第二章--涂装前处理..

1第二章涂装前处理第一节涂装前处理的意义第二节除油第三节除锈第四节表调第五节磷化第六节非铁材料的涂装前处理复习题2本章教学目的：1.了解涂装前处理的意义；2.了解涂装前处理各关键工序的作用原理、选用依据和影响因素；3.了解前处理质量控制的检测方法和评定标准。本章重点:表调、磷化技术。3涂装过程的动画演示4第一节前处理的意义吸附的气体或蒸汽层油污尘土层锈蚀或氧化层机械加工变形层基体金属金属表面的构成：第一节前处理的意义5序号影响因素影响大小（%）1涂装前处理49．52涂膜厚度（涂装道数）19．13涂料品种4．94其他因素（施工环境、操作者技术等）26．5涂装各因素对涂膜质量的影响前处理的内容及意义第一节前处理的意义6水洗→（酸洗除锈）→水洗→表调→磷化（或氧化）→水洗→（钝化）→水洗→干燥脱脂→金属一般前处理工艺如下：可根据工件材质及其表面状态（如锈蚀、油污程度和表面光洁度等）、涂料品种和使用环境等，选择最适合的表面处理方法。前处理的内容第一节前处理的意义7①经吹砂、砂纸打磨、酸洗、表面化成处理（形成磷化膜或氧化膜）等方法进行适当粗化来提高涂层与基体的附着力。材料与加工比表面积/（cm2·cm-2）轧制的镍板3.5砂布打磨的镍板9.7酸洗过的镍板46不同加工方法所形成的比表面积前处理意义第一节前处理的意义8②多孔性的氧化膜或磷化膜等化学转化膜能将金属由导体变成不良导体或绝缘体，增强涂层的抗蚀能力。③通过前处理提高涂料对基材表面的润湿性。γ固气=γ液固+γ液气COSθ。若γ固气＞γ液固，COSθ为正值（1＞COSθ＞0），则θ＜900，液体能润湿固体；反之，COSθ＜0，θ＞900，为不润湿。④依靠机械整平处理提高涂层的装饰性。第一节前处理的意义液Ɵ气Γ液气Γ液固Γ固气o固9涂装前处理除油以有机溶剂除油为辅化学除油为主。适用于自动化大规模生产。一、表面活性剂的选择临界胶束浓度CMC——指表面活性剂形成胶束的最低浓度。第二节除油非极性基团（憎水基）极性基团（亲水基）表面活性剂的定向吸附和胶束作用示意图第二节除油10HLB值——亲油亲水平衡值。对应值为0-20，亲油性最高的为0，亲水性最高的为20。在选择非离子型表活时，HLB值是一项重要参数。表面活性剂HLB值与用途的关系HLB值用途HLB值用途15-1813-158-18溶化洗净乳化（O/W）7-93.5-61.5-3湿润乳化（W/O）消泡第二节除油11非活的HLB值经验计算公式：非活的HLB值=（亲水基部分的分子量/表活的分子量）×20HLB法的加和性举例：一种HLB值等于12.3性能最佳的洗涤剂，可用下列物质配制：选用20%司本65（HLB=2.1，亲油性强）和80%吐温60（HLB=14.9，亲水性强），混合后的表面活性物质HLB=0.2X2.1+0.8X14.9=12.3。第二节除油12表面活性剂使用注意事项：（1）温度表活在浊点以上温度使用，效果降低。（2）操作（3）一般选用非离子型表面活性剂除油效果检查：采用水膜连续性检查。第二节除油131、工件材质状况2、油污种类和数量3、脱脂工艺条件4、脱脂剂的配套性二、脱脂方法和脱脂剂的选择(参考教材P17)三、脱脂剂的应用发展趋势1、采用无磷能生物降解的环保型脱脂剂2、发展低温和常温脱脂剂3、低泡脱脂剂第二节除油14第三节除锈除锈方法：一、机械法（也叫物理除锈）手工除锈借助于风动或电动工具除锈喷丸(沙)除锈喷砂除锈除锈砂轮抛丸除锈机第三节除锈15涂装前处理要严格控制工序间的间隔时间。二、化学法（广泛采用）酸洗液好坏的衡量：处理效果对环境的污染程度、可操作性处理成本酸洗液第三节除锈16第四节表调表调的方式——既有抛丸、喷沙、砂纸轻度擦拭等机械法，也可用酸洗增加有效表面积的化学法，还可用物理化学吸附法（表调通常指此法）。表面调整——也称表调，是金属在磷化前的预处理工序，其目的是利用表面调整剂改变金属表面的微观状态，使金属表面晶核数量和自由能增加，从而得到均匀、致密的磷化膜的过程。第四节表调17表面调整成分磷化膜结晶含钛表调剂的配方（仅供参考）1、K2TiF6适量2、(TiO)SO45%Na2HPO41g/LNa2HPO455%Na5P3O103g/LNa4P2O715%H2O余量NaHCO310%H2O15%第四节表调18表调的作用克服强酸、强碱处理后带来的粗化效应。加快磷化速度，是低温和室温磷化不可缺少的条件。细化磷化膜晶粒，改善了磷化膜外观，提高了磷化膜的耐蚀性。表调的适应对象碱金属（铁系）磷化可不使用表面调整。经过了强碱除油或强酸除锈的金属件磷化、有色金属磷化、大批量处理工件等场合。第四节表调19注意事项：严格控制脱脂后的水洗质量。经过钛盐表调后的零件都必须立即进入磷化槽磷化，期间不能进行水洗。表面调整一般在常温下进行，处理时间一般在1min左右。采用胶钛进行表面调整时，pH值最好控制在8~9之间。第四节表调20第五节磷化一、磷化处理的作用和分类二、磷化剂成分三、磷化膜形成机理四、磷化膜质量检验五、影响磷化的因素六、磷化的后处理——水洗、钝化、干燥七、涂装前处理工艺流程第五节磷化21一、磷化处理的作用和分类能提高涂膜的附着力作用能提高涂层的耐蚀性能提高涂层装饰性封闭处理钝化处理浸润滑油涂漆返回第五节磷化22磷化定义所谓磷化处理，即将金属工件浸入含Zn2+、Na+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等磷酸盐溶液中进行化学处理，在金属表面得到由基底金属自身转化并形成的难溶于水的磷酸盐膜或磷酸盐和氧化物组成的表面膜的处理过程，简称磷化。磷化样品第五节磷化23磷化分类（P34）按成分分类：锌系（耐蚀性好）、锌钙系、锌锰系、锰系(马日夫盐）、铁系（含渣量少）、非晶相铁系、有机聚合物复合磷酸盐等。按膜重分类：重量级、次重量级、轻量级、次轻量级。按温度分类：高温磷化、中温磷化、低温磷化、常温磷化。第五节磷化24锌系耐蚀性好，是涂装磷化处理中应用最广的一种。锰系为厚膜磷化，主要做防锈用。铁系一般用于处理装饰性要求高，耐蚀性要求一般的部件。高温磷化一般不用作涂装前的磷化。中温磷化仅适用于耐蚀性防护层及刷漆的底层，但不适于作电泳及静电粉末喷涂的底层。低温磷化国内外现代涂装的底层处理大多采用此类磷化，在自动生产线上使用普遍。常温磷化目前磷化工艺研究的热点。磷化速度较慢，配方组分复杂。第五节磷化25浸渍磷化适用于处理形状复杂的工件。喷淋磷化适用于处理几何形状较简单的板材。刷涂磷化适用于大型钢铁构件的磷化或局部磷化。喷浸结合能满足各种形状工件的磷化处理，磷化时间比单纯的浸渍法缩短。磷化处理方式第五节磷化261、磷酸盐含量多少用总酸度（TA）表示。2、磷酸含量多少用游离酸度（FA）表示。3、氧化促进剂分为：硝酸盐型、亚硝酸盐型、氯酸盐型、有机氮化物型、钼酸盐型等主要类型。促进剂加速反应的机理：a、金属界面去极化作用H2[O]H2Ob、将Fe2+氧化成Fe3+。4、其他添加剂如降渣剂（络合剂、防垢剂、缓蚀剂）通常由磷酸二氢盐Me(H2PO4)2、游离的磷酸、氧化剂或促进剂等组成。返回磷化剂第五节磷化二、磷化剂成分271、磷酸二氢锌盐在金属表面发生水解反应与磷酸的三级离解。Me(H2PO4)2≒MeHPO4+H3P043MeHP04≒Me3(P04)2+H3P04H3P04≒H2PO4-+H+≒HPO42-+2H+≒PO43-+3H+2、金属工件表面与磷化液中的游离磷酸发生酸蚀反应。Fe十2H3PO4≒Fe(H2PO4)2+H2↑………(提供Fe2+)3、利用氧化促进剂，去除氢气，加速磷化反应速度缩短磷化时间。[O][O]如：Fe2+→Fe3+H2→H2O返回第五节磷化三、磷化膜形成机理（以锌系为例）284、成膜反应当基材是锌板（或镀锌钢板）时，生成的磷化膜（浅灰到深灰色膜）为：3Zn2++2PO43-+4H2O→Zn3(PO4)2·4H2O当基材是钢板时，生成的磷化膜为：2Zn2++Fe2++2PO43-+4H2O→Zn2Fe(PO4)2·4H2O+Zn3(PO4)2·4H2O采用铁系磷化时，生成的磷化膜（连续彩色膜）为Fe+NaH2PO4+O2→FePO4·2H2O+Fe2O3+Na2HPO4+H2O（主盐)(磷化膜）(磷化渣）第五节磷化29铁盐磷化反应时间较快，几秒至一两分钟较慢，一般大于2分钟工艺控制简单相对较复杂锌盐磷化药品消耗消耗少，生成成本低消耗相对高，成本亦相对高pH4.0～6.0（4.5～5.5）1.5～1.3膜组成磷酸铁，氧化铁铁，锌，锰，镍的磷酸盐很少於渣设备维护比较多磷化淤渣少，容易维护磷化淤渣多，维护复杂促进剂用途增加皮膜重降低皮膜重附着力优良良好差耐蚀性设备耐蚀性要求不高，可采用磷化、除油二合一工艺设备要求设备要求相对高应用多用于设备有限，部件要求不高的场合作为涂装底层而普遍采用铁系磷化与锌系磷化的比较第五节磷化301、磷化膜外观(目测，GB11376-1989、GB/T6807-1986）2、磷化膜重的测定（GB/T6807-1986、GB9792-1988）3、磷化膜的耐蚀性浸渍法（ASTMD870-54、GB/T6807-1986）点滴法（孔隙率测定）（GB/T6807-1986）点滴液的成分与含量：分析纯硫酸铜（CuSO4·5H2O）41g/L分析纯氯化钠（NaCl）35g/L0.37%盐酸（HCl）13ml/L盐雾实验（ASTMB117-64或GB1771-1979《漆膜耐盐雾测定法》）四、磷化膜质量检验返回第五节磷化31膜重(克/米2)用途0．2—1．0(次轻量级)用于较大形变钢铁工件的油漆底层1．1—4．5(轻量级)用于油漆底层4．6—7．5(次重量级)作基本不发生变形的钢铁工件的油漆底层＞7．5(重量级)不作油漆底层（可做模具的润滑层）磷化膜重量与用途关系第五节磷化321、磷化工艺参数的影响总酸度（TA—TotalAcid）磷化液中含有的所有酸性成分的总和。测定结果用“点”数表示。用酚酞为指示剂，变色范围pH8.0-10.0。游离酸度（FA—FreeAcid）磷化液中游离酸的浓度，由磷酸和其它酸电离所产生。测定结果以“点”数表示。以甲基橙或溴酚蓝为指示剂，变色范围pH3.1-5.0。“点”——指消耗0.1mol/LNaOH标准溶液的毫升数。以0.1mol/LNaOH标准溶液滴定10mL磷化液，每消耗1mLNaOH溶液称为1“点”。五、影响磷化的因素（P35）返回第五节磷化33温度磷化液的温度变化越小越好。生产中多采用板式交换器以防止磷化液瞬间过热分解。时间通过工艺试验获得。2、促进剂的影响（P35-(2)）3、金属种类及表面状态的影响（P35-(1)）4、磷化设备及工艺管理因素P39第五节磷化34磷化后的水洗通过电导率测定控制水洗质量。磷化后的钝化可提高磷化膜的耐蚀性，但在耐蚀性要求不高的情况下可有可无。磷化膜的烘干一是为下道工序的溶剂型涂料或粉末涂料施工作准备；二是进一步提高涂装后涂膜的结合力、耐蚀性。铁系磷化膜可采用自然干燥或烘干。锌系、锰系磷化膜应采用烘干。六、磷化的后处理——水洗、钝化、干燥返回第五节磷化351、完全无锈工件预脱脂——脱脂——水清洗——表调——磷化——水清洗——烘干（或直接电泳）2、一般油污、锈蚀、氧化皮混合工件脱脂除锈“二合一”——水清洗——中和——表调——磷化——水清洗——烘干（或直接电泳）3、重油污、锈蚀、氧化皮类工件预脱脂——水清洗——脱脂除锈“二合一”——水清洗——中和——表调——磷化——水清洗——烘干（或直接电泳）七、涂装前处理工艺流程返回第五节磷化36第六节非铁材料的涂装前处理铝合金、锌合金、镁合金和塑料等材料的涂装前处理方法区别于钢铁金属，各有不同。关于铝合金、锌合金、镁合金前处理方法以自学为主。作为两性金属，注意脱脂液pH值的控制。塑料涂装前表面处理（P46）a、脱脂处理:有机溶剂清洗和化学清洗。b、灰尘的处理:消除静电。c、改善塑料底材表面状态:采用火焰处理、铬酸溶液氧化处理、等离子处理等方法，对塑料表层分子进行极