汽车金属板材通过磷化处理能显著提高其表面涂装性能和耐蚀性能,但磷化前需对板材进行表面调整处理。表面调整处理后,板材上会形成均匀分布的活性点,这些活性点成为磷化结晶在板材生长的核心。通过表调处理,可以使磷化晶体在板材上均匀致密成长[1]。目前已有大量文献研究了表面调整对磷化膜结构与性能的影响,并发现晶粒细小均匀是获得良好磷化膜质量的先决条件。
目前,国内汽车主机厂多采用钛系粉末表调,主要成分是胶体磷酸钛。由于胶体系统属于高度分散的多相分散体系,具有巨大的表面自由焓,是热力学不稳定的系统,会自动出现微粒聚结成为大颗粒的过程,使胶体很快产生絮凝而老化失效[1]。因此使用钛系粉末表调经常需要面对老化以及槽液更新置换等问题。
美国涂料供应商PPG公司于2015年推出一款新型的替代传统钛系表调的产品Versabond。据介绍,该产品能帮助车身金属板材形成更加致密和细致的磷化结晶,改善金属防腐性能;它还能减少磷化液对板材的刻蚀,提高磷化反应速度,因此,能在更短的工艺时间内达到目标磷化膜质量,并减少磷化渣的产生。由于该产品为锌系液体表调产品,区别于传统钛系粉末表调产品,使得槽液寿命能从原来的1~2周延长至2~3个月。这一突出改善能大大减少槽液的倒槽频次以及相应的废水排放。由于高效液体表调的优异性能,行业内还有帕卡濑精的Prepalene-ALX、凯密特尔的Gardolene V6559目前也都在推广使用过程中。此外,国内也有类似液体表调材料的研究在进行[2]。本文通过前期实验以及后期实际应用进行了对比研究,摸索出相应的现场控制方法,分享了使用高效液体表调后的效能收益,希望能增进行业对高效液体表调材料的应用。
1 应用实例
1.1 实验室性能对比
Table 1 The phosphate coating weight comparison with RNC and old conditioner |
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由表1可以看出,使用RNC进行表调处理后的磷化膜质量均比使用钛系粉末表调的磷化膜质量低。其中铝板的磷化膜质量降低最明显,降低约36%。由于铝板的特殊反应机理,其磷化渣产量高一直是主机厂的一大困扰,而使用RNC则有助于减少磷化液对铝板的刻蚀,在铝板上形成更致密、更薄的磷化膜,从而减少磷化渣的产生。RNC的这个特性,使其能够处理应用更高铝板比例的车型。
为了进一步考察防腐性能的变化,将不同板材使用不同表调的磷化膜,采用通用汽车标准GMW14872进行26个循环的盐雾腐蚀实验,观察各板材的扩蚀宽度,结果见表2。
Table 2 The phosphate coating anticorrosion comparison with RNC and old conditioner |
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由表2可以看出,使用RNC处理的板材表现出了更好的耐腐蚀性能。
再将使用不同表调处理的磷化板在同一个电泳条件下进行电泳,按照通用汽车GMW14829实验方法,对各试验板进行了电泳附着力的考查。结果见表3。
Table 3 The ecoat adhesion comparison with RNC and old conditioner |
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由表3可见,所有板材的附着力均为0级,符合通用汽车规范要求。
按照通用汽车GMW14700实验方法,对电泳板进行了抗石击性测试。结果见表4。
Table 4 The ecoat stone impact resistance comparison with RNC and old conditioner |
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注:a—方法C,(22±2)℃;b—方法B,(-18±2)℃。 |
从表4可以看出,所有板材的抗石击等级为9级,符合通用汽车规范要求。
1.2 控制参数调整
不同表调的控制参数对比见表5。
Table 5 The control plan comparison with RNC and old conditioner |
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1.3 现场切换
待表调槽液循环充分后,可以安排实验车进行实验。在检查平台,观察磷化膜外观,有无条印、发花、蓝膜等缺陷。
如图3所示,在调试过程中,某车型后盖垂直面存在液体流痕,颜色与其他区域差异较大,电泳后无法遮盖。通过观察分析,此问题是由于表调液被后盖兜住后缓慢流出,过长的反应时间导致流痕。通过调整表调出槽喷淋状态,缺陷消除。切换过程整体平稳顺利,车身表面质量也无明显波动。
1.4 应用情况
上汽通用目前已完成所有磷化工艺油漆车间的RNC切换,整体运行状态稳定。槽液稳定性方面的显著提升,有力地保证了磷化膜质量的稳定。对于部分槽液温度波动较大的车间,其缺陷发生的概率远远低于使用粉末表调时期。
而对于槽液寿命来说,根据造车数量不同,各车间的槽液倒槽频次从原来的1~2周可以延长至8~16周。众所周知,粉末表调在应用过程中经常会发生老化问题,需要手动强制更新一定比例槽液来消除缺陷。而RNC则不需要强制更新。通过统计,切换RNC后,每个油漆车间能减少单车水耗10 L,相应地也减少了等量的废水排放。
对于粉末表调,在周末停产时需24 h循环。而切换为RNC后,车间停产期间表调槽循环泵则可以关闭,节约大量电能。由于RNC的特殊反应机理,单位面积产生的磷化渣由原来的3.4 g/m2降低至2.2 g/m2,在减少危险废弃物排放的同时,也为车间节约了危废处理费用。
2 结 语
综上,该新型高效液体表调能为主机厂带来更稳定的磷化膜质量,且节水节电,能减少磷化渣的排放,是一项非常有实用价值的新材料。