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摘要：涂装新线出现车身磷化膜结晶疏松、粗大的异常现象，通过对钢板表面状态、表调槽液参数、表调性质、表调水质、表调温度、磷化槽液参数等的分析，得出表调温度高、磷化总酸低是磷化结晶异常的主要原因。实验一方面通过降低脱脂温度、新增表调前新鲜工水喷淋、增大风阀开度等措施降低表调温度；另一方面通过更换故障的磷化循环泵提高磷化总酸，最终解决了磷化结晶异常的问题，保证了现场生产的顺畅与车身品质的稳定。
关键词：磷化；结晶；表调；缺陷
引言
磷化膜是车身优质漆面质量的基础，不仅可以降低基材表面的粗糙度，还能提高钢铁的耐腐蚀性和电泳涂层的附着力。在磷化涂装前处理工艺中，表调是磷化的前工序，为磷化反应提供结晶的活性位点。优质的表调工艺不仅可以缩短磷化成膜的反应时间，还有助于形成细密均匀的磷化结晶。车身基材表面活性位点分布对磷化成膜影响的原理。当活性位点在基材表面分布密集时，单个磷化晶体生长空间较小，容易相互连接形成磷化膜，随后磷化晶体的生长被相互抑制，磷化结晶细密、皮膜质量轻，是理想的磷化状态；而当活性位点在基材表面分布稀疏时，单个磷化晶体生长的空间较大，生成的磷化结晶粗厚、稀疏，是不理想的磷化状态。
1磷化结晶粗厚的影响因素
1.1磷化温度影响
在磷化液温度为３０℃、３５℃、４０℃、４５℃，处理时间不少于２min下进行试验，晾干后进行相关测试。所得结果进行作图分析，其磷化温度对磷化膜耐蚀性能影响如图１所示。对试验后的不同温度下的磷化膜进行相关测试。试验结果如表１所示。由图１中可以看出，随着磷化温度的升高，磷化膜耐蚀性能有所增强，但是当温度达到４０℃左右时，磷化膜耐蚀性能又明显降低。而从表１中又可以看出，在磷化温度为３５℃～４０℃时，磷化膜外观灰色、均匀、细致，磷化效果很好，但是在磷化温度为３０℃和４５℃时，明显存在磷化结晶粗大和结晶过细的情况，说明磷化效果没有３５℃～４０℃时好。同时从晶粒大小和膜重可以看出，３５℃～４０℃时，磷化膜结晶大小适中，同时磷化膜重量较轻，但是耐蚀性又最好。
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图1 磷化温度对磷化膜耐蚀性能影响
表1 不同温度下的磷化膜外观
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1.2表面调整
表面调整（简称表调）的作用机理是表调剂中大量高表面能胶体微粒可以在极短的时间内吸附在金属表面，形成一层分布均匀、数量众多的结晶晶核，以晶核作为结晶原点的磷酸盐晶粒快速长大并相互限制，促使磷化膜细化和致密。目前国内主流的表调剂分为粉体表调和液体表调，粉体表调存在槽液易老化、有效成分检测难等缺点，逐渐被稳定性高、成膜性能更优的液体表调取代。涂装A线采用粉体表调，槽液参数如表2所示，对比分析发现磷化膜正常与异常的槽液参数无明显差别。粉体表调主要成分是胶体钛盐，目前检测的Ti含量是总Ti含量，而非有效Ti含量，无法直观反映表调的老化程度，因而需要从表调剂、表调浓度、水质、温度等因素逐一排查。
表2
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1.3水质
表调槽液的胶体钛粒子带负电荷，胶体间的静电斥力使胶体粒子能维持非絮凝及分散的平衡状态。工业用自来水（简称工水）含有较多的Ca2+、Fe3+、Mg2+等离子，这些阳离子能打破胶体的平衡，使胶体钛发生絮凝及沉淀，失去活性。现场表调槽液每2周重新建浴，生产日定量补加，建浴和补加时都要使用纯水溶解稀释。在纯水管旁配备工水管用于清洗槽体和加料罐，存在误用工水的可能性。取现场纯水和工水，检测电导率分别为3μS/cm、237μS/cm；分别配制2L表调液，质量分数为0.1%，搅拌均匀静置24h，取脱脂后试验板浸泡60s，挂于表调后的车身轮毂处，磷化水洗后取出。
2汽车涂装前处理磷化结晶的措施
2.1生产现场工艺参数检测建议
为了监控磷化结晶状态，涂装生产现场通常按照一定的周期（如1次/月）随车制作测试样板对磷化膜进行SEM分析，在生产现场稳定的情况下这种方式能够满足工艺人员对磷化膜质量的监控需求。但当生产现场突发异常时单纯依靠SEM照片分析就有一定的迟滞性，因为从现场制板、送样到出检测结果往往需要几天的时间，这不能满足生产现场需要对产品质量快速预判的高时效性要求，此时在生产现场若能直接通过槽液状态来评估磷化膜的质量则时效性更强。就本文所述的液体表调而言，可以在日常检测表调液pH和浓度的基础上增加本文设计的有效磷酸锌微粒定性检测试验，积累表调过滤液浓度与磷化结晶尺寸的相关数据，确定生产现场表调过滤液需要满足的浓度范围，通过表调过滤液的浓度来定性预测磷化结晶的状态，进而判断是否需要对表调槽液进行更新。
2.2表调
表调是磷化工艺的特有工艺，是在磷化之前对车身表面进行调整，来提高磷化质量，使磷化膜更加均匀，磷化结晶更加致密。一般来说，表调工艺使用钛系或锌系的化学液。1)钛系，需要对游离钛及总钛都有所监控。现场可使用分光光度计或比色法进行计量检测。其中游离钛的控制范围为(3.0～12.O)xlO巧(10mL槽液)，过高则板材表面出现过度处理，且会引起增加磷化渣含量的风险；而过低则会直接影响表面处理的效果。总钛则反应表调槽本身的老化程度，但过高的总钛含量会影响表调处理效果。2)锌系，需要对锌含量进行监控。一般控制范围为2.4。4.8mL(10.0mL槽液)，现场可以使用滴定的方法进行检测。另外，还需要对槽液pH、总碱含量进行监控，且表调槽液易老化，需定期排放并调配新槽液，以保证表调质量。
2.3预处理材料
在涂装工作中，预处理流程需要消耗大量的水资源，耗水量占据整个车间用水总量的五分之四。以往传统的APED方式已经无法满足涂装需求，开始广泛采用优质的生物降解表面活性剂，其可以提升水洗性能，提高生态性，达到降低票洗水的目的。同时，还可以利用无氮脱脂剂与无磷脱脂剂降低营养物与氧化物的含量。一是水性漆的使用，在选择涂装材料时，工作人员应考虑涂装材料环保性、喷涂质量以及周期等因素，且对比发现，水性防腐油漆最为符合。水性漆最常用的稀释剂为水，且稀释之后不会散发毒性气体，也不会产生对人体有害的物质。水性漆具备耐水、耐磨以及耐黄变特性，便于使用。相较水性漆，油性漆采用了有机溶剂，不能使用水稀释，且有机溶剂中存在甲醛、苯等重金属，会对人体产生严重危害，导致环境污染，因此不能被广泛采用。二是阴极电泳漆，其具备低密度、无有害物质以及高泳透力的特性。一般情况下，阴极电泳漆含量明显降低，可以将氨基磺酸添加至树脂材料中，以有效改善泳透力。
结语
汽车涂装前处理为自动化流水生产线，具有处理效率高且不可返工的特点，这就对生产现场品质异常时的原因解析和对策制定有很高的时效性要求，最大限度地降低突发品质异常造成的生产停线和后续质量风险。因此涂装工艺技术人员在解决现场问题的基础上还需要深入了解问题发生的原理，不断积累现场的工艺数据，提高对现场问题的解析效率。涂装生产现场对工艺参数管理方面可以联合材料供应商对检测方法进行改善，从状态监控向品质预防的方向精进，降低品质缺陷的发生频次和缺陷产品的流出量，为生产现场提质增效。
参考文献
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