汽車涂裝磷化成膜影響因素的研究

馬 穎 龐 濤 彭 浩 黃先球

(寶鋼股份中央研究院武漢分院 湖北 武漢：430080)

車身鋼板進行磷化處理時，金屬表面與磷化液發生一系列化學反應，在鋼板表面形成一層致密的磷酸鹽結晶體(磷化膜)，能夠增強車身底材的抗腐蝕能力，提高電泳漆膜與底材的附著力，它的好壞將直接影響漆膜質量。對于磷化質量的把握要控制的參數有總酸度、游離酸度、促進劑濃度、溫度、噴淋壓力、磷化渣量等。本文通過對磷化參數的調整及分析，探討了不同影響因素下的磷化膜形貌特征，得出了最適宜的磷化工藝參數。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用某公司生產的冷軋汽車板，試樣尺寸為150 mm×70 mm×0.8 mm，試驗材料化學成分見表1 。

表1 試驗材料化學成分(wt/%)

1.2 試驗方法

試驗材料涂裝前的處理工藝流程如下：脫脂→水洗→表面調整→磷化→水洗→烘干。先選用液體表面調整劑配方進行表面調整溶液配制。

使用藥劑為某化工有限公司的PB-WL35MY、AD-4813、AD-4856、NT-4055四種藥劑。先在燒杯中加入約80 %的水，加入5%的 PB-WL35MY進行建浴，然后加入0.5%～1%的添加劑AD-4813和1.5%～3%的 AD-4856，再將1%～2%的 NT-4055用少量去離子水稀釋后添加入燒杯中，再加入去離子水至100%，繼續攪拌至徹底溶解。

本試驗主要用來測試磷化階段的相關工藝。試驗條件如下：脫脂試驗溶液和磷化試驗溶液相關工藝參數均在規定范圍內，其中脫脂液溫度為38℃～45℃，脫脂時間為2min～3min，脫脂劑濃度為2%～4%；表調液pH為9.0～10.0，表調液溫度為20℃～40℃。通過改變磷化液溫度、磷化時間、總酸度和游離酸濃度、促進劑濃度等磷化工藝參數，來觀察一系列磷化膜相關特性。

在實驗室中完成脫脂工序后，將汽車板試樣浸入表面調整液中，處理時間不少于10s，取出后進行水洗漂洗，時間不少于1min；再將水洗試樣浸入磷化液中，晾干后，觀察其磷化膜形貌特征。試驗完成后，表征不同試驗條件對磷化膜耐蝕性能影響。

根據GB6807-2001規定測量膜重。根據GB6807-2001規定檢測磷化膜的耐蝕性。再掃描電鏡觀察磷化結晶大小。

2 結果與討論

2.1 磷化溫度影響

在磷化液溫度為30℃、35℃、40℃、45℃，處理時間不少于2min下進行試驗，晾干后進行相關測試。所得結果進行作圖分析，其磷化溫度對磷化膜耐蝕性能影響如圖1所示。

圖1 磷化溫度對磷化膜耐蝕性能影響

對試驗后的不同溫度下的磷化膜進行相關測試。試驗結果如表1所示。

表1 不同溫度下的磷化膜外觀

由圖1中可以看出，隨著磷化溫度的升高，磷化膜耐蝕性能有所增強，但是當溫度達到40℃左右時，磷化膜耐蝕性能又明顯降低。

而從表1 中又可以看出，在磷化溫度為35℃～40℃時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果很好，但是在磷化溫度為30℃和45℃時，明顯存在磷化結晶粗大和結晶過細的情況，說明磷化效果沒有35℃～40℃時好。同時從晶粒大小和膜重可以看出，35℃～40℃時，磷化膜結晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

2.2 磷化時間影響

磷化溫度為35℃～40℃條件下改變磷化時間進行試驗，晾干后進行相關測試。所得結果進行作圖分析，其磷化時間對磷化膜耐蝕性能影響如圖2所示。

圖2 磷化時間對磷化膜耐蝕性能影響

由圖2中可以看出，隨著磷化時間的增加，磷化膜耐蝕性能有所增強，但是當磷化時間超過3min后，磷化膜耐蝕性能又明顯降低。

對試驗后的不同時間下的磷化膜進行相關測試。試驗結果如表2所示。

而從表2中又可以看出，磷化時間為2min～3min時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果很好。但是在磷化時間分別為1min與4min時，明顯的存在磷化結晶粗大和結晶過細的情況，磷化效果沒有磷化時間為2min～3min時好。結合比較晶粒大小和膜重，當磷化時間為2min～3min時，磷化膜結晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

表2 不同時間下的磷化膜外觀

2.3 總酸度和游離酸度的影響

通過保持磷酸二氫鋅的濃度不變以保持游離酸度不變，向一系列標準磷化液中依次加入六水硝酸鋅以提高該磷化液的總酸度,考察總酸度對磷化膜的影響。實驗溫度控制為35℃～40℃，磷化時間控制為2～3min。晾干后進行相關測試。所得結果進行作圖分析，其總酸度和游離酸度對磷化膜耐蝕性能影響如圖3、圖4所示。

圖3 總酸度對磷化膜耐蝕性能影響

圖4 游離酸與總酸比對磷化膜耐蝕性能影響

由圖3及圖4可以看出，當六水硝酸鋅的量為每升 120g 左右時，所得磷化膜的耐蝕性為最好。同時當磷化液的游離酸度和總酸度的比值為1：30左右時磷化膜的耐蝕性為最好。

2.4 促進劑濃度的影響

用亞硝酸鈉做促進劑，改變亞硝酸鈉的濃度進行實驗，實驗溫度為35℃～40℃，磷化時間為2～3min條件下進行試驗，晾干后進行相關測試。所得結果進行作圖分析，其促進劑濃度對磷化膜耐蝕性能影響如圖5所示。

圖5 促進劑濃度對磷化膜耐蝕性能影響

對試驗后不同促進劑濃度下形成的磷化膜進行相關測試。試驗結果如表3所示。

表3 不同促進劑濃度下的磷化膜外觀

由圖5中可以看出，隨著亞硝酸鈉濃度的增加，磷化膜的耐蝕性能逐漸增加。亞硝酸鈉的濃度為每升0.4g 以上時，隨著亞硝酸鈉濃度的增加 ，磷化膜的耐蝕性逐漸減弱。因此為了獲得良好的磷化效果，亞硝酸鈉的最佳濃度為 0.4g/L。

從表9中又可以看出，促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時，磷化膜外觀灰色、均勻、細致，磷化效果更好。但是在促進劑濃度小于0.2 g/L與大于0.7g/L時，明顯的存在磷化結晶粗大和結晶過細的情況，磷化效果沒有促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時好。綜合比較晶粒大小和膜重，當促進劑濃度為0.3g/L～0.6g/L時，磷化膜結晶大小適中，同時磷化膜重量較輕，但是耐蝕性又最好。

3 結論

通過不同磷化溫度、磷化時間、酸度以及促進劑濃度下的磷化性能分析，確定了磷化工藝適宜的實驗條件為：磷化液溫度：35℃～40℃；磷化時間：2min～3min；總酸度濃度為120g/L、游離酸與總酸比為1:30；促進劑濃度：0.3g/L～0.6g/L。