼鐵件的表現處理有以下不同。

(1)除油:堿洗的目的主要是去除鋁合金表面沾附的油污。常用的堿洗液配方由Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3和添加劑組成,主要用浸洗和噴洗,也可用電解清洗和超聲波清洗。

(2)去除氧化膜:鋁材表面自然形成的氧化膜是不均勻非連續薄膜,在涂裝前必須徹底清除,對于軋制的鋁合金制件可用鉻酸、硫酸、氫氟酸的混合液來去除表面氧化膜,而壓鑄件則以硝酸為主。

(3)化學轉化:轉化處理的目的是使鋁合金表面形成致密而均勻的連續薄膜。這一工序的作用相當于鋼鐵件表面處理工藝中的磷化工序,但其溶液不同,鋁及鋁合金的轉化膜以鉻酸/鹽酸、磷酸/鹽酸和氟氫酸為基礎,轉化膜質量通常為2.5g/m2,轉化膜形成后,必須用清水清洗,然后用熱風干燥,以增強膜層的硬度。

3、塑料件的表面處理工藝塑料種類繁多,但許多塑料極性小,結晶性大,表面張力小,潤濕性差,表面光滑,為提高涂料對塑料的附著力,減少表面上的各種缺陷,從而改善塑料涂層的質量,塑料件涂裝前要進行表面處理。塑料件的預處理方法主要有:退火;脫脂;靜電除塵;濕潤和粗化。退火:塑料在成型時容易形成內應力,在應力集中處易開裂,為緩解成型時產生的內應力,防止龜裂,要進行退火處理。

脫脂:塑料表面有油污時必須除油和脫脂。脫脂方法與金屬類似,可用堿性水洗溶液、表面活性劑等。靜電除塵:大多數塑料是絕緣體,容易產生靜電而吸附灰塵,因此對大批量生產的零件,常用壓縮空氣通過靜電發生裝置,進行靜電除塵。

濕潤和粗化:鉻酸、硫酸混合液處理法,是比較方便的傳統方法,它能使塑料表面的濕潤性明顯提高。用有機溶劑浸漬塑料能除去塑料表面的各種非晶態部分,使其粗糙化或具有多化性,提高涂料的附著力。

二、涂裝工藝

涂裝工藝一般可分為:噴漆、噴粉和電泳。工件經表面處理后,針對不同工件對外觀和耐腐蝕的要求,選用合適的噴涂工藝及設備,同時應注意流平、干燥、冷卻等工序的控制,否則會對產品質量產生不良影響。

一般情況下,噴漆工藝能獲得較好的外觀質量。噴漆涂層具有較好的光澤、色澤及耐候性,通常用于汽車外涂層、摩托車油箱等外觀要求較高的場合。對于防腐要求較高的場合,如摩托車車架、放在廚房中的冰箱等一般采用噴粉工藝。電泳工藝一般運用于耐鹽霧試驗、耐沖擊性等要求比較高的場合并且充當底漆的作用。當然象汽車雨刮器、高檔門鎖等只需一道電泳漆就能滿足要求。有時對一種產品三種工藝都能適用,這由各方面的綜合因素而定。

三種工藝各有利弊,在設備投資方面電泳設備一次性投資大,而且關鍵設備主要依賴于進口;噴粉設備一次性投資最少,但由于粉末烘燒溫度高,所以設備(能耗)運行費用高。目前在國外已經研制出流平性較好而固化溫度又低的粉末涂料和防腐性能可以與粉末涂料相貔美的油漆。


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