铝合金磷化工艺探讨

第５１卷第８期　２０１３年８月　上海涂料　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＣＯＡＴＩＮＧＳ　Ｖ０１．５１　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１３　铝合金磷化工艺探讨　赵安伟，尹希飞，贾树ｉｆ，０　（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定０７１０００）　≈　摘要：对车身局部应用铝舍金时的磷化工艺进行探讨。指出了应根据情况对涂装工艺进行验　ｊ　证，以确保稳定生产。　＆　关键词：铝合金；磷化工艺；涂装　§　中图分类号：ＴＱ　６３９　０＊　－　÷　ｌ　４　ｊ　∞　∞　∞　一　∞　∞　ｎＥ∞鞭　辩　文献标识码：Ａ　唰｝＃　ｌ　∞　ｍ辨日　＊　｜　４ｗ　批｛ｑ　文章编号：１００９－１６９６（２０１３）０８－００４３－０２　删　目　ｑ　ｔ　｜ｊ　ｉ　》　随着全球环境的恶化，降低能源消耗及降低温　室气体ＣＯ　排放量的呼声越来越高，相关法规要求　也越来越严格，世界各国均在积极开发和应用新技　术。在汽车领域，轻量化就是保证符合以上法规和社　传统磷化工艺最早通常只处理冷轧板，增加镀　锌板处理后也只是进行一些离子含量的小范围调整。　磷化过程主要为金属在酸性条件下腐蚀，然后不稳　定的磷酸氢盐或磷酸二氢盐结合腐蚀出来的金属离　会需求的重要手段。有研究表明，汽车重量每下降　１０％，耗油量将下降８％，ＣＯ　排放量下降４％。车身　轻量化相关的新技术包括了轻质铝合金、以塑代钢、　子在金属表面形成磷化膜，同时不能成膜的离子形　成磷酸盐沉淀，即磷化渣，大体反应过程如下：　Ｆｅ＋２Ｈ３Ｐ０４——　Ｆｅ（Ｈ２ＰＯ４）２＋Ｈ２　Ｔ　热成型工艺以及高强板的应用等。其中，轻质铝合金　能够在保证车身强度及安全的基础上达到车身减重　的目的，最多可减重４０％，因而得到广泛应用。在国　外发达国家，铝合金应用已非常成熟，现在已逐渐向　（游离酸）　　ｌｌ０（氧化剂）　Ｈ２０　　０　１ｒ氢　制、Ｌ—ＦｅＰＯ４＋Ｈ３Ｐ０　＋１／２Ｈ２０　镁铝合金等更高强度和减重的合金方向发展，但在　我国，即使是合资品牌，车身铝合金的应用也不多。　铝合金不仅在强度、延展性及焊接性等方面对　生产工艺提出了新的要求，在涂装前处理电泳方面　也提出了较高的要求，其中以对磷化工艺的影响最　处理镀锌板时，直接在板材表面形成磷酸锌成　分，以及部分含有Ｎｉ、Ｍｎ等离子的磷酸盐成分的磷　大。为此，本文对铝合金磷化工艺进行探讨。　１铝合金磷化工艺　除全铝车身外，多数车身均同时应用铝合金和　镀锌板（包括电镀锌、热镀锌），我国车型还包括了　铝合金具钝性（易被氧化性）且易沉渣，传统磷　化工艺对其处理效果并不好。　（１）铝合金钝化（氧化）　脱脂后的铝合金非常活泼，即使接触空气也容　易形成致密的氧化膜，而磷化工艺所用的促进剂往　往具有氧化能力，极易将铝合金氧化：　冷轧板的应用，即探讨铝合金磷化工艺实质上为铝　合金、镀锌板、冷轧板的混合板材的磷化工艺。　【收稿日期］２０１３—０５—０７　上海涂料　第５１卷　２Ａ１＋３ｌ　Ｏ　ｊ一—｝Ａ１２Ｏ３　致密的氧化铝薄膜难以被传统的磷化液腐蚀，　故难以形成磷化膜。　（２）铝的磷酸盐沉渣　磷酸铝是比磷酸锌等成膜成分更容易形成沉淀　的物质，因此即使铝合金表面未被完全氧化，也只会　有铝的磷酸盐沉渣而不会形成磷化膜，即“铝中毒”。　有研究表明：当磷化液中铝离子含量超过３００　ｍｇ／ｋｇ　时，将不会有磷化膜生成。　ＡＩ＋ＰＯ４　—÷Ａ１ＰＯ４　增加铝合金后的磷化改进措施一般为加入氟化物。　（３）加入氟化物后铝的磷化成膜　Ａ１２Ｏ３＋１　２Ｆ一＋６Ｈ　２［Ａ１Ｆ６　＋３Ｈ２Ｏ　２ＡＩ＋１２Ｆ＋６Ｈ　２［Ａ１Ｆ６］　一＋３Ｈ２　Ｔ　ｌ　Ａ１Ｆ６］　＋３Ｎａ　＿Ｎａ３Ａ１Ｆ６　Ｆ离子与Ａｌ离子形成络合物而脱离铝合金表面，　因此可形成磷酸锌成分，以及部分含有Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ　等离子的磷酸盐成分的磷化膜（图１）。　一一　Ｆ离子含量＜８０ｍｇ／ｋｇ　Ｆ离子含量＞１５０ｍｇ／ｋｇ　图１磷化膜形貌　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ　ｆｉｌｍ　虽然增加Ｆ离子含量能够解决铝合金的磷化成　膜问题，但同时由于Ｆ离子的增加，磷化过程中冷轧　板和镀锌板受到的腐蚀程度也会加重。根据磷化膜　的形成过程，腐蚀程度加重相当于腐蚀过程延长，因　而成膜时间相对减少，严重时将导致局部无膜或磷　化膜疏松。因此，必须经过严格的Ｆ离子含量调整试　验，确定其合适的浓度，同时满足在规定时间内在冷　轧板、镀锌板和铝合金表面形成质量可接受的磷化　膜。必须增加Ｆ离子含量的日常检测工作，根据检测　结果和产量预测添加药剂，防止由于铝合金比例的　变化导致Ｆ离子含量的大幅波动。　通过提高Ｆ离子浓度的方法的缺陷在于只是折　中地满足多种板材磷化的最低要求，并不能同时赋　予各种板材最好的磷化膜，因此各前处理厂家均在　开发新型磷化液，以满足以上要求。凯密特尔的全　新药剂ＧａｒｄｏＦｌｅｘ就是在传统药剂基础上通过改进配　方，将Ｆ离子含量降低了３０％以上，因此可以在不降　低冷轧板和镀锌板磷化膜质量的基础上满足多板材　处理的要求。　同时，钝化工艺虽然在我国和日韩等国一致不受　欢迎，但钝化针对铝合金前处理效果会更加突出，因此　铝合金比例较高的车身亦可以考虑对钝化工艺进行验　证和应用。　（４）铝沉渣的处理　氟铝化钠与传统的磷酸铁沉渣相比具有量大且　不易沉淀的缺点，如果处理不当也会导致刮灰、电泳　漆膜颗粒等弊病，处理对策如下：　第一，增加磷化槽液循环量。由于铝沉渣不易沉　降，因此传统的沉降塔的沉降效果相对较差，此时可　通过增加磷化槽液循环量，如由３次／ｈ增加到４次／ｈ，　采用强制方法进行除渣。　第二，增加槽液表面流速率。此方法适合于铝合　金应用比例较小的情况，如仅发动机罩采用铝合金　时可通过加强表面流速进行除渣，具体措施为增加　表面流喷嘴数量和排布层数，同时增加表面流流速。　第三，提高磷化出槽喷淋压力和流量。此方法具　有一定的“弥补”意图，通过增加车身出槽后的喷淋　压力和流量强制去除沉积在车身表面的磷化渣，此　时喷淋不能有死角，否则会导致局部磷化渣的聚积　而影响漆膜质量。　２结语　铝合金在车身上的应用已越来越广泛，国外甚　至已在开发和应用铝镁合金的车身，增加铝合金后　混合板材的处理不仅需要对磷化工艺进行较大的调　整，脱脂过程对铝合金板材上油污的处理效果及强　碱对铝合金的腐蚀率都有待研究，而由于铝合金的　导电率更高，电泳出现针孔弊病的可能性也在增大。　同时由于涂装工艺的特殊性，几乎８０％以上的工艺　问题都会变成批量产品的质量问题。因此，对涂装工　艺必须进行全面而深入的研究和验证，确保任何状　况下都能够进行稳定的生产。