电泳工艺及设备

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1、电泳及其表面处理电泳及其表面处理 第一章第一章 前处理前处理 前言 前言 各种材料及制品的表面 由于加工 贮运过程中通常都容易生成或浮 着有异物 如氧化皮 锈迹 油污 加工碎屑 尘土等 会影响涂层的附着 性能和保护性能 不宜直接进行涂装 需作适当的表面处理 涂装前工件表面 的处理质量的好坏 对涂层质量有极大的影响 应认真做好 涂装物表面处理的目的在于 增强涂层对被涂物的表面的附着力 提 高涂层对被涂物的保护性能 为涂层的平整性创造良好的条件 提高涂层的 装饰性 金属表面处理剂做的较好的有日本帕卡 美国凯梅特尔 德国汉高等 以 下介绍的最新科技的处理试剂 该三家公司都有研发 一 金属表面前处理一

2、 金属表面前处理 金属表面前处理主要是除去氧化物 油污 固体附着物等 通用工艺如下 除氧化物 脱脂 三道水洗 表调 磷化 水洗 水洗 纯水洗 1 除氧化物 钢铁材料表面的铁锈 铝材表面的氧化层 铜管表面的铜绿 这些都是材 质本身遇到空气中的氧气和水气发生的电化学腐蚀 影响到材料性能 腐蚀速 率与湿度的关系曲线 相对湿度 腐 蚀 速 率 70 100 临界线 0 说明 没有涂层防腐层的金属工件暴露在空气中 在相对湿度为 70 以下时 金属工件的腐蚀速率较慢 当相对湿度超出 70 时 腐蚀速率会大幅度提高 因此我们应该注意 金属制品的存放空间 保证低温干燥 或在原料阶段 添 加防锈油将材料与空气隔

3、绝 以钢材为例 钢材表面的氧化皮和铁锈主要成分是铁的氧化物或水合氧化 物 其结构式为 Fe2O3 Fe3O4 FeO XH2O 这些氧化物的存在会加速钢铁的 电化学腐蚀 脆性大 如直接在修饰上涂装 涂膜在受冲击 弯曲时 易开裂 一般除氧化物以酸洗浸泡方式进行 适合流水线作业 以下介绍酸洗的主 要原理 作用 酸洗剂的选择 1 酸洗的原理 化学酸洗法 使用酸液与金属表面发生化学反应 除去工 件表面的锈及氧化层 2 酸洗的作用 酸洗后金属材料露出材质有助于后期磷化或涂装 可增强 两者间直接化学反应能力 提高涂层附着力 3 酸洗剂的选择 由于酸洗本身对金属材质有腐蚀作用 所以在酸洗剂的选择上以酸性较弱

4、 或者酸度较低为主 工业上用的较多的为盐酸 硫酸 硝酸等 盐酸酸度较 强 但因其挥发率较高 腐蚀性较强 对人体和车间物件影响较大 所以慎用 硫酸 工业上用的硫酸一般指浓度 98 的浓硫酸 具有强腐蚀性能 但可以 稀释至 30 左右使用 酸性较弱 加温至 40 后具有很好的除锈功能 硝 酸 酸性较强 具有强氧化性 含氮量较高 不环保 使用较少 最适宜的酸 洗配方为 30 硫酸 磷酸 酸度较低 加温至 40 左右除锈效果最好 2 脱脂 1 脱脂的工艺流程 A 润湿 先润湿金属表面的油污 B 渗透 由表面向里层渗入油污层内部 降低金属表面油污的粘滞力 C 分散 将金属表面的油污分离下来 分散在处理液

5、中 D 皂化 把油污皂化成细小颗粒 离开金属基体到处理液中 2 脱脂的原理 油脂被皂化成水溶性皂化液 矿物油被乳化和分散 油与水之间的表面张 力被降低 从而使油污从金属表面被清洗下来 3 脱脂推动力 像洗衣机的工作原理一样 为加速脱脂除油 使油污除被快速处理干净 一般需要增加推动力加速脱脂过程 如喷淋 机械搅拌 高压空气鼓泡 人工 洗刷 超声波清洗等 4 脱脂剂的选择 A 溶剂清洗剂 主要是利用有机溶剂与油脂溶解 达到快速除油的性能 但由于溶剂的易发挥性 易燃性以及氯代衍生物都有一定的毒性 所以使用较 少 一般用在电子行业 例如丙酮 二甲苯等 B 强碱性脱脂剂 指 PH 10 这种溶剂主要是利

6、用强碱与油污发生皂化 反应 形成溶于水的皂化物 达到除油脂的目的 由于强碱对设备一定的腐蚀 性 用在大型汽车生产线 C 弱碱性脱脂剂 指 PH 8 9 是当前应用最广泛的除油脱脂剂 由于弱 碱性对设备腐蚀较小 适合低温操作 除油效果较高 节省能耗 主要除油方 式为浸渍和喷淋 其中喷淋的效果为最好 D 中性脱脂剂 应用较少 对工件材质要求高的不能用有腐蚀的脱脂剂 注意事项 注意事项 工件在经过以上两种工艺处理后 基本裸露出原始材质 一旦与空 气接触时间较长即会发生氧化反应 所以在酸洗或脱脂后 应让工件处于水浸 状态 减少与空气的直接接触时间 从脱脂结束后到水洗 工件裸露在空气中 的时间越短越好

7、最好不应超过 3 分钟 3 水洗 水洗的作用 清洗经脱脂后工件及工件带有的脱脂液的残渣 并隔绝与空 气中的氧气的接触 为后道磷化膜的形成起着重要的保障 水洗的 PH 控制 自来水的 PH 在 6 1 6 7 之间 一般来说 经长时间清洗 脱脂后的第一道水洗的 PH 会发生变化 所有清洗用的自来水需要不断更新 最好采取溢流的方式 保持水的 PH 不会过高或过低 可控范围为 4 PH 10 如 PH 不在该范围之内 则相当于二次酸洗或碱洗 影响后期磷化膜的质量 4 表调磷化 1 表调的原理 表调是金属工件表面调整 他是一种微观吸附过程 2 表调的作用 在洗干净的金属表面均匀的吸附一层钛盐 在磷化液

8、中以 钛盐为核心的一种结晶体 促进微咪的磷化膜生成 减少空隙 使后序工艺涂 层不脱落耐腐蚀 抗机械强度增大 表面液的浓度指标控制在 0 3 0 5 可在 常温下进行 3 磷化液的种类及选择 序 磷化液种类 主要成膜物质 工艺及相关特性 1 锌系磷化剂 Zn3PO4 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O 外观无色 微黄色 使用较多的磷化膜 如果镀锌板则需要重新配置磷化剂 2 锌钙系磷化剂 Zn2Ca PO4 2 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 外观白色 膜层较厚 70 以上磷化 8 10 分钟 耐腐蚀能力最好 膜层外观渣太多 使用过程中渣也比较多

9、3 锌锰磷化剂 Mn2Fe PO4 2 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 外观黑色 钝化含有 Gr6 不符合 ROHS 标 准 膜层对电泳 喷漆 喷粉的附着力较 好 4 锰系磷化剂 Mn2Fe PO4 2 4H2O Mn 3 PO4 2 4H2O 外观黑色 耐腐蚀性能一般 对喷漆 电 泳 喷粉的附着力较好 含有重金属 5 铁系磷化剂 FePO4 Fe2O3 前处理要求特别高 耐腐蚀性能较差 无 沉渣 膜层很薄 基本无废水 使用较少 4 锌系磷化膜的成膜过程 成膜 2Zn H2PO4 2 Fe H2PO4 2 4H2O Zn2Fe PO4 2 4H2O 4

10、H3PO4 H 3Zn H2PO4 2 4H2O Zn3 PO4 2 4H2O 4H3PO4 沉淀 Fe H2PO4 2 FeHPO4 H3PO4 2FeHPO4 2FePO4 H2O FeHPO4 FePO4都属于微溶物 微黄色沉淀 磷化膜以磷酸锌最好 铁参与反应 多数形成沉淀 磷化液里面氧化锌成 分越多对膜的质量越好 成膜越快 氧化锌与磷酸反应生成 Zn H2PO4 2为蓝 色 因此我们可以从磷化液的浓度 密度 外观颜色 密度越高越好 外观颜 色越蓝越好 5 磷化工艺参数 总酸度 TA 14 20Pt 游离酸度 FA 0 5 1 Pt 促进剂 AC 0 5 3Pt 总酸度 游离酸度 AR

11、TA FA 对不同的磷化液有不同的参数指标 6 常见的锌系磷化出现的问题及解决方法 故障 现象 产生原因 解决方法 表面 附着 粉状 物 游离酸度较低 产生大量粉末 补充加料 提高游离酸度 特殊情况下可不 加磷酸 前道水洗不干净 表面含有 Fe 3 与 硫酸反应形成不溶性的 Fe3 SO4 2 铁锈时间加长 降低硫酸槽浓度 酸洗后充 分水洗 促进剂过量 停止添加促进剂 槽液温度过高 降低槽液温度到规定范围 在磷化过程中间加料 不在或少在生产过程中补充加料 磷化槽水洗不干净 含有固体悬浮物 清洗干净磷化槽 添加过滤网 避免磷化槽 内液体过分翻动 磷化 膜结 晶粗 大或 不紧 密 总酸度过高 加磷

12、酸二氢盐 加水 磷化时间短 温度低 调整磷化时间 温度 磷化液温度低 适当充蒸汽提高槽液温度 Fe 2 铁离子含量过多或过低 A 槽液温度升高 B 适当添加双氧水 氧化剂量过少游离酸度过高 添加促进剂调整酸比 AR SO4 2 硫酸根离子含量高 添加 BaCO3降低硫酸根离子含量 制件表面不干净 有酸或碱以及不溶 行的灰尘或垃圾 调整水中的 PH 值和充分水洗 确保工件在磷 化是表面干净清洁 O 锌磷化膜 锌磷化膜 磷化 膜抗 腐蚀 能力 低或 泛黄 Fe 2 铁离子含量过多 氧化剂甚少 添加促进剂调整 Cl 氯离子含量较多 酸洗槽用盐酸的要充分考虑洗涤 游离酸度过高或过低 调整游离酸度 酸液

13、酸比失常 调整游离酸度以及总酸度 制件表面油残酸 过腐蚀 调整中和槽的 PH 值和充分水洗 槽液温度低 温度调整至规定标准范围内 磷化时间少 调整磷化时间 浸 5 分钟 喷 3 分钟 磷化 膜不 均匀 发花 或不 易形 成 除油不干净 调整除油除锈总酸度和游离酸度 温度过低 适当提高磷化槽温度 冬天加强控制 游离酸度和总酸度的比例失调 将酸比调整到工艺规定范围 溶液中混入杂质 更换磷化溶液 P2O5含量低 补充磷酸盐 工件表面油硬化层 酸洗去掉硬化层 溶液中硫酸根含量过高 用钡盐处理 是其降至工艺要求范围之内 7 耐腐蚀性能测试 磷化膜耐腐蚀性能的测定常用点滴法 盐水浸泡法和中性盐雾试验等方法

14、 A 点滴法 点滴法测试溶液组成如下 硫酸铜 CuSO4 5H2O 化学纯 41g L 氯化钠 NaCl 化学纯 35 g L 0 1N 盐酸 HCl 化学纯 13ml L 用脱脂棉蘸冰乙醇或正己烷去除磷化膜表面的油污 然后滴一滴测试溶液 在其表面上 当试液的天蓝色变成土红色时为终点 记录所需时间 min B 盐水浸泡法 将清洗干净的磷化试样浸入 3 的 NaCl 溶液中 在室温 下保持 15min 取出洗净 在空气中干燥 30min 不出现修点为合格 或在室 温下 在上述溶液中浸泡到出现锈迹 记录所需时间 C 中性盐雾试验 试验溶液溶度在 50 5 g L 的氯化钠 pH 为 6 2 7 2

15、 试验温度为 35 2 盐雾沉降速度为 24h 在 80 2的收集器重应手机 1 2 mL 经磷化处理的钢铁工件 进行盐雾试验时 首先出现腐蚀的允许最小暴露时间 如右图 类 型出现腐蚀产物的最短时间 h 磷酸锌系 磷酸锰系 磷酸铁系 2 1 5 1 5 二 介绍国内的最新前处理试剂二 介绍国内的最新前处理试剂 陶化剂 可替代磷化液 陶化剂 可替代磷化液 金属陶化处理新工艺是一种以锆盐为基础 对金属表面处理 使其表面沉 积生成一层杂合难溶化的陶瓷膜 该膜属纳米级 广泛用于经典喷塑 液体涂 装及电泳涂装的前处理 是一种反应性的处理 使用于冷轧板 镀锌板 铝材 等金属表面处理 四发公司提供的 BE

16、5356 陶化剂不含重金属 磷酸盐和任何 有机挥发组 成膜反应过程中的不产生过程中几乎不产生沉渣 1 与锌系磷化做对比 对比项目 陶化剂 锌系磷化 主要成分 锆盐及添加剂 胶体钛盐 表调 磷酸 氧化锌 亚硝酸钠 硝酸 生产工艺 水洗 陶化 水洗 浸泡 5 分钟 喷淋 3 分钟 水洗 表调 磷化 水洗 浸泡 5 分钟 喷淋 3 分钟 处理成膜 难溶耐腐蚀杂合锆盐薄膜层 根据酸度不同 膜呈现无色 黄 色 紫色 彩虹色或淡蓝色 硫酸锌铁结晶膜层 膜呈现无色 淡蓝色或微黄色 成 本 与水配置比例为 1 19 及 5 报价 29 元 KG 有效成膜成分较多 陶化体系消 耗量较少 单位处理面积较大 与水的配置比例为 1 19 及 5 报价 5 4 元 KG 磷化液应为可逆反应 成膜有效成 分较少 所以消耗量磷化液较多 单位处理面积较小 操作工艺 常温 弱酸性 微渣操作 易清 理 处理费用低 常温 弱酸性 渣子较多 清理平 凡 劳动强度较大 处理费用高 环 保 符合 ROHS 标准 不含镍 锌等重 金属成分 不含有挥发性较强的 有害物质 符合 ROHS 标准 含有少量的镍及 锌等重金属成分 含有亚硝