薄膜前处理工艺性的研究

周晶吕金涛 张佳朋

        摘要：由于薄膜前处理纳米级涂膜厚度的特质，因此对前处理后薄膜的状态和电泳后的效果有一定影响。本文以冷轧钢板、热镀锌板、铝板为基材，研究薄膜前处理在不同工艺条件下的水洗效果、线体异常及镀锌板打磨对涂膜质量的影响。并配套两种阴极电泳漆对异常停线后的涂膜质量和电泳后遮盖性进行验证和分析，为其应用提供建议。

关键词 薄膜前处理 水洗 停线 打磨

0引言

        随着环境污染的日益加重，涂装作为能源大户，必须淘汰高污染、高能耗、资源利用率低的落后工艺，促进汽车涂装转型升级、涂装材料更新换代。涂装前磷化处理工艺存在沉渣多、中温磷化能耗大、环境污染严重（有磷、镍、锰和铬等重金属离子）、资源利用率低等缺点。薄膜型前处理工艺相对传统磷化工艺，是指纳米级膜厚、环境污染小（无磷、重金属离子，沉渣少）、能耗低和资源利用率高的绿色前处理工艺。。至今，我国已有武汉神龙三厂、上海通用北盛和武汉工厂、观致、北汽镇江广州丰田和长春丰越等多条车身涂装线采用了这一新型前处理工艺。

       薄膜前处理工艺将逐步替代传统磷化工艺，是技术进步的趋势。

        由于对于薄膜前处理与电泳的配套性验证包括盐雾和机械性能等方面均已开展研究，可以满足要求，本文不再赘述。本文主要通过对薄膜前处理在工艺过程中工艺设计和管控异常出现的涂膜弊病进行对比分析，研究薄膜前处理在汽车车身涂装线应用的可行性。

1 薄膜前处理工艺介绍

1.1 薄膜前处理反应机理

       目前行业内所采用的薄膜前处理工艺可以说有两类，一类是硅烷处理工艺，一类是锆系处理工艺，目前的主流趋势是二者相结合的氧化锆/硅烷复合的无磷前处理技术。

1.2 薄膜前处理工艺机理

       处理液一般由锆盐及添加剂构成。反应机理主要是利用氟锆酸盐，氟锆酸盐的水解反应在金属基材表面形成一种化学性质稳定的无定型氧化物，通过加入氧化剂和螯合剂，促进此水解反应的进行，从而获得性能良好的金属表面皮膜。

1.3 薄膜前处理工艺流程

        对于薄膜前处理工艺可以省掉表调工序，为保证前序对薄膜前处理工序杂质离子的带入，需将表调工序换为纯水工序。由于薄膜前处理工序很少的产渣量，后水洗采用喷+浸+喷的方式即可，可取消一道工业水的浸水洗。由于薄膜前处理常温处理即可（25℃以上）因此可减少换热装置的投入。

2 试验设计及验证

        鉴于薄膜前处理的膜仅为传统磷化的1/10，对底材的遮盖能力不及传统磷化，因此对于工序间水洗效果和槽液串液以及线体异常对薄膜外观效果的影响，需工艺性进行研究，同时对薄膜前处理和两种电泳漆的配套后的外观效果进行验证。

2.1 涂膜制备过程

2.1.1 底材前处理

        底材采用冷轧板、镀锌板、铝板，尺寸为150mm*70mm*0.8mm，底材基本处理流程为脱脂→工业水水洗→纯水洗，脱脂采用碱性脱脂剂，无磷无氮型，其配置及工艺参数依据不同厂家的配置要求进行配置，并在其要求的工艺参数范围内进行脱脂处理，操作方式为手工擦拭清洗。正常水洗采用工业水浸洗+冲洗，常温，时间1min，正常纯水洗采用纯水浸洗+冲洗，常温，时间1min；

2.1.2 薄膜前处理皮膜的制备

按药剂配比配置处理液其工艺参数如下表1，调整温度为25℃，正常时间为2min，操作方式搅动浸渍；

表1薄膜前处理工艺参数

在正常工艺条件下，冷轧板处理后薄膜呈现了金黄色；但对于镀锌板和铝板薄膜前处理后的颜色不明显，与板材本身颜色接近。

2.1.3电泳涂膜制备

        电泳涂层制备流程：将制备好的薄膜前处理试板，进行电泳。电泳漆为ED1和ED2，施工电压为200V，温度为30℃，槽液固体份为20%，电泳时间为3min，软起时间为30s，电泳后试板用纯水冲洗干净，在烘箱中保温170℃后烘烤20min。自然冷却后，试板膜厚在17～20μm。

上述为正常工艺条件下试验过程，以下为异常工艺条件下的薄膜前处理效果进行验证过程。

2.2 异常工艺条件下的验证

2.2.1 水洗的影响

试验方法：主要是针对脱脂后不同的水洗条件进行验证，分别验证纯水洗良好（纯水洗充分浸洗）、纯水洗不良（纯水洗冲洗不完全）、工业水洗良好（不进行纯水洗）。

试验结果：试板经三种水洗条件处理后经对比薄膜前处理和电泳外观后外观无明显差异。

2.2.2 薄膜前处理槽液的影响

1）前处理异常停线的影响

试验方法：通过在在硅烷槽液泡槽10min、20min、30min验证其前处理薄膜效果。

试验结果：对于薄膜前处理冷轧板泡槽10min后由金黄色变为紫色，但随着泡槽时间的延长颜色由深紫色逐渐变浅，镀锌板和铝板的颜色也逐渐变浅，由于本身薄膜前处理镀锌板和铝板后的颜色和板材本身较接近，泡槽后颜色变化并明显。

2）薄膜前处理水洗后返锈情况

试验方法：前处理薄膜试板水洗后放置10min、30min、1h、3h后观察薄膜前处理试板。

试验结果：冷轧板约1h时轻微变色（轻微锈蚀），3h后锈蚀达到稳定状态，镀锌板和铝板均无明显变化。

3）脱脂液对薄膜前处理液串液的影响

试验方法：脱脂液稀释100倍后加入前处理槽液（1L槽液加30mL，即按照3%带液量）观察薄膜前处理效果。

试验结果：冷轧板出现发花问题（明显），镀锌板和铝板无明显变化。

2.2.3 薄膜前处理和电泳配套性

1）电泳停线的影响

试验方法：电泳时间2min后停线5min（保压0V）、15min（保压0V），再电泳2min，分别进行薄膜前处理试板的电泳性能试验。

试验结果：ED1电泳漆在处理冷轧板过程中在电泳停线5min出现针孔，ED2电泳漆在处理冷轧板时电泳停线15min出现针孔，重复试验，针孔问题重现。

2）镀锌板打磨露底的影响

试验方法：用我公司焊装车件打磨使用的120#砂纸将镀锌板打磨露底，进行薄膜前处理并制作电泳试板。

试验结果：镀锌板薄膜前处理后，三种药剂均出现薄膜处理后打磨区域为紫色，且在电泳后可清晰区分。

2.3 试验结果分析

1）水洗影响：充分纯水洗、不充分纯水洗、充分工业水洗后的薄膜前处理皮膜和电泳后漆膜外观均无明显差异。但由于各地水质的差异，对于硬度高的水质会导致薄膜前处理的失效，因此不建议采用工业水。

2）前处理停线的影响：随泡槽时间增加，薄膜前处理的膜厚变厚，冷轧板颜色发生明显变化，镀锌板和铝板颜色不明显。对于主要以冷轧板为主的车身，在生产过程中应管控设备异常停线。

3）返锈的影响：冷轧板由淡金色向淡金色加深（以上为冷轧板验证结果，镀锌板和铝板均无明显变化）。在约3h时试板返锈达到稳定状态。薄膜前处理的冷轧板在1h后就会出现轻微返锈的情况，在日常生产过程中应及时做好设备维护保养，减少异常停线，且在生产线设计时对于进电泳前的沥水时间避免过长。

4）串液影响：镀锌板、铝板表面无明显变化，外板基本全部切换为镀锌板，故3%带液量对车身影响不大，但对于外板为冷轧板的话要对关注串液的影响，考虑车身的沥液孔设计和水洗槽液的更新频次。

5）电泳停线的影响：电泳停线电泳涂层将出现大面积的针孔，因此在生产过程中应做好设备维护保养，避免异常停线的发生。在材料开发时还应关注与电泳漆的配套性验证以及薄膜前处理的破坏电压验证。

6）镀锌板打磨露底影响：电泳漆对薄膜前处理后的底材遮盖能力有限，镀锌板要提升冲压件的平整度，在后期生产中应严格管控镀锌板打磨程度和使用的更细粒的砂纸型号减少打磨痕和打磨露底的情况。

3 结语

薄膜前处理技术相对传统磷化而言，在环保和节能方面确实存在较大的优势，也是未来汽车前处理发展的方向。但是由于薄膜前处理膜薄的特点，在生产过程中要加强对线体停线的管理，减少异常停线，且对于镀锌板要提升冲压件的平整度，减少钣金过度打磨导致的电泳颜色不一致和打磨痕问题，在应用薄膜前处理的同时还需提升白车身的质量，提高车身洁净度和钣金修整程度。任何技术在推广应用中都不可避免的出现些新的问题，没有先例，期待能有更多的薄膜前处理线体投产，能与同行业的专家们共同交流学习，应用还这项技术。