氧化鋯陶瓷轉(zhuǎn)化膜在汽車涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用
2020-04-01(2544)次瀏覽
在汽車涂裝領(lǐng)域,磷化是最常見的前處理技術(shù),車身鋼板磷化后產(chǎn)生一層磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜,在對基體金屬提供保護(hù)的同時,還能提高金屬與涂層間的附著力,所有的汽車在涂漆之前都要對車身進(jìn)行表面磷化處理。但是,傳統(tǒng)的磷化工藝存在高耗能、高污染的缺陷,此外,磷化槽液中的亞硝酸根具有高致癌性,其存儲與使用的要求較高,額外增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)。因此,在“環(huán)保要求+能源成本”雙重驅(qū)動下,以新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)為代表的“無磷成膜”技術(shù)已經(jīng)成為汽車綠色涂裝的發(fā)展共識。
氧化鋯陶瓷成膜技術(shù)是“一步法成膜”,意即采用一種表面處理劑對金屬表面進(jìn)行處理。鋼鐵表面氧化鋯陶瓷成膜原理圖,其主要材料為氟鋯酸和鋯鹽,氟鋯酸和鋯鹽直接與金屬基材直接反應(yīng),生成的氧化鋯陶瓷膜附著在金屬基材表面,發(fā)揮防腐作用。
H2ZrF6+M+2H2O→ZrO2+M2++4H++6F++H2
其中M=Fe,Zn,Al,Mg
上述反應(yīng)會形成一種“ZrO2-M-ZrO2”溶膠結(jié)構(gòu),其交聯(lián)密度大,繼續(xù)凝聚沉積,最終產(chǎn)生ZrO2納米陶瓷轉(zhuǎn)化膜。
在膜性能上,氧化鋯轉(zhuǎn)化膜所形成的陶瓷涂層完全可以取代傳統(tǒng)的磷化膜,此外,氧化鋯轉(zhuǎn)化膜還具有質(zhì)輕的特點,其膜厚為50nm左右。低膜厚意味著膜重低,傳統(tǒng)的磷化膜重量常為2-3g/m2,氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重只有20-200mg/m2.因供應(yīng)商提供原材料的不同,氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重也有差別,但總體來說,要比傳統(tǒng)的磷化膜重低200倍左右。所示的是在鍍鋅鋼板上新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的X射線光電子波譜圖,從圖中可以看出,奇瑞汽車公司實驗室制出的氧化鋯轉(zhuǎn)化膜厚可以降到30-35nm。
在工藝流程上,新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)更為簡單成膜速度很快,一般形成完整的膜只需30s左右,可大幅降低了水消耗、廢水處理、能源和人力等過程成本。分別為傳統(tǒng)磷化工藝流程圖和氧化鋯轉(zhuǎn)化膜工藝流程圖。
從對比看出,新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜取代傳統(tǒng)的表調(diào)、磷化和鈍化工藝,縮短工藝流程,減少了投資和過程控制成本。同時,新工藝適用于多種金屬(Fe、Zn、Al、Mg),因此各種板材可以混線處理,在處理時,鍍鋅板和鋁板沒有廢渣形成,僅在處理冷軋板時才產(chǎn)生少量渣,但產(chǎn)生的廢渣可以采用傳統(tǒng)的磷化除渣系統(tǒng)很容易清除,不會堵塞噴嘴,對涂層性能和電泳涂層外觀不會產(chǎn)生任何負(fù)面影響。
在所需投資設(shè)備上,與原有涂裝工藝和涂裝設(shè)備基本相容,無需進(jìn)行大的設(shè)備改造。
日常工藝管理上,新型氧化鋯成膜技術(shù)的槽液非常穩(wěn)定且容易控制,平時生產(chǎn)中只需控制好溫度和PH值,不像鋅系磷化一樣,每天都要定期檢測總酸、游離酸以及鋅、鎳、錳的含量等許多參數(shù),節(jié)省了大量的工藝管理費(fèi)用。
氧化鋯成膜技術(shù)在國外應(yīng)用較早,德國漢高集團(tuán)在這一領(lǐng)域擁有絕對的話語權(quán)。2002年,漢高公司就率先推出了適合多種板材的鋯化前處理工藝材料;2008年,通用公司在巴西SanJose Dos Campos工廠采用了漢高的鋯化前處理材料,同期,福特TwinCity工廠也采用了漢高的前處理材料。
國內(nèi)方面,直到2013年,觀致汽車首次在國內(nèi)汽車生產(chǎn)線上采用氧化鋯轉(zhuǎn)化膜汽車前處理技術(shù)。
“環(huán)保要求+能源成本”的雙重需求推動綠色涂裝技術(shù)不斷發(fā)展,涂裝工藝及其設(shè)備投資,是汽車整車廠耗能最高、投資最大的一部分,而前處理轉(zhuǎn)化膜材料是汽車涂裝的關(guān)鍵一環(huán)。氧化鋯陶瓷轉(zhuǎn)化膜相比傳統(tǒng)磷化工藝,在保證基本性能要求的同時,還擁有質(zhì)量輕、生產(chǎn)快的特點,并且,磷化轉(zhuǎn)鋯化工藝切換較為簡單,日常工藝管理更為簡化,已經(jīng)獲得包括主機(jī)廠、供應(yīng)商、涂裝材料公司三方的共同認(rèn)可,“無磷成膜”為代表的氧化鋯陶瓷成膜技術(shù)已經(jīng)成為綠色涂裝的發(fā)展趨勢。
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