锆系薄膜前处理工艺在汽车涂装中的应用

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1、AT＆／i／／碗界锆系薄膜前处理工艺在汽车涂装中的应用涂装前处理的作用是清洁白车身，提高电泳漆膜的附着力、耐蚀性能和全涂层的装饰性。三元锌系磷化体系作为汽车涂装前处理的标准工艺已经应用40多年，其主要缺点是磷化沉渣量大、需对设备进行定期酸洗；为了保证磷化膜良好的成膜性，需设置表调、钝化等工序，使前处理工艺中的化学过程多，相应的化学品用量也大；磷化废水中含重金属镍和锰，对环境造成污染。为了满足整车厂的涂装规范，并最大程度地降低前处理的成本和对环境的影响，必须以环保型的前处理工艺取代之。回顾了汽车涂装前

2、处理的发展历程。着重介绍了新型锆系薄膜前处理工艺的有关情况。●上海通用汽车有限公司吴睿李旭过滤和冷却制得的固体“帕克粉”，能使游离磷酸与1涂装前处理工艺的发展历程化合态磷酸之间维持稳定的平衡，因此，采用“帕卡1．1手工前处理粉”磷化的操作和控制都比较容易，但成膜时间仍在汽车涂装的初始阶段，人们采用手工方法借助需约1h。1929年，人们发现加入少量铜盐可以使磷#JTJgU砂轮等工具对被涂工件进行前处理，去除白车身化成膜时间从1h减少到10min，于是这种工艺很快上的锈迹和污染物。这种方法需要大量的劳动

3、力，而且得到了广泛应用。1931年，发现添加氧化剂(例如表面清理不彻底，还容易对车身钣金件造成伤害。硝酸盐)能加速磷化膜的形成——仅需5min即可。1-2机械前处理1934年，用磷化液喷射工件的方法使得磷化技术又喷砂等机械处理方法的除锈和除油污效果虽然较取得了令人瞩目的进展，喷射法将磷化成膜时间进一好，但施工难度高；另外，喷砂过程中产生的灰尘严步缩短为60～90s，并使磷化工艺可以处理一些大的重影响工人的健康并造成环境污染。工件(如冰箱壳体和汽车车身)。在二战期间，美国1．3化学前处理的Jernst

4、adt发现钛可以使磷化膜更均匀、结晶更细从20世纪初开始，机械前处理逐步被化学前处致。另外，美国还发明出专门处理铝的磷化液(在传理——脱脂、磷化所取代。磷化膜做为电泳的底层，统磷酸锌系统的基础上，加入某些氟化物)。N20可以提高电泳漆膜的附着力和耐腐蚀性能。世纪6O年代，三元锌系磷化成为金属表面处理的标磷化工艺最早见于1869年英国Ross的专利，但准工艺。当时磷化处理需2～2．5h才能完成，所以此后的磷化目前，几乎所有的汽车制造厂商都采用了三元技术发展重点在于如何缩短磷化时间。一战期间，帕锌系磷化

5、工艺。这种工艺的缺点为：产生废水(含卡公司将铁锰合金溶进60％～70％的磷酸中，再经过有重金属镍、锰等)和废渣、化学过程多(表调、18『汽车工艺-5材料AT&M2010年第11期．AT＆／I／／设界磷化、钝化)、磷化反应需加热(50。C)，随着环2-2锆系薄膜的微观结构保意识的提高，迫切要求以新的绿色工艺取代传统锆系薄膜的膜厚约为磷化膜的百分之～，为纳米的磷化。级，所以用扫描电镜很难看清锆系薄膜的颗粒排布状态(见图2)，一般用原子显微镜观察锆系薄膜的微2锆系薄膜前处理工艺观结构。由图3可见，锆系薄膜

6、非常致密，因此通常锆系薄膜前处理工艺是对传统磷化工艺进行又被称为CeramicCoating(陶瓷涂层)，其耐酸／碱的革新。该工艺是在车身上涂覆非常薄(20～200性、力学性能和热稳定性都很好。nm)的含氧化锆的涂层，以此替代传统的磷化层(约3um)。锆系薄膜前处理工艺不需要表调和钝化步骤，而且成膜反应可在室温条件下进行。2002年，HenkeI公司率先在全球推出适合于多种板材的锆系薄膜前处理材料。由于该材料性能的局限性，当时主要应用于家电和汽车零部件等。2007年，Henkef和PPG分别推出面向

7、于汽车制造厂的锆系前处理材料TectaIs和Zircobond。2008磷化膜年年初，GM在巴西SanJoseDosCampos工厂采用了Henkel的Tectalis前处理材料、在加拿大的CAMl工厂采用了PPG的Zircobond前处理材料。几乎在同期，福特TwnCityT厂也采用了HenkeI的Tectalis前处理材料。其他全球主流的前处理厂商(~．DNippont、Chemetal1)也开发了出含氧化锆的硅烷技术。这一系列产品的开发及其应用标志着锆系薄膜前处理正式成为汽车前处理的标准工艺，

8、并锆系薄膜将逐步取代传统的磷化工艺。图2磷化膜与锆系薄膜的扫描电镜(SEM)照片2．1锆系薄膜前处理的机理在锆系薄膜前处理工艺的成膜反应过程中，氧化锆和其他成分沉积在作为原电池反应阴极的金属表面(见图1)，形成非常致密的锆系膜，可以为金属表面提供非常好的抗腐蚀能力。H2ZrF8Zn2+＼厂图3锆系薄膜的原子显微镜(AFM)照片ZnOQ2．3不同金属底材上锆系薄膜的外观不同金属底材上的磷化膜外观基本一样，但不同H2ZrF6+M+2H20——————。Z2+M+4H+6F