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  无磷转化剂  
   

无磷转化膜的介绍 New!


■ 许志诚 徐浩平
■ 江苏昆山青烽精细化工有限公司


1.前言:

随着环保要求的日趋重要,传统的磷化工艺含磷、镍及沉渣处理问题,已逐渐无法符合现代环保的需求,新一代无磷环保转化工艺能在金属表面形成纳米级薄膜,具有增强涂装附着力和耐腐蚀功能,可处理钢铁、锌、铝及其合金材料是替代传统磷化处理工艺的优良选择。

2.无磷转化膜的反应机理

溶胶-凝胶法的概念
溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。这些凝胶经过干燥、烧结固化可制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

目前较成熟的无磷转化膜技术可分为金属氧化物系及硅烷系两种,以下就金属氧化物系转化膜进行介绍,金属氧化系无磷转化膜,是金属在酸性溶液中的电化学反应与惰性氧化物胶体在金属(铁、锌、铝及其合金)表面,凝聚沉积转化成具有纳米级的复合金属氧化物膜层,而具有ZrO2的转化膜处理是在酸性H2ZrF6溶液里进行,主要反应如下:

酸蚀反应
H2ZrF6 + Me + 2H2O → ZrO2 + Me2+ + 4H+ + 6F+ + H2
Me:Fe、Zn、Al金属基材

惰性氧化物的反应
1.水解反应
ZrOCl2 + H2O → ZrO(OH)2 + 2HCl
氢氧化锆是一种白色凝胶,可溶解在稀酸中,并生成溶胶

2.缩聚反应
Me≡Zr-OH + HO-Zr≡Me → Me≡Zr-O-Zr≡Me + H2O

上述反应根据溶胶-凝胶原理,形成一种ZrO2-Me-ZrO2 的溶胶粒子结构,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ZrO2-Me-ZrO2溶胶结构,凝聚沉积产生具有纳米级的ZrO2转化膜。




无磷转化膜处理工艺:



无磷转化膜工艺管控:

工艺

喷淋

浸泡

使用比例

10~20g/L

20~30g/L

温度

常温

常温

处理时间

1.5~3分

2~5分

PH值

3.8~4.8(最佳4.0)
或游离酸0.1~0.3pt

3.7~4.7(最佳4.0)
或游离酸0.2~0.3pt

成膜浓度

8~45pt

12~58pt

平时通过补加,却保持槽液浓度正常。建议槽液经循环过滤设备过,避免杂质
累积。当槽内累积较多的杂质时,建议更换槽液。

无磷转化膜与磷化处理的区别:

对比专案

锌系磷化处理

无磷转化处理

膜重

2~4 g/m2

50~200 mg/ m2

膜厚

3~10μm

20~50 nm

处理温度

35~45℃

常温

处理时间

喷淋:3~5 min

喷淋:1~3 min

 

浸泡:5~10 min

浸泡:2~5 min

沉渣

1~2 g/m2

减少90%以上

重金属、磷酸盐

镍、锰、磷

表调工序

需要

不需要

能耗成本

100

50

污水处理成本

100

40

无磷转化膜的优点:

1.无磷前处理工艺,不含有重金属镍、铬成分,减轻废水处理和环境负担。
2.具有增加涂料结合力、防止腐蚀的功能,可替代传统铁系磷化。
3.适用于钢铁、锌、铝多种金属前处理。
4可兼容现有的前处理生产线(浸渍或喷淋),节约设备成本。
5.于常温下操作,短的处理时间,无需表面调,可节约成本。
6.几乎没有沉渣,不堵塞喷嘴,减少废弃物处理成本。

CF NO.

使用方法

特长

浓度(%)

温度 (℃)

时间(分)

 

2050A

5%

常温~40

2~5

三价铬皮膜剂,适用多种金属材质

956

2~4%

常温~40

2~5

纳米陶化剂,适用多种金属材质

2101

2~4%

常温~40

1~3

硅锆烷复合转化剂,适用多种金属材质

2102

2~4%

常温~40

1~3

硅烷转化剂,适用电泳涂装

2103

3~5%

常温~40

1~3

硅烷转化剂

 

结语:

目前无磷转化膜产品,已在汽车、家电等工业里实际进行应用,无磷转化膜的产品已逐渐成为未来整各涂装前金属表面处理相关产业发展的重点,为替代传统磷化技术带来新的一波发展高潮,而青烽公司也发展出同性质的产品,加入新一波的产业革命的行列。

参考文献:

1.《现代涂料与涂装》新型氧化锆转化膜技术在汽车行业前处理工艺上的应用
作者:张国忠,强俊(奇瑞汽车股份有限公司,安徽芜湖241009)
2.《汽车工艺与材料》2008年第11期 新转化膜在汽车行业内的应用状况
作者:Terrence R. Giles, Bruce H. Goodreau, William E. Firetad, Jens Kroemer, Michael Frank
3.《安徽建筑工业学院学报》第17卷第5期 钢铁度锌层纳米陶瓷转化膜的制备及性能
作者:童亚军、何宗文、章祥林
4.《腐蚀科学与防护技术》第14卷第2期 溶胶-凝胶法制备的ZrO2涂层对低碳钢腐蚀的防护 作者:李海滨、梁开明、梅乐夫、顾守仁
5.《腐蚀科学与防护技术》第17卷第2期 镀锌层钼酸盐-氟化锆体系钝化工艺研究
作者:肖鑫、龙有前、锺萍、祈燕飞
6.《涂装工业》第39卷第10期 我国汽车涂装的现况及发展趋势
作者:王锡春(中国第一汽车集团,长春 130011)


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