CN103074623A - 一种节能环保型涂装前的锆化处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种节能环保型涂装前锆化处理工艺。该工艺依次包括预脱脂、主脱脂、一次水洗、二次水洗、锆化处理、三次水洗、干燥、涂装步骤。本发明的处理工艺不需要加温和表面调整，解决中温磷化能耗高、环境污染大的问题。相对于传统的涂装前磷化处理工艺，利用本发明的工艺可使新线建造成本降低，前处理综合能耗大幅下降，避免磷化技术产生的沉渣问题和磷、亚硝类化合物和重金属镍等严重环境污染产物的排放问题，从而大幅降低污染物排放量。

Description

一种节能环保型涂装前的锆化处理工艺

技术领域

本发明属于金属涂装前处理领域节能环保利用技术，涉及一种节能环保型涂装前的锆化处理工艺。

背景技术

金属材料在使用过程中会受到环境中腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀而发生腐蚀。金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个部门，金属腐蚀给国民经济造成了巨大损失。据发达国家统计，每年因腐蚀造成的损失占国民生产总值的1%～4%，据我国权威部门统计，我国每年因腐蚀造成的损失占国民生产总值的4%。因此，金属腐蚀防护技术的应用至关重要。在各类防腐蚀方法中，采用涂装保护是应用最为广泛的腐蚀防护方法。

传统方法中，脱脂、表调、磷化和钝化工序称为涂装前处理工序。磷化工序是金属表面处理各工序中技术含量最高的工序之一，也是整个涂装工序中至关重要的工序。所谓磷化，是指把金属工件经含有磷酸二氢盐的酸性溶液处理，发生化学反应而在其表面生成一层稳定的不溶性磷酸盐膜层的方法，所生成的膜称为磷化膜。磷化膜的主要目的是提高漆膜与金属的附着力，使漆膜与板材更牢固的黏附在一起，从而提高涂层的防腐蚀能力。磷化的质量直接影响到金属材料的防腐蚀性能。磷化液的主要问题一是化学试剂的用量大，成本高，二是不仅含磷，而且含有亚硝类化合物和重金属镍等，严重污染环境，三是处理金属过程中有大量污染残渣和废水排出，四是要达到理想效果常常需要加温，需要大量能耗，五是要达到较好防锈效果，常常需要铬酸盐封闭处理，而铬酸盐属于一类限排污染物。

为了解决污染问题，磷化替代技术应运而生。我们在磷化替代领域相继申请了CN101033363、CN102051611A、2012103086363、2012103085144等专利，这些专利没有对锆化工艺进行专门研究阐述。本专利结合应用过程中的工艺情况与中温磷化工艺进行对比。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种节能环保型涂装前的锆化处理工艺，解决中温磷化能耗高、环境污染大的问题。该工艺简单、成本低、环保，且有效提高了涂料与金属件的附着力。

为了实现本发明的目的，采用如下技术方案。

一种涂装前的锆化处理工艺，包括如下步骤：

①脱脂：将工件依次在预脱脂槽和主脱脂槽中进行脱脂；

②水洗：将脱脂后的工件在水洗槽1进行一次水洗，再放在水洗槽2中进行二次水洗；

③锆化处理：将水洗后的工件在锆化剂槽中进行工件表面膜层处理；

④三次水洗：将膜层处理后的工件在水洗槽3中进行三次水洗；

⑤水洗后的工件经干燥后即可涂装。

本发明所述工件在预脱脂槽中脱脂时，脱脂时间为1-3分钟,预脱脂槽液的游离碱度为4-8，pH为11-14。

本发明所述工件在主脱脂槽中脱脂时，脱脂时间为1.5-5分钟,主脱脂槽液的游离碱度为4-8，pH为11-14。

预脱脂主要用于涂装前处理过程中，首先去除大多数油污的作用，也可以对基材进行升温，防止主脱脂液温度降低太快和减少污染。预脱脂应用到一定时间后，槽液中污染物达到一定程度就需要清槽，将主脱脂槽液转移到预脱脂，这样保持主脱脂的油污尽量保持在比较低的程度，保证金属板材经过脱脂工序不会有油污，保证后续的锆化处理效果，并能有效降低方法的成本。

用于预脱脂和主脱脂的脱脂液为含氢氧化钠的碱液。碱液优选为大连九合表面技术有限公司的脱脂剂625。

本发明所述一次水洗时间为0.5-1.5分钟,二次水洗时间为0.5-1.5分钟，三次水洗时间为0.5-1.5min。

本发明所述工件进行一次水洗和二次水洗时，所用水洗液均为自来水或硬度小于250的低硬度水；所述三次水洗时，所用水洗液为无离子水或硬度小于250的低硬度水。

本发明所述锆化处理采用喷淋处理或浸泡处理，其中喷淋处理时间为0.5-2min，喷淋压力为0.08-0.10MPa；浸泡处理时间为2-5min。

上述锆化处理时，槽液的pH控制为4.5-5.4，槽液的pH值可采用大连九合表面技术有限公司的促进剂来调节。

本发明所述锆化剂为大连九合表面技术有限公司的JH-901或JH-902或JH-901和JH-902的混合物。所述锆化剂中主要功能成分为氟锆酸，利用氟锆酸的水解反应在金属基材表面形成一种化学性质稳定的无定型氧化物转化膜，转化膜依靠锆化物与金属底材形成强烈的结合力，依靠有机高分子与涂料强烈的结合，从而获得性能良好的金属表面皮膜，达到优异的附着力和防腐能力。本发明的方法中，锆化剂在金属表面形成的化学转化膜，不同于磷化反应的金属表面的磷化物结晶析出，因此本发明的方法不需要进行磷化处理方法的表面调整步骤，有效降低成本。

在本发明处理方法的所有步骤均在室温中进行。其中，本发明的锆化处理在室温中，对工件表面迅速形成膜层，有效克服了传统的磷化处理方法中加温、长时间处理的缺点。

本发明的涂装前锆化处理方法包括预脱脂→主脱脂→一次水洗→二次水洗→锆化处理→三次水洗→干燥→涂装步骤，如图1。而一般新建电器线磷化涂装前处理标准方法包括预脱脂→主脱脂→一次水洗→二次水洗→表调→磷化处理→三次水洗→四次水洗→干燥→涂装步骤，如图2。可知，本发明的锆化处理技术作为磷化替代技术，与磷化技术有较大差别:

(1)本发明的方法不需要表面调整，锆化处理后只需水洗一次即可满足涂装前处理要求，有效简化步骤，减少用水量，大幅降低方法成本。

(2)金属的铬化处理在常温下即可迅速反应，不需要磷化处理对槽液的加温处理，不需要磷化处理的大量助剂和表调剂，可以节省大量的运行开支，降低成本。

（3）本发明的方法不产生沉渣、无磷化处理的磷、亚硝类化合物和重金属镍等，严重环境污染产物，是一种安全、环保的涂装前处理方法。

（4）本发明的方法可以省略表调槽、多步水洗设备、除渣设备，投资少、降低成本。

（5）锆化剂在金属表面形成化学转化膜,形成的前处理转化膜不仅与金属底板有较好的结合力，而且还与高分子涂料具有强的结合能力，锆化处理的工件具有良好的防腐性能。

附图说明

图1为本发明的涂装前锆化处理工艺流程图

图2为传统的中温磷化处理工艺流程图

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买。

实施例1冷轧钢板涂装前的锆化处理

1.材料的准备

工件：冷轧钢板

预脱脂剂：大连九合表面技术有限公司脱脂剂625

主脱脂剂：大连九合表面技术有限公司脱脂剂625

锆化剂：JH901和JH-902为购自大连九合表面技术有限公司。

2.涂装前的锆化处理工艺包括如下步骤：

处理方法流程为：预脱脂→主脱脂→一次水洗→二次水洗→锆化处理→三次水洗→干燥→涂装。

在上述方法流程中的各步骤的条件见表1。

表1涂装前锆化处理工艺各步骤的条件

①预脱脂：工件在预脱脂槽中进行高压脱脂；预脱脂时，槽液温度为室温，喷淋压力为0.10～0.15MPa，预脱脂时间为150s。预脱脂剂在槽液中的浓度为1.7%，配槽时加自来水至3/4的工作液面，打开喷淋系统，再加入预脱脂剂后，补水到工作液面，槽液pH为14，游离碱度为8。

②主脱脂：将预脱脂好的工件放入主脱脂槽中进行高压除油处理；主脱脂时，槽液温度为室温，喷淋压力为0.10～0.15MPa，主脱脂时间为180s。主脱脂剂在槽液中的浓度为3%,配槽时加自来水至3/4的工作液面，打开喷淋系统，再加入主脱脂剂后，补水到工作液面，槽液pH为14，游离碱度为8。

在上述预脱脂和主脱脂方法中：用脱脂剂控制槽液的碱度,根据游离碱点数添加适量脱脂剂，使槽液碱度维持在所定的范围内。槽液的游离碱数每四小时测量一次，总碱三天测试一次。另外，所用脱脂剂，推荐每2周放配槽一次，连续2～3次后可正常使用。正常使用后3～6月放槽一次，具体视槽液油污状况。

游离碱的检测方法：用移液管将10毫升样品移入250毫升的锥形烧杯中，加3-4滴酚酞指示剂。用0.1N硫酸（或0.1N盐酸）溶液滴定，使样品颜色由红色变为无色时为终点，所消耗的0.1N硫酸（或0.1N盐酸）溶液的毫升数，即为游离碱的值。

③水洗：将脱脂后的工件放在一次水洗槽中进行一次水洗，水洗时间为60s,喷淋压力为0.05～0.08MPa，槽液温度为室温；一次水洗后的工件放在二次水洗槽进行二次水洗，水洗时间为60s,其他条件与一次水洗条件相同。

在上述水洗的一次水洗和二次水洗，所用水均为自来水，水质的硬度小于250，每天测定一次。

④锆化处理：将水洗后的工件放在锆化处理槽中进行工件表面膜层处理，槽液温度为室温，处理时间为60s,喷淋压力为0.08～0.10MPa。配槽时，处理槽中加入去离子水至3/4的工作液面，打开喷淋系统，加入901和JH-902后，补水到工作液面，JH901在槽液中的浓度为4%，JH902在槽液中的浓度为1%。用JH-902来调节槽液pH值控制在4.5～5.4之间，pH值每四小时测量一次,建议每天生产前将配槽的泵全部打开，循环20～30分钟。

⑤三次水洗：取出锆化处理后的工件，放在三次水洗槽中进行水洗，水洗时槽液温度为室温，水洗时间为60s,喷淋压力0.08～0.10Mpa。水洗用水为去离子水，水质控制要满足硬度小于250，水电导率低于350μS/cm。

⑥将最后水洗后的工件，用常规方法干燥后，即可涂装。

用本发明的处理工艺处理涂装前的工件，处理所需时间短，处理过程均可以在室温中进行，不需要加热，省能耗；在处理过程中不产生沉渣、无磷化处理的磷、亚硝类化合物和重金属镍等严重环境污染产物，用本发明的工艺处理的工件，涂装时，金属表面和涂料结合力强，工件的防锈功能较好。

实施例2涂装前锆化处理后工件性能检测

按实施例1的方法处理好的镀锌板（宝钢，卷牌号为440WD Z）和铝板（沈阳利百达铝业有限公司的5754铝板），涂装后进行涂层性能测试。涂装用涂料为北京圣联达金属粉末有限公司的环氧型粉末涂料。

一次附着力试验：通过百格刀，形成100个1mm的四方网格后，通过玻璃纸胶带进行剥离，通过涂膜的个数进行评价。

二次附着力试验：将涂装工件在沸腾的水中浸渍两小时后，进行与一次附着力相同的检测评价。

冲击试验：根据GB/T 1732-1993漆膜耐冲击测定法。

杯突试验：根据GB9753-88色漆和清漆杯突试验。

盐雾试验：中性盐雾试验（NSS试验）采用5%的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围（6～7）作为喷雾用的溶液,试验温度均取35℃。酸性盐雾试验（ASS试验）是在5%氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的PH值降为3左右,其它条件与中性盐雾试验相同。

根据GB/T 6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》，对喷涂样品进行酸盐雾试验，观察涂层表面的变化。其中对镀锌板的涂层进行500h中性盐雾试验，对铝板进行1000h酸性盐雾试验。

判断标准：附着力和二次附着力试验按百格试验涂膜无脱落为OK，冲击试验和杯突试验观察漆膜没有裂纹、皱纹及剥落等现象为OK。表2的盐雾试验中数据为划痕处漆膜最大脱落宽度，根据标准规定，划痕处最大脱落小于2mm为合格。

表2镀锌板和铝板性能测试结果

由表2的结果可知，应用以上锆化方法涂装后的冷轧板、镀锌板和铝材的一次附着力、二次附着力、冲击试验、杯突试验、盐雾试验均达到合格标准，并盐雾试验中试样表面均未出现腐蚀现象。

Claims (9)

1.一种涂装前的锆化处理工艺，其特征在于包括如下步骤：

①脱脂：将工件依次在预脱脂槽和主脱脂槽中进行脱脂；

②水洗：将脱脂后的工件在水洗槽1进行一次水洗，再放在水洗槽2中进行二次水洗；

③锆化处理：将水洗后的工件在锆化槽中进行工件表面膜层处理；

④三次水洗：将膜层处理后的工件在水洗槽3中进行三次水洗；

⑤水洗后的工件经干燥后即可涂装。

2.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述工件在预脱脂槽中脱脂时，脱脂时间为1-3min,预脱脂槽液的游离碱度为4-8，pH为11-14。

3.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述工件在主脱脂槽中脱脂时，脱脂时间为1.5-5min,主脱脂槽液的游离碱度为4-8，pH为11-14。

4.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述一次水洗时间为0.5-1.5min,二次水洗时间为0.5-1.5min，三次水洗时间为0.5-1.5min。

5.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述一次水洗和二次水洗时，所用水洗液均为自来水或硬度小于250的低硬度水；所述三次水洗时，所用水洗液为无离子水或硬度小于250的低硬度水。

6.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述锆化处理采用喷淋处理或浸泡处理，其中喷淋处理时间为0.5-2min，喷淋压力为0.08-0.10MPa；浸泡处理时间为2-5min。

7.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述锆化处理时，锆化槽液的pH为4.5-5.4。

8.根据权利要求1所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于所述锆化处理时，所用锆化剂为市售的JH-901或JH-902或JH-901和JH-902的混合物。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的涂装前的锆化处理工艺，其特征在于整个步骤均在常温中进行。

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