铝材喷涂前处理工艺控制解析

铝材喷涂前处理的工艺流程很多，可根据具体情况，如厂房条件即空间位置大小、工件材质（冷轧板、热轧板、镀锌板、铝合金、玻璃钢等）、工件表面状况（锈蚀、防锈油、杂物）、生产批量、质量要求等选择。不同的生产厂家采用的流程不尽相同。如客车生产的整体流程及质量要求基本相同，前处理流程一般有以下两种：
　　
　　1、制件前处理
　　
　　典型的工艺流程：
　　
　　预脱脂→脱脂→水洗I→酸洗→水洗II→中和→水洗III→表调→磷化→水洗IV→钝化
　　
　　厂家可根据本厂的实际情况进行适当调整:
　　
　　作为制件前处理，酸洗除锈是必不可少的。但在前处理过程中，最好将锈蚀件和非锈蚀件分开，锈蚀件进行酸洗，非锈蚀件最好不要进行酸洗。
　　
　　2、产品前处理
　　
　　产品前处理是将整个产品浸入槽液中进行表面处理，目前已有不少厂家采用。工序间转移有手动控制和自动控制两种。比较先进的是采用PLC程序自动控制，能实现工序间自动转移。一般流程为：脱脂→水洗→表调→磷化→水洗。
　　
　　喷涂前处理的常用设备是喷淋式联合清洗机，其清洗原理是借助于喷射机械力和化学作用，来完成去油、磷化、钝化、清洗等工艺过程。
　　
　　喷淋式联合清洗机典型工序是：脱脂、水洗、表调、磷化、钝化、水洗、纯水洗。
　　
　　其结构特点是：前处理生产线各工序喷淋管布置在隧道内，喷淋由各液槽的泵来提供。各工序间都有门洞板隔开，以防窜液。各加热液槽的加热形式有槽内和槽外。内加热器有排管、蛇形管、波纹板等；外加热器有列管、板式加热器等。加热介质有热水、蒸汽、导热油等。在脱脂、磷化工序分别设有除油系统和除渣系统。为防止各加热段隧道顶部及门洞处溢出蒸汽，在隧道顶部设有排风机。
　　
　　各工艺控制要素分述如下：
　　
　　1、脱脂
　　
　　脱脂机理是通过脱脂剂对各类油脂的皂化、加溶、润湿、分散、乳化等作用，从而使油脂从工件表面脱离，变成可溶性的物质或被乳化、分散而均匀稳定地存在于槽液内。脱脂质量的评价主要是以脱脂后工件表面不能有目视油脂、乳浊液等污物，水洗后表面应被水完全润湿为标准。脱脂质量的好坏主要取决于游离碱度、脱脂液的温度、处理时间、机械作用和脱脂液含油量等因素：
　　
　　（1）游离碱度（FAL）
　　
　　脱脂剂浓度适当才能保证最佳效果。一般只需要检测脱脂液的游离碱度，FAL过低，除油效果相对较差；FAL过高，不仅造成材料浪费，也给后道水洗增加负担，严重者还会污染后序的表调和磷化。
　　
　　（2）脱脂液的温度
　　
　　任何一种脱脂液都有最佳的脱脂温度，温度低于工艺要求，不能充分发挥脱脂作用；温度过高，不仅增加耗能，还能带来一些副作用。如脱脂剂蒸发过快、工件脱离槽液时因表面干燥速度较快，而易造成工件返锈、碱斑、氧化等弊病，影响后道工序的磷化质量。自动温控也需要定期进行校核。
　　
　　（3）处理时间
　　
　　脱脂液必须和工件上的油污充分接触，有足够的接触反应时间，才能保证有良好的脱脂效果。但脱脂时间过长，会增加工件表面的钝性，影响磷化膜的生成。
　　
　　（4）机械作用的影响
　　
　　脱脂过程中，辅以机械作用，采用泵循环或工件移动的方式，可以加强除油效果,缩短浸渍清洗的时间；喷淋脱脂的速度比浸渍脱脂速度快10倍以上。
　　
　　（5）脱脂液含油量：
　　
　　随着槽液的循环使用，油污含量在槽液内会不断增加，当达到一定比例时，脱脂剂的脱脂效果及清洗效率会明显下降，即使通过添加药剂维持槽液高浓度，被处理工件表面的清洁度仍不会有所提升。已老化变质的脱脂液，必须全槽更换。产品生产一般根据槽液的使用时间及处理工作量适时进行换槽。
　　
　　2、酸洗
　　
　　产品制造用钢材在轧压成型或贮藏运输过程中，表面会产生锈蚀。由于锈蚀层结构疏松，与基材附着不牢，并且氧化物与铝材铁可组成原电池，进一步促使铝材腐蚀，使涂层很快被破坏，因此涂装前必须将其除净。产品一般常用的是酸洗除锈，它不会使铝材工件变形，每个角落的锈蚀都能清除干净，除锈速度快，成本相对较低。酸洗质量主要是以酸洗后的工件不应有目视可见氧化物、锈及过蚀现象为标准，影响除锈效果的因素主要有：
　　
　　（1）游离酸度（FA）
　　
　　测定酸洗槽的游离酸度FA，是验证酸洗槽除锈效果高低的最直接有效的评价方法。游离酸度低，除锈效果差。游离酸度过高时，工作环境中的酸雾含量较大，不利于劳动保护；铝材表面易产生“过蚀”现象；而且残酸的清洗比较困难，易导致后续槽液的污染。
　　
　　（2）温度、时间
　　
　　大多数酸洗是在常温下进行的，当使用加热酸洗时，一般控制在40℃～70℃之间，虽然温度对酸洗能力的提高影响较大，但温度过高会加剧对工件、设备的腐蚀，对工作环境的影响也非常不利；并且在完全除去锈迹的前提下，酸洗时间应尽可能短，以减少铝材的腐蚀和氢脆的影响。因此处理过程中应严格控制槽液的温度和工件的处理时间。
　　
　　（3）污染老化
　　
　　酸液在除锈过程中，会不断带入油污或其它杂质，其中的悬浮杂质可通过刮捞的方式进行去除；当可溶性的铁离子超过一定含量时，槽液的除锈效果不但会大大降低，而且过量的铁离子随工件表面的残液混入磷化槽内，加速磷化槽液的污染老化，严重影响工件的磷化质量，一般酸液的铁离子含量应控制在不超过6%~10%为宜。超过控制指标时必须更换槽液。
　　
　　3、表调
　　
　　表面调整剂可以消除工件表面因碱液除油或酸洗除锈所造成的表面状态的不均匀性，使铝材表面形成大量的极细的结晶中心，从而加快磷化反应的速度，有利于磷化膜的形成。
　　
　　（1）水质的影响
　　
　　槽液所用水质中如所含水锈严重、钙镁离子含量较大，会影响表调液的稳定性，槽液配制时可预先添加软水剂以消除水质对表调液的影响。
　　
　　（2）使用时间
　　
　　一般表调剂采用的是胶体钛盐，其存在胶体活性，当使用时间较长或所含杂质离子较多时胶体活性会丧失，此时胶体的稳定状态被破坏，槽液沉淀分层，呈絮状,此时必须更换槽液。
　　
　　4、磷化
　　
　　磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐化学转化膜称之为磷化膜。客车涂装常用的是低温锌系磷化液.磷化的主要目的是给基体铝材提供保护，在一定程度上防止铝材被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。磷化是整个前处理工艺最为重要的一个环节，其反应机理复杂且影响因素较多，因此磷化槽液相对于其它槽液的生产过程控制要复杂得多。
　　
　　（1）酸比(总酸度与游离酸度的比值)
　　
　　提高酸比可加快磷化反应速度，使磷化膜薄而细致，但酸比过高会使膜层过薄，易引起磷化工件挂灰；酸比过低，磷化反应速度缓慢，磷化晶体粗大多孔，耐蚀性低，磷化工件易生黄锈。一般来说磷化药液体系或配方不同其酸比大小要求也不同。
　　
　　（2）温度
　　
　　槽液温度适当提高，成膜速度加快，但温度过高，会影响酸比的变化，进而影响槽液的稳定性，同时膜层晶核粗大，槽液出渣量增大。
　　
　　（3）沉渣量
　　
　　随着磷化反应的不断进行，槽液内的沉渣量会逐渐增多，过量的沉渣会影响工件表面的界面反应，导致磷化膜发花、挂灰严重，甚至不成膜，因此槽液必须根据处理的工件量和使用时间适时进行倒槽，进行清渣除淤。
　　
　　（4）亚硝酸根NO-2（促进剂浓度）
　　
　　NO-2可加快磷化反应速度，提高磷化膜的致密性和耐腐蚀性，含量过高时使膜层易出现白点或发彩现象；过低，成膜速度缓慢，磷化膜易生黄锈。
　　
　　（5）硫酸根SO2-4
　　
　　酸洗液浓度过高或水洗控制不好都易导致磷化槽液内硫酸根离子增高，过高的硫酸根离子会减慢磷化反应速度，使磷化膜晶粒粗大多孔，挂灰严重，磷化膜的耐蚀性降低。
　　
　　（6）亚铁离子Fe2+：
　　
　　磷化溶液中含亚铁离子量过高时，会使常温磷化膜防腐能力下降；会使中温磷化膜晶粒粗大，表面浮白灰，防腐能力下降；会使高温磷化液沉渣量增大，溶液变混浊，同时游离酸度升高。
　　
　　5、钝化（封闭）
　　
　　钝化的目的是封闭磷化膜孔隙，提高磷化膜耐蚀性，特别是提高漆膜的整体附着力和耐腐蚀性。目前一般采用含铬处理和无铬处理两种方式，然而有一些用碱性无机盐型钝化（大部分含磷酸盐，碳酸盐，亚硝酸盐，磷酸盐等），这些物质严重损害漆膜的长期附着力和耐蚀性。
　　
　　6、水洗
　　
　　水洗的目的是清除工件表面从上一道槽液所带出的残液，水洗质量的好坏可直接影响工件的磷化质量和整个槽液的稳定性。水洗槽液一般控制以下内容：
　　
　　（1）淤泥残渣含量不能过高。含量过高易出现工件表面挂灰。
　　
　　（2）槽液表面应无悬浮杂质。一般水洗方式采用溢流水洗，以保证槽液表面无悬浮油污或其它杂质。
　　
　　（3）槽液PH值应接近于中性。PH值过高或过低都容易引起槽液串槽，从而影响后续槽液的稳定性。