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1、涂装设备培训材料主编：陈勇机械工业部第四设计研究院2002年4月28涂装设备培训材料涂装前表面处理编者：龙伟 机械工业部第四设计研究院2002年4月目 录1 涂装前表面处理的内容及其方法11.1 预清理11.2 脱脂11.2.1 油污的性质和组成21.2.2 脱脂的方法及材料21.2.3 影响脱脂的因素51.2.4 选用脱脂剂时应考虑的因素61.2.5 脱脂效果的检查81.3 磷化91.3.1 磷化处理分类101.3.2 磷化膜的组成和成膜机理101.3.3 影响磷化的因素111.3.4 磷化膜质量的评价151.4 水洗162 前处理设备162.1 浸渍式前处理设备182.1.1 槽体182.
2、1.2 槽液的加热装置192.1.3 通风装置202.1.4 槽液的搅拌装置202.2 喷射式前处理设备202.2.1 通道式前处理设备212.2.2 单室多工序前处理设备222.2.3 垂直封闭式前处理设备232.3 相关装置232.3.1 磷化除渣装置232.3.2 油水分离装置262.3.3 其他附属装置27 1. 涂装前表面处理的内容及其方法涂装是汽车耐腐蚀和装饰的最经济而有效的方法，而涂装前表面处理（又称前处理）的好坏又是直接影响涂层使用寿命和装饰效果的重要环节。涂装前表面处理的目的是去除被涂物表面上的所有污物（如浊污、铁锈、氧化皮、灰尘、型砂、焊渣、盐碱斑等）和用化学的方法生成一层
3、有利于提高涂层的防腐蚀性的非金属转化膜，以保证涂层具有良好的防腐蚀性能和装饰性能。采用同样的油漆材料，而仅仅是表面处理不同，其耐腐蚀效果可以相差数倍，可见表面处理对整个涂层质量影响之大。表面处理，因金属件和非金属件，处理的杂质和处理的方法的不同而不同。对于金属件主要是除油、除锈和改变工件的表面状态。1.1 预清理一般来讲，任何材质的工件在进入前处理之前，均应进行预清理，用于除去那些采用清洗的方式不能除去的过度的污物。如工件表面的氧化皮、铁锈、焊渣、铁屑、泥砂、干涸的油污以及其它污物。预清理可以大大地降低对其后的前处理的污染，减轻前处理各工艺槽的负担。预清理一般是采用人工的方法进行，采用砂纸打磨
4、去锈，除去机械杂质，用擦布蘸溶剂或水性清洗剂擦试。目前，国内一些大型汽车公司开始在预清理工位增加手工高压水枪冲洗。用含清洁剂的温水，在6bar左右的压力下用手工喷枪，对车身内外进行一次冲洗，主要对车身内部、夹缝、空腔结构等容易积聚灰粒的部位进行初步清洗。特别是车身内地板，影响电泳漆膜质量的灰粒油污90%分布于车身内地板上。采用手工高压水枪冲洗后的车身，大约可减少30%左右的灰粒，有利于降低对前处理槽的污染，延长槽液的使用寿命。1.2 脱脂脱脂就是将工件表面上的油污除去。因为工件在储运过程中可能要用防护油的保护，在压力加工时可能会用到拉延油，在切削加工时要接触乳化液，热处理时可能接触冷却油，工件
5、上还经常会有操作者手上的油迹和汗迹，工件上的油脂还总是和灰尘等杂质掺合在一起的。工件上的各种油污不仅阻碍了磷化膜的形成，而且还影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性能。因此，脱脂去油和磷化处理对整个涂层的性能是非常最要的。1.2.1 油污的性质和组成在选择脱脂方法和脱脂剂时，首先要了解被涂物所带油污的性质和组成，只有这样，才能进行正确的选择，达到满意的去除效果。1. 油污的组成（1）矿物油、凡士林。它们是防锈油、防锈脂、润滑油、润滑脂及乳化液的主要成分。（2）皂类、动植物油脂、脂肪酸等。它们是拉延油的主要成分。（3）防锈添加剂。它们是防锈油和防锈脂的主要成分。在加工和储运过程中，金属屑、
6、灰尘及汗渍等污物也总是混杂在上述油污中。2. 油污的性质（1）化学性质根据油污能否与脱脂剂发生化学反应而分为可皂化油污和不可皂化油污。植物油脂和动物油脂是可皂化的，它们可以依靠皂化、乳化和溶解的作用而脱除。矿物油和凡士林是不可皂化的，它们只能依靠乳化或溶解的作用来脱除。（2）物理性质根据油污粘度或滴落点的不同，其形态有液体和半固体。粘度越大或滴落点越高，清洗越困难。根据油污对基体金属的吸附作用，可分为极性油污和非极性油污。极性油污，如含有脂肪酸和极性添加剂的油污，有较强地吸附在基体金属上的倾向，清洗较困难，要靠化学作用或较强的机械作用力来脱除。此外，某些油污如含有不饱和脂肪酸的拉延油，长期存放
7、后，氧化聚合形成薄膜，含有固体粉料的拉延油，细微的粉料吸附在基体金属表面上，还有当油污和金属腐蚀产物等混杂在一起，都会极大地增加清洗的难度。1.2.2 脱脂的方法及材料根据去油污机理的不同，汽车涂装中，脱脂方法主要有以下两种：1. 溶剂清洗即依靠有机溶剂对油污的浸透、溶解等作用达到去除油污的目的。2. 碱液清洗利用含有表面活性剂的碱性物质对动物油的皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的。1.2.2.1 有机溶剂清洗常用的有机溶剂有：汽油、煤油、松节油、松香水、含氯有机溶剂等。有机溶剂清洗的特点是脱脂效率高，特别是清除那些高粘度、高滴落点的油脂具有特殊的效果，而且可以在常
8、温下用简单的器具进行手工清洗，因而适用于产量不大、机械化水平不高或有特殊要求的场合。采用汽油清洗的方法是用刷子或抹布蘸汽油后手工擦洗被清洗的表面。或将被清洗的工件直接浸入溶剂槽中清洗，随后晾干或烘干。手工擦洗劳动强度大，而且劳动条件也较差，火灾危险性大。工位上应有良好的通风措施。汽油清洗法常用于小批量生产的大型工件的除油，在汽车车身的清洗中，也用于预清理阶段的擦洗。含氯有机溶剂溶解力强，沸点低，经蒸馏易回收，便于重复利用，而且不易爆、不易燃。因此，含氯有机溶剂在有机溶剂清洗中占有独特的地位。其中三氯乙烯是具有代表性的含氯有机溶剂。含氯有机溶剂清洗一般是利用它们的气相进行除油清洗。即将室温下的工
9、件与热的溶剂蒸汽接触，并在工件上冷凝成液体，将油污溶解，滴离工件时将油污带走。虽然气相有机溶剂去油效率很高，但是不能洗掉无机盐类和碱类物质，不能去除工件上的灰尘微粒。将三氯乙烯的浸洗、气相清洗和喷洗联合采用，可以获得极好的清洗效果。由于采用有机溶剂清洗去油的劳动条件差，毒性较大，气相脱脂必须有良好的封闭式脱脂设备和通风装置，大多数有机溶剂的防火要求严格，而且脱脂费用高，加之新型高效的水基清洗剂的出现，在生产量大的汽车厂，涂装前的去油已不再采用有机溶剂去油。1.2.2.2 碱性溶液清洗碱性溶液清洗由于它的价格较低，使用简单，好管理，可组成机械化生产，曾被大量地采用。但是，它的脱脂能力较差，需要较
10、高的脱脂温度。随着技术的发展，出现了把碱性物质和表面活性剂结合使用的碱性脱脂剂，它既保存了碱性脱脂剂方便价廉的优点，又能大大地提高脱脂效率，降低脱脂温度。现今，采用含有表面活性剂的碱性溶液除油已被广泛地应用于涂装生产线中。含有表面活性剂的碱性脱脂剂中常用物质及其作用简介如下：1. 氢氧化钠又称苛性钠，是一种强碱化合物，与动植物油发生皂化反应，生成能溶于水的甘油和脂肪酸盐（俗称肥皂），溶解分散在清洗液中。CH2OOCR CH2OH CHOOCR 3NaOH CHOH 3RCOONa CH2OOCR CH2OH上述反应不仅产生于动植物油脂，当矿物油脂中存在羧酸基和磺酸基时，也能产生同样的现象。但是
11、中性矿物油脂与碱不能起化学反应，必须靠乳化的方式才能从被清洗的工件中去除。2. 碳酸钠又称苏打，是一种价格低廉的碱性化合物，它在水溶液中可水解为NaOH。Na2CO3 H2O NaOH NaHCO3NaHCO3 H2O NaOH H2CO3H2CO3 H2O CO2因此，碳酸钠具有缓冲作用，不像强碱那样侵蚀某些有色金属。此外，碳酸钠在硬水中能生成水难溶的碳酸钙，对硬水有一定的软化能力。3. 硅酸钠俗称水玻璃，在水溶液中强烈水解，生成氢氧化钠和硅酸：Na2SiO3 H2O NaOH H2SiO3其碱性接近于氢氧化钠，具有很强的皂化能力。水解生成的硅酸不溶于水，而以胶束结构悬浮在槽液中，对固体污垢
12、的粒子具有悬浮和分散能力，对油污有乳化作用，有利于防止污垢在工件上的再沉积。4. 磷酸盐包括磷酸三钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠及六偏磷酸钠等。磷酸三钠在水解过程中也离解出氢氧化钠和离解度很小的磷酸氢根等，从而获得碱度。Na3PO4 H2O NaOH Na2HPO4Na2HPO4 H2O NaOH NaH2PO4磷酸盐具有软化硬水的作用和较显著的促进污垢粒子的分散作用，可将大颗粒的污垢分散成近似胶体粒子的小颗粒，因而乳化能力较强。5. 表面活性剂狭义地讲，在很低含量时就能显著地降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。广义地讲，凡是能够使体系的表面状态发生明显变化的物质，都称之为表面活性剂。表面活性剂的
13、去污作用正是由于它降低油污与水及油与金属表面之间界面张力而产生的润湿、渗透、乳化、增溶、分散等多种作用的综合结果。表面活性剂都是有两种不同性质的基团组成，一种是亲水基团，与水分子作用力较强。另一种是亲油性基团，又称为憎水基团，它与水分子不易接近，却容易与油分子接近。按照表面活性剂溶于水时的离子类型来分类，可分为四大类：阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。但在工业脱脂处理中，用阴离子型和非离子型两类，其代表性的物质是烷基苯磺酸钠和OP-10等。采用表面活性剂清洗，在同样条件下，清洗能力较碱液清洗强，脱脂效果好，可使清洗液的PH值接近中性或弱碱性。但一般的表面活性剂易起泡，不适用于喷射清洗系统或
14、带有强烈搅拌的系统。含有表面活性剂的碱液脱脂剂有着最广泛应用前景，由于表面活性剂与碱性无机物的协合作用，使得脱脂效率大大高于单独的碱液脱脂和单一的表面活性剂脱脂。1.2.3 影响脱脂的因素脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂剂四个因素。(1). 脱脂温度总的来说，温度越高，脱脂越彻底。这是因为三方面的原因，第一，温度使油污的物理性质发生变化，例如滴落点高的防锈脂、凡士林、固态石蜡等，在比较低的温度下，即使采用高浓度的碱液也难洗净。但是，当提高油污的温度，它们的粘度就降低，甚至形成液滴而利于除去。第二，促进化学反应的进行，一般地说，温度每上升10，化学反应速度提高1倍。第三，加速表面活性剂分子的运动，从而促进浸润、乳化、分散等作用。随着温度的升高，溶液对污物的溶解能力也提高。但是，并不是所有场合都是温度越高越好，各种脱脂剂都有其合适的温度范围，在采用某些种类表面活性剂的脱脂液中，过高的温度会使表面活性剂析出集聚如同油珠附着在表面上，造成磷化膜发花不均匀。(2). 脱脂时间在脱脂操作中，必须保证有足够的脱脂时间，压力喷射脱脂时间一般为1.53min，浸渍脱脂一般用35 min（视油污的种类和多少而定）。增加脱脂时间，即延长脱脂液与油污的接触时间，
