汽车涂装前处理磷化结晶粗厚缺陷研究

磷化膜是车身良好漆面质量的基础，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如图1所示。

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。本文通过对一次磷化结晶粗厚的原因进行调查解析，进一步研究了涂装生产现场表调液的变化过程及其对磷化结晶的影响。

1. 背景介绍

某汽车涂装车间前处理出现磷化结晶粗厚缺陷（如图2所示）。车身磷化膜结晶尺寸和皮膜质量分析结果如表1所示。

图2 冷轧板和镀锌板磷化膜的SEM照片

表1 磷化膜结晶尺寸和皮膜质量分析结果

由表1可以看出，磷化结晶尺寸和皮膜质量均超出管理基准，需要进行调查解析。该涂装车间采用液体表调配套磷化前处理，前处理工艺流程为：预水洗（浸洗）→预脱脂（喷淋）→脱脂（浸洗）→水洗1（浸洗）→水洗2（喷淋）→表调（浸洗）→磷化（浸洗）→水洗3（浸洗）→水洗4（喷淋）→循环纯水洗（浸洗）→新鲜纯水洗（喷淋）。

2. 调查解析

为了确定磷化膜结晶异常的影响因素，调查了现场表调液和磷化液的工艺参数，并对表调液和磷化液进行了交叉配套试验。

2.1主要原料

前处理线的表调液､磷化液由帕卡濑精有限公司配置，前处理线用的纯水由生产现场自制;冷轧钢板和镀锌钢板采用车身板材，由武汉钢铁公司提供;分析用的0.1mol/L的NaOH溶液､0.1mol/L的EDTA（乙二胺四乙酸）溶液､pH=5.5的缓冲溶液､15%的HCl溶液､酚酞指示剂､二甲酚橙指示剂､溴酚蓝指示剂和氨基磺酸均由帕卡濑精有限公司提供。

2.2主要工艺参数定义及测量方法

表调液浓度：按照帕卡濑精有限公司提供的方法进行滴定，滴定过程中每消耗1mL的滴定液，对应表调液浓度记为1。

磷化液总酸：取10mL磷化液到200mL锥形瓶中，加入4滴酚酞指示剂混合均匀，用0.1mol/L的NaOH溶液进行滴定，颜色由无色至淡红色，滴定终止。滴定过程中每消耗1mL的滴定液，对应磷化液的总酸记为1。

磷化液游离酸：取10mL磷化液到200mL锥形瓶中，加入4滴溴酚蓝指示剂混合均匀，用0.1mol/L的NaOH溶液进行滴定，溶液颜色由黄绿色至蓝紫色，滴定终止。滴定过程中每消耗1mL的滴定液，对应磷化液的游离酸记为1。

磷化促进剂浓度：取磷化液至发酵管中，使发酵管中无气泡产生，加入2~5g氨基磺酸后迅速翻转，放置2min后通过排液法读取发酵管内生成气体的刻度值。发酵管内每生成1mL气体，对应磷化促进剂的浓度记为1。

磷化液的离子浓度采用离子色谱仪（ICS-1500，美国戴安）和电感耦合等离子光谱发生仪（ICP，P-4010，日本日立）分析。

磷化膜形貌采用SEM（HitachiSU70，日本日立公司）分析，磷化皮膜质量采用化学去膜法分析。

2.3槽液工艺参数调查

生产现场的表调液与磷化液工艺参数调查结果如表2所示，表调液和磷化液各工艺参数均在管理基准范围内。

表2 表调与磷化槽液工艺参数

2.4表调液与磷化液交叉配套试验

从生产现场取表调液和磷化液，同时在实验室新配表调液和磷化液，按照生产现场的工艺要求在实验室展开表调液与磷化液的交叉配套试验，通过SEM分析磷化结晶形貌，结果如表3所示。

表3 表调液与磷化液交叉配套试验结果

由表3可以看出，现场取样的表调液不论与现场取样的磷化液或与新配的磷化液配套使用，所形成的磷化膜结晶尺寸均为15~20μm，超出管理基准（