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    铝板磷化工艺探讨

    来源:http://kushang66.com??发布时间:2019-11-26 09:02??浏览量:返回列表

    0 引言

    金属铝密度仅为钢材密度的1/3,并且具有良好的强度及可塑性,是汽车轻量化的进程中普通钢材的重要代替板材之一,随着节能减排要求的提升,越来越多铝板被应用于汽车制造,同时,铝板与其他板材共线生产对传统磷化也提出了更高的要求。磷化是汽车涂装过程中极其重要的一环,可以增强电泳漆膜与板材之间的附着力,并起到初步防锈的作用,对车身防腐具有重大影响,但是铝板在普通三元磷化液中与冷轧板、镀锌板等板材共线磷化过程中,成膜效果差,磷化结晶稀疏,磷化膜发花、不完整,而添加氟离子添加剂能有效改善此问题。主要对普通钢板、镀锌板、铝板共线磷化处理进行工艺研究,为混线磷化工艺提供参考。

    1 氟离子作用机理

    整车厂使用铝板部分代替镀锌板或钢板,在涂装前处理磷化处理过程中,出现磷化结晶稀疏,结晶大小不满足结晶细度要求;磷化膜发花,不完整,膜重达不到要求值,未起到磷化膜的防腐作用。普通三元磷化液中铝板磷化效果见图1所示。

    铝板的磷化处理必须在HF的参与下才能连续腐蚀进行。在传统三元锌系磷化液中,游离氟离子的含量较低,不能持续与铝板进行反应,因而不能在铝板上形成完整且膜重合格的磷酸锌铝的皮膜。铝板表面的氧化层与酸反应后,露出的铝基材较活泼,会立刻与磷化液中的氧化剂反应,这种反应阻止了铝板的进一步腐蚀成膜,另外槽液中积存的Al3+络合导致了磷化液活性降低,也阻止了铝基材上的磷化膜的进一步生成,所以游离氟离子是影响铝板磷化成膜的关键因素。

    2 氟离子在铝板磷化中的试验研究

    2.1 氟离子浓度对铝板膜重影响的探究

    经研究与现场验证,整车铝板所占比例≤20%的情况下,在磷化液中添加适量的游离氟离子可有效解决混线生产过程中铝板磷化成膜困难的缺陷,但氟离子的浓度会对成膜的膜重产生较大影响。经测量,某现场传统三元磷化槽液中游离氟离子浓度为(30±5)mg/L,为对氟离子的添加量进行精准控制,我公司在此基础上针对游离氟离子浓度对铝板磷化膜膜重的影响进行试验验证。

    图1 常规磷化液中铝板磷化效果

    图1 常规磷化液中铝板磷化效果   下载原图

     

    试验器材:三元锌系磷化槽液、游离氟离子添加剂(主要成分为NaF)、游离氟离子测量仪、滴定管一套、试验小槽(5 L)。

    试验方法:在总酸度为22.3、游离酸度为0.8、促进剂浓度为4.2的磷化槽液中逐步加入游离氟离子添加剂,记录氟离子添加剂对槽液参数的影响并制作试板对膜重进行检测。

    试验结果:在60~225 mg/L的浓度范围内,磷化结晶细度均合格,但磷化膜重在游离氟离子浓度在150 mg/L以下时,膜重不合格,且当浓度达到200mg/L以上后,膜重不再变大。具体游离氟离子浓度对磷化膜重的影响如图2所示,对磷化膜外观的影响如图3所示。

    图2 磷化膜重与游离氟离子含量的关系

    图2 磷化膜重与游离氟离子含量的关系   下载原图

     

    因此,优化磷化游离氟离子控制参数范围为150~200 mg/L。

    2.2 氟离子对共线生产板材的性能影响验证

    为规避氟离子的添加对其共线板材产生不良影响的风险,将磷化游离氟离子浓度控制在150~200mg/L范围内做镀锌板、冷轧板、铝板磷化的小槽试验,验证项目及结果如表1所列。

    图3 不同浓度游离氟离子对磷化膜外观的影响

    图3 不同浓度游离氟离子对磷化膜外观的影响   下载原图

     

    由以上验证结果可知,磷化槽添加AD-4879添加剂后,不会对其共线的镀锌板和冷轧板造成不良影响,且可满足铝板车型过线。

    将游离氟离子的浓度调整至>300 mg/L,共线镀锌板及冷轧板的磷化结晶细度变差,膜重增加,影响与电泳配套的附着力,附着力由0级降低至1级的概率增大约30%。

    3 氟离子在铝板磷化中的现场工艺研究

    1)除渣工艺要求:由于氟离子会对金属离子Al3+的沉淀产生促进作用,因此混线生产的现场对磷化的除渣设备提出了更高的要求,建议磷化除渣系统应采用全流量强制过滤方法除去沉渣,并且槽液磷化渣含量控制在0.3 g/L以内,可规避磷化渣在车身附着的风险。

    2)槽液循环要求:槽液的循环对磷化膜的均匀性及除渣效果有较大影响,尤其是无法做到药剂自动滴加的线体,建议槽液的循环次数达到5~6次/h,槽内循化层流设计建议不小于3层,长度不得低于槽体长度的2/3,保证槽液的表面流速≥0.4 m/s。

    3)槽液的氟离子日常检验研究:由于氟离子的络合作用,在氟离子的添加过程中会出现加药量与游离氟离子浓度增长点数不成比例的现象,并且温度对络合作用有明显影响,具体影响如图4所示。

    表1 添加氟离子后对共线产品影响的验证     下载原表

    表1 添加氟离子后对共线产品影响的验证
    图4 温度对游离氟离子测量结果的影响

    图4 温度对游离氟离子测量结果的影响   下载原图

     

    根据试验结果可知,即使将磷化槽液管控在处理温度30~40℃内,不同温度下的测量结果也会有较大区别,同时现场管控时极易出现双班检测人员测量值偏差极大的问题,因此建议在取样后对槽液进行恒温测定,检测温度为控制限的中值,偏差不宜超过1℃。

    同时建议在游离氟离子添加剂投槽初期可使用单值极差控制图对槽液中游离氟离子的含量进行过程能力控制和分析,一般而言,在非滴加的现场,氟离子添加剂每天加药1次(一般在开线前)即可满足生产需求,游离氟离子浓度测量频次为2次/班较合适,在作控制图取值时,为避免测量系统的误差,须保证测量人员为同一个人,测量设备为同一设备,槽液的测量温度相同,取样时间为每班生产的同一时间取样,当取样量满足≥25组时,此数据即可作为分析数据,当过程能力Cpk≥1.67时槽液的稳定性、可控性良好,可适当考虑降低化验频次。

    4 结语

    磷化工艺在汽车板材处理上广泛应用,随着新型板材的应用,现有锌系磷化的前处理线体,可以通过适当调整实现钢板、铝合金板的混线生产,降低材料整体切换的成本和风险。

    调整后铝板磷化膜外观、结晶状态与镀锌板差别不大,但需注意过高的浓度会对共线板材的磷化膜结晶细度与膜重产生影响。电泳后共线板材的附着力、耐冲击、杯突、耐水性、耐盐雾性能均与调整前相比无变化。

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