低温 低渣磷化剂PB WL35

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1、 32 汽 车 工 艺 与 材 料汽 车 工 艺 与 材 料AUTOMOBILE TECHNOLOGY & MATERIAL1 前 言磷 化 处 理 由 于 具 有 显 著 提 高 漆 膜 的 耐 蚀 性 和 附着 力 的 作 用 , 被 广 泛 应 用 于 各 种 防 锈 和 涂 装 基 础 领域 中 ,特 别 是 近 二 、 三 十 年 来 在 汽 车 涂 装 行 业 应 用 尤为 广 泛 。 目 前 国 内 外 汽 车 厂 几 乎 全 部 采 用 磷 化 处 理与 电 泳 底 漆 配 套 。 但 在 磷 化 处 理 时 不 可 避 免 地 会 产生 大 量 副 产 物 磷 化 渣 。 磷

2、 化 渣 作 为 工 业 废 弃 物必 须 要 进 行 一 定 的 处 理 , 为 此 要 浪 费 大 量 的 人 力 和物 力 , 因 此 人 们 希 望 尽 可 能 降 低 磷 化 渣 的 产 生 量 。同 时 ,由 于 全 球 能 源 日 益 紧 张 ,为 了 节 约 能 源 ,降 低能 耗 , 人 们 希 望 能 在 比 现 有 更 低 的 温 度 下 进 行 磷 化处 理 ,这 些 都 对 磷 化 处 理 提 出 了 新 的 课 题 。我 公 司 于 1997 年 从 日 本 帕 卡 濑 精 株 式 会 社 引进 了 代 号 为 PB - WL35 的 磷 化 剂 。 该 产 品 在

3、 不 影 响磷 化 膜 涂 装 性 能 的 前 提 下 , 产 生 的 残 渣 量 比 原 来 减少 10 % 30 % , 使 用 温 度 比 原 来 降 低 了 10 , 约 为35 。 目 前 已 成 功 地 在 一 汽 轿 车 股 份 有 限 公 司 第 二轿 车 厂 使 用 , 处 理 效 果 良 好 。 下 面 就 该 药 剂 的 有 关开 发 思 想 和 涂 装 性 能 简 介 如 下 。2 开 发 思 想2. 1 磷 化 机 理被 处 理 物 Fe 与 磷 化 液 的 主 要 成 份 Zn( H2 PO4) 2在 磷 化 液 中 氧 化 剂 的 作 用 下 首 先 生 成 磷

4、化 膜 P结 晶Zn2 Fe ( PO4) 2 4H2 O和 H3 PO4 ,同 时 Zn( H2 PO4) 2 在水 的 作 用 下 生 成 磷 化 膜 H结 晶 Zn3 ( PO4) 2 4H2O和H3 PO4 。 被 处 理 物 Fe 可 与 游 离 酸 H3 PO4 反 应 生 成Fe ( H2 PO4) 2 , 而 Fe ( H2 PO4) 2 在 氧 化 剂 的 作 用 下 最 终生 成 磷 化 残 渣 FePO4 2H2O。2. 2 低 渣 化 的 对 策从 磷 化 机 理 可 以 看 出 , 磷 化 渣 是 在 生 成 磷 化 膜时 , 钢 板 被 氧 化 为 Fe2 + ,

5、其 中 一 部 分 Fe2 +直 接 成 膜 ,另 一 部 分 Fe2 +未 能 成 膜 , 而 以 磷 酸 铁 FePO4 2H2O的 形 式 沉 淀 出 来 (以 下 称 为 磷 酸 铁 系 残 渣 ) 。 与 此 同时 , 由 于 水 解 反 应 , 也 会 有 少 部 分 Zn3 ( PO4) 2 4H2O沉 淀 出 来 (以 下 称 磷 酸 锌 系 残 渣 ) 。 通 常 在 汽 车 生 产线 上 产 生 的 磷 酸 铁 系 残 渣 约 占 总 残 渣 量 的 75 %85 % ,也 就 是 说 要 想 降 低 残 渣 量 ,首 要 任 务 是 要 降 低磷 酸 铁 系 残 渣 量

6、。通 常 磷 酸 铁 系 残 渣 生 成 量 可 由 下 式 计 算 :S = ( E - C p 56/ 449) 187/ 56 = 3. 34 E- 0. 416 C p式 中 S 磷 酸 铁 系 残 渣 生 成 量 ,g/ m2E 溶 解 铁 量 ,g/ m2C 磷 化 膜 重 量 ,g/ m2p P比 率 ,P/ ( P + H)从 上 式 分 析 来 看 ,若 想 降 低 磷 酸 铁 系 残 渣 量 ,可采 用 以 下 三 种 方 法 : a. 减 少 溶 解 Fe 量 ; b. 增 加 磷 化膜 重 量 ;c. 增 加 P比 率 。在 上 述 方 法 中 , 由 于 汽 车 涂

7、装 对 磷 化 膜 的 重 量有 一 定 的 严 格 要 求 , 通 常 为 2 3 g/ m2 , 因 此 靠 增 加磷 化 膜 重 量 来 降 低 残 渣 量 受 到 一 定 限 制 。 关 于 增 加P比 率 , 由 于 目 前 绝 大 部 分 汽 车 厂 都 采 用 了 全 浸 式处 理 工 艺 及 三 阳 离 子 体 系 的 磷 化 液 , 因 此 生 成 的 磷化 膜 P比 率 都 很 高 ,通 常 能 达 到 0. 90 0. 95 ,所 以 靠增 加 P比 率 降 低 残 渣 量 也 是 不 可 行 的 。 因 此 唯 一 降低 磷 酸 铁 系 残 渣 的 方 法 就 是 减

8、少 Fe 溶 解 量 。2. 3 低 温 化 的 对 策关 于 低 温 化 这 个 问 题 , 曾 经 有 人 对 此 进 行 过 专门 研 究 ,发 表 了 常 温 下 获 得 高 品 质 、 高 性 能 的 磷 化 剂专 利 ,其 内 容 主 要 有 : 与 一 般 磷 化 液 相 比 ,适 当 增 加锌 含 量 ,降 低 游 离 酸 浓 度 (锌 离 子 浓 度 允 许 范 围 内 ) ,增 加 促 进 剂 浓 度 。 在 开 发 PB - WL35 时 ,研 究 者 认 为上 述 方 法 是 有 效 的 , 关 键 问 题 是 找 出 与 低 渣 化 的 关系 ,寻 求 一 个 恰 当

9、 的 平 衡 点 ,在 这 个 平 衡 点 上 ,既 可保 证 低 渣 化 ,又 可 保 证 低 温 化 。 经 过 大 量 的 试 验 ,调整 了 部 分 成 份 后 , 日 本 帕 卡 濑 精 株 式 会 社 开 发 出PB - WL35 磷 化 剂 ,其 特 点 和 作 用 效 果 如 下 所 述 。a. 降 低 处 理 温 度 , 由 原 来 的 40 45 降 至33 37 ,作 用 是 降 低 Fe 溶 解 量 。b. 增 加 锌 离 子 浓 度 ,比 原 来 增 加 40 %左 右 ,作用 是 确 保 磷 化 处 理 性 。c. 降 低 游 离 酸 浓 度 ,由 0. 7 1.

10、1 Pt 降 至 0. 30. 7 Pt ,作 用 是 降 低 Fe 溶 解 量 ,确 保 磷 化 处 理 性 。d. 增 加 促 进 剂 浓 度 , 由 原 来 的 2. 5 3. 5 Pt 提低 温 、 低 渣 磷 化 剂 PB - WL 35沈 阳 帕 卡 濑 精 有 限 总 公 司 周 宪 民 洪 光 吴 伏 生1999 年 第 5 期 33 周 宪 民 等 :低 温 、 低 渣 磷 化 剂 PB - WL35磷 化 剂 底 材耐 蚀 性 二 次 附 着 力温 盐 水 浸渍 试 验盐 雾 暴露 试 验水 浸 泡试 验耐 湿试 验PB -LS3020CRS 2. 9 mm 2. 6 mm

11、 0/ 100 0/ 100GA 4. 5 mm 0. 9 mm 0/ 100 0/ 100PB -WL35CRS 2. 8 mm 2. 8 mm 0/ 100 0/ 100GA 4. 3 mm 0. 8 mm 0/ 100 0/ 100表 3 试 验 测 量 结 果表 2 涂 装 体 系涂 料 烘 干 条 件 膜 厚 , m阴 极 电 泳 (环 氧 型 ) 170 20 min 20中 涂 (三 聚 氰 胺 醇 酸 型 ) 140 20 min 30面 漆 (三 聚 氰 胺 醇 酸 型 ) 140 20 min 40a . PB - L 3020 磷 化 液 磷 化 膜 的 SEM 影 像产

12、 渣 量 PB - L3020 PB - WL35FePO4 2H2 O 2. 42 1. 68Zn3 ( PO4 )2 4H2 O 0. 47 0. 67总 量 2. 89 2. 35表 1 连 续 处 理 试 验 中 的 产 渣 量 g/ m2图 1 连 续 处 理 试 验 中 的 磷 化 膜 的 SEM 影 像 1000b. PB - WL 35 磷 化 液 磷 化 膜 的 SEM 影 像a . PB - L 3020 磷 化 液 磷 化 膜 的 SEM 影 像 1000图 2 生 产 中 的 磷 化 膜 的 SEM 影 像 1000b. PB - WL 35 磷 化 液 磷 化 膜 的

13、 SEM 影像高 3 5 Pt ,作 用 是 确 保 磷 化 膜 的 高 P 比 。3 涂 装 性 能 测 试3. 1 连 续 处 理 试 验 中 的 磷 化 膜 性 质连 续 处 理 试 验 是 指 在 容 积 为 0. 53 m3 的 处 理 槽中 ,以 18 m2/ h 的 处 理 速 度 ,一 次 性 累 积 处 理 面 积 88. 2m2 (70 300 mm2/ 块 ) 的 钢 板 。 试 验 结 果 : PB - L3020的 膜 重 为 2. 3 g/ m2、 P 比 为 0. 93; PB - WL35 的 膜 重为 2. 1 g/ m2、 P 比 为 0. 93。 该 试

14、验 处 理 负 荷 可 认 为 接 近一 般 的 汽 车 连 续 生 产 线 。 磷 化 膜 如 图 1所 示 。3. 2 连 续 处 理 试 验 中 的 产 渣 量连 续 处 理 试 验 中 的 产 渣 量 如 表 1 所 示 。3. 3 一 汽 轿 车 股 份 有 限 公 司 二 轿 厂 的 磷 化 膜 性 质一 汽 轿 车 股 份 有 限 公 司 二 轿 厂 的 磷 化 膜 性 质 如图 2 所 示 。 PB - L 3020 的 膜 重 为 2. 5 g/ m2 、 P 比 为0. 95 ;PB - WL 35 的 膜 重 为 2. 2 g/ m2 、 P 比 为 0. 94。3. 4

15、 涂 装 后 的 耐 蚀 性 及 附 着 力3. 4. 1 涂 装 体 系涂 装 体 系 如 表 2 所 示 。3. 4. 2 测 试 结 果测 试 结 果 如 表 3 所 示 。4 结 论a . PB - WL 35 在 35 的 低 温 下 可 以 很 好 地 进行 磷 化 处 理 , 其 磷 化 膜 的 性 质 和 涂 装 性 能 与 PB -L 3020 磷 化 剂 相 同 。b. PB - WL 35 与 PB - L 3020 磷 化 剂 相 比 , 可使 铁 系 残 渣 生 成 量 减 少 30 % 40 % , 但 考 虑 到 钢 板种 类 、 Fe 溶 解 量 的 区 别 及 锌 系 残 渣 增 加 等 因 素 , 总的 残 渣 量 比 以 前 减 少 20 %左 右 。PB - WL 35 在 一 汽 轿 车 股 份 有 限 公 司 第 二 轿车 厂 生 产 中 的 磷 化 膜 状 态 同 连 续 试 验 结 果 保 持 一致 , 说 明 PB - WL 35 具 有 很 高 的 生 产 稳 定 性 , 可 以在 更 广 泛 的 领 域 内 推 广 使 用 。1999 年 1 月 30 日 组 稿 (责 任 编 辑 晓 理 )