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磷化工艺与陶化工艺的应用浅析
随着国家对工业环保的重视,越来越多的企业开始寻找环保创新之路,为企业能够继续生存打下坚实基础。钣金制作行业表面喷涂的前处理将面临环保政策的严峻考验,生产废水经污水处理后的排放浓度能否达到国家《污水综合排放标准》将迎来新的挑战。 
磷化工艺
磷化工艺常用于镀锌板、热镀锌板、镀铝锌板、冷轧碳钢板的前处理工序,其处理流程为:预脱脂→主脱脂→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→干燥→喷涂。其中,脱脂主要是依靠脱脂剂对金属基材表面污物的溶解作用,依靠表面活性剂对污物润湿、渗透、分散等物理作用,使污物成为可溶解或者可分散的,达到金属表面清洁。表调是用磷酸肽胶体溶解处理,由于胶力表面能很高,对金属表面有极强的吸附作用,胶体的微粒吸附在金属表面上,形成一层均匀的吸附层,磷化时这层极薄的吸附层就是一层分布均匀、数量极多的磷酸盐结晶晶核,因而促进结晶均匀快速形成,限制了大晶体的生长,结果就促使了磷化膜的细化和致密,提高了成膜性,缩短了磷化时间,降低膜厚度,同时也能够消除钢铁表面状态差异对磷化质量的影响。磷化是指在金属基材表面形成一层致密的磷酸盐膜,膜层形状为结晶型,工件在离开清水面后,因其表面良好的均匀润湿性而在 30s内呈现水膜连续不破的一种状态。锌系磷化膜颜色呈灰色、灰黑色。 
陶化工艺
陶化工艺常用于镀锌板、热镀锌板、镀铝锌板、冷轧碳钢板、3 ~6系铝板以及不锈钢304、410、430的前处理工序,其处理流程为:预脱脂→主脱脂→水洗→水洗→陶化→水洗→水洗→干燥→喷涂。其中,陶化是指酸性溶液中的电化学反应生成惰性氧化物胶体,在金属(铁、锌、铝及其合金)表面凝聚沉积(根据溶胶、凝胶原理形成一种溶胶粒子结构,溶胶粒子具有很强的凝聚功能)。随着反应的进行,逐渐形成三维网状的溶胶结构,凝聚沉积转化成具有纳米级的有机或无机复合转化膜。陶化膜外观呈均匀金黄色,甚至为蓝紫色。 
陶化与磷化的工艺对比
⑴工艺简单化:陶化工艺中取消了表调工序,省去了复杂的除磷部分,操作过程中只需要监测pH 和锆点,pH=4.8~5.5,而且药剂添加量相比磷化有较大的减少。 
⑵节能:陶化回流水可进行循环使用,成本低、系统长度缩短,容易控制、质量稳定,符合工业环保理念。 
⑶环保:磷化液中含有磷、锌、镍、锰等重金属元素,含有硝酸盐、亚硝酸盐等致癌物质,需要面临环保和繁琐的污水处理工艺等多重压力;陶化液中不含有磷、锌、镍、锰等重金属元素,污水处理量少,可缓解环保压力,节省污水处理成本,优异的环保工艺不产生有害物质。 
⑷沉渣:磷化工艺有大量沉渣产生,沉渣容易堵塞喷淋管道,维护成本相对较高,且对设备使用寿命有一定影响。陶化属微渣或无渣处理,几乎不涉及对喷淋设备的清理和维护,排放物和淤渣无磷无渣无毒害及重金属;磷化沉渣量不超过 2.5g/m2,陶化沉渣量不超过50mg/m2。 
⑸ 磷 化 工 艺 pH为2 ~3,陶化工艺pH为4.8~ 5.5,陶化工艺酸碱性指标明显低于磷化工艺。 
⑹适用范围广:陶化工艺可用于多种金属的处理,冷轧板、镀锌板、电镀锌板、铝板均可混线处理。 
陶化与磷化的试验对比
结合两种前处理液不同的性能,分别对304不锈钢板、铝板、镀锌板、镀铝锌板和碳钢板五种基础素材进行前处理,随后,喷涂丙烯酸树脂涂料,固化并冷却后,对样件进行附着力、抗冲击、耐腐蚀性能测试。其中,测试要求:附着力为 0级,耐冲击为随线试40kg/cm,耐腐蚀性为 240h、单面不超过2mm;参考标准:附着力参照 GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》,耐冲击参照GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击性测定法》,耐腐蚀性参照GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》;涂层厚度:80 ~120μm。 
⑴附着力测试结果对比,如图1所示,图1中“○”表示不合格,由图 1可知,磷化工艺附着力两项不合格,陶化工艺附着力一项不合格。 

图 1 附着力测试结果对比 
⑵抗冲击测试结果对比,如图2所示,图2中“×”表示不合格,由图 2可知,磷化工艺抗冲击三项不合格,陶化工艺抗冲击一项不合格。 

图 2 抗冲击测试结果对比 
⑶耐盐雾试验测试时间为 240h,结果对比如图 3所示,图3中“×”表示不合格,由图3可知,磷化工艺耐盐雾有两项不合格,陶化工艺耐盐雾有一项不合格。 

图 3 耐盐雾试验测试结果对比 
经过磷化工艺和陶化工艺处理后,对五种样件附着力、抗冲击、耐腐蚀性能测试结果进行统计,如表 1所示。 

表1 陶化与磷化喷涂前处理工艺性能测试结果 
经试验数据综合分析可知,陶化工艺适用的材质要比磷化工艺多。在附着力方面,陶化膜层的三维网状结构中由于 Si-O-Me 共价键,提高了膜层与金属基材之间的结合力。此外,硅烷聚合物带有的羟基、氨基官能团在漆膜固化过程中与漆膜发生反应,从而进一步提高了金属基材与漆膜之间的附着力,使陶化膜层中三维网状结构更加稳定,为金属基材提供了优良的耐腐蚀性能。总之,陶化工艺在环保及产品性能指标上都略胜于磷化工艺。 
新型环保陶化工艺应用状况
目前新型陶化工艺已在市场上得到了大量的推广应用,生产效果也得到了相关的验证,对冷板、镀锌板、铝板、不锈钢板、镀铝锌板等多种材料可以进行共线使用,并且附着力和喷涂后500h盐雾测试效果也得到了相关验证,均有不错的效果,而且在目前环保趋势下,众多使用磷化工艺的客户也逐渐转换成陶化工艺。陶化膜外观呈现均匀金黄色,依据材料的不同或者陶化时间的不同,会有相关的颜色变化,或者为蓝紫色,或者为无色,均匀金黄色为标准颜色,如图 4所示。

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