CN109304287B - 一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺 - Google Patents

一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺。工艺包含以下步骤：将高铝混合车身依次经热水洗，预脱脂，脱脂处理，水洗，表调处理，磷化处理，第一次纯水洗，第二次纯水洗，钝化处理和第三次纯水洗。经过以上工艺处理的汽车车身板材，会在表面形成一层均匀、致密的磷化杂合钝化膜层，相较于传统磷化处理，铝基材表面成膜会更均匀致密，且由于配方中包含的铝离子去除药剂可有效的控制槽液中铝离子的浓度，因此可适应车身中铝材占比较高的场合。

Description

一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及高铝混合车身(镀锌板、冷轧板、铝板)的前处理工艺。
背景技术
随着汽车产业的不断发展，车身材料轻量化已经形成行业共识，中国汽车行业协会也制定了未来汽车车身轻量化的发展方针。
传统的汽车车身用材料使用大量的冷轧板、热轧板及镀锌板，铝板几乎没有或占比很少(5％以下)，而为了达成车身轻量化的目标，势必未来车身铝材占比会逐步升高(30％～80％)，甚至一些高端汽车采用全铝车身设计。相应的，在车身涂装前处理工艺过程中，也就必须对配套药剂做相应的调整以适应这种变化。
在传统的汽车车身涂装前处理工艺中，如果铝材占比高于30％则易发生以下问题：
①在脱脂工序中由于槽液温度较高，PH值较大(＞11.5)，铝材容易发生较严重的碱腐蚀，从而影响后续涂装质量；
②在表调工序中若采用粉体表调药剂，则药剂在铝材表面吸附不充分且晶粒较大，在后续的磷化工序中不易形成致密完整的皮膜；
③在磷化工序中，随着铝材占比的增大，会导致槽液中铝离子含量上升，到一定界限后会影响其他板材(镀锌板、冷轧板)的成膜反应；且含铝的磷化残渣含水量较大，不易沉降，容易黏附在车身上造成后续的涂装不良；
④由于铝材化成性弱于其他板材(镀锌板、冷轧板)，因此通常在铝板上形成的磷化膜膜重低于其他板材，如果各板材表面膜重差异较大则会增加后续电泳涂装时的管理难度及成本。
发明内容
针对传统工艺中铝材占比升高后带来的问题，本发明提供一种适用于整车厂高铝混合车身(铝板占比在30％～80％)的前处理工艺。
本发明采用的技术方案如下：一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，包括如下步骤：
1)热水洗：将高铝混合车身用42～48℃的热水喷淋90～100s；
2)预脱脂：将热水洗后的高铝混合车身用42～48℃的脱脂剂喷淋处理60～70s；
3)脱脂处理：将预脱脂后的高铝混合车身依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的脱脂处理，入槽前用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s，入槽后用42～48℃的脱脂剂浸渍40～50s，出槽后用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s；
4)水洗：将脱脂处理后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍20～30s，出槽后用水喷淋5～10s；
5)表调处理：将水洗后的高铝混合车身于室温下浸渍于表面调整剂中进行表调处理30～40s；
6)磷化处理：将表调处理后的高铝混合车身浸渍于40～45℃的磷化剂中进行磷化处理180～200s；
7)第一次纯水洗：将磷化处理后的高铝混合车身于室温下用纯水喷淋30～40s；
8)第二次纯水洗：将第一次纯水洗后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍10～20s，出槽后用水喷淋5～10s；
9)钝化处理：将第二次纯水洗后的高铝混合车身浸渍于20～35℃的钝化剂中进行钝化处理10～15s后，出槽后用20～35℃的钝化剂喷淋5～10s；
10)第三次纯水洗：将钝化处理后的高铝混合车身于室温下用纯水喷淋15～20s。
进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，所述的高铝混合车身是，车身结构中的铝材板材占比(铝材板材所占面积百分比)为30～80％，其余板材为镀锌板和/或冷轧板和/或热轧板和/或预磷化材质板材。更进一步的，所述的铝材板材采用5000及6000系的铝合金材质。
进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，步骤3)中，所述的脱脂剂由A剂和B剂混合组成；其中，所述的A剂，按重量百分比，由10～20％硅酸盐、20～30％碳酸盐、10～20％氢氧化物、1～5％螯合剂、1～5％铝缓蚀剂和余量水组成；所述的B剂，按重量百分比，由10～20％发泡剂、5～15％抑泡剂、0.1～0.5％碳酸钾和余量水组成。
更进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，按重量比，A剂:B剂＝2：1。
更进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，所述硅酸盐选自偏硅酸钠、硅酸钠和硅酸钾中的一种或二种以上混合；所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾；所述氢氧化物选自氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述螯合剂选自醚羧酸类或EDTA类有机螯合剂；所述铝缓蚀剂选自丙烯酸均聚物和/或丙烯酸共聚物；所述发泡剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠中的一种或二种以上的混合；所述抑泡剂选自乙氧基化烷基醇、脂肪醇聚醚和灯用煤油中的一种或二种以上的混合。
进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，步骤5)中，所述的表面调整剂，按重量百分比，由20～30％磷酸锌、1～5％分散剂和余量水组成。
更进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，所述磷酸锌为正磷酸锌微晶体；所述分散剂为聚丙烯酸钠、焦磷酸钠和CMC中的一种或二种以上的混合。
进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，步骤6)中，所述的磷化剂，按重量百分比，由20～30％磷酸二氢锌、5～10％磷酸二氢锰、1～2％硝酸镍、1～2％硝酸镁、1～2％硝酸铁、2～4％氟硅酸、1～2％氟化氢钠、1～2％氟化氢钾和余量水组成。
进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，步骤9)中，所述的钝化剂由C剂和D剂混合组成；其中，所述的C剂，按重量百分比，由10～20％氟锆酸、1～2％碳酸钠、1～2％硝酸镁、0.5～1％硝酸铁、0.5～1％钼酸铵和余量水组成；所述的D剂，按重量百分比，由15～30％γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1～3％硝酸和余量水组成。
更进一步的，上述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，其特征在于，按重量比，C剂:D剂＝2:1。
本发明的有益效果是：
1、通过本发明的方法进行前处理的高铝混合车身，会在表面形成一层均匀、致密的磷化杂合钝化膜层，相较于传统磷化处理，铝基材表面成膜更均匀致密，且由于配方中包含的铝离子去除药剂可有效的控制槽液中铝离子的浓度，因此可适应车身中铝材占比较高(30～80％)的场合。
2、本发明工艺中脱脂剂配方加入一定量铝材缓蚀剂，可避免铝材过腐蚀。
3、本发明工艺中表面调整剂为粒径0.4μm以下的液体分散药剂，可在各种金属材质上均匀吸附，以保证后续磷化成膜的致密完整且膜重更加趋同。
3、本发明工艺中磷化剂配方中增加氟化物可促进铝材表面形成磷化膜，且降低残渣含水量，便于过滤除去。
4、本发明工艺中钝化药剂采用环保新型锆系加硅烷的成膜体系，取代传统的含铬药剂，更加环保。
附图说明
图1是铝板经不同脱脂剂脱脂处理的SEM图的对比图。
图2是铝板经表调处理和磷化处理的对比图。
图3是铝材在磷化液中表面形成化学膜的原理图。
图4是铝材在钝化液中表面形成化学膜的原理图。
图5是铝板经本发明的前处理工艺后的表面膜层SEM扫描结果图。
图6是铝板经本发明的前处理工艺后的百格及耐冲击实验结果图。
图7是铝板经本发明的前处理工艺后的杯突实验结果图。
图8是铝板经本发明的前处理工艺后的耐中性盐雾(1000H)无扩蚀实验结果图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺
本实施例以整车厂高铝混合车身的铝板为样板，进行前处理工艺实验
(一)前处理工艺包括如下步骤：
1)热水洗
将铝板用42～48℃的热水喷淋90～100s。
2)预脱脂
将热水洗后的铝板用42～48℃的脱脂剂喷淋预处理60～70s；
3)脱脂处理
将预脱脂后的铝板浸渍于42～48℃的脱脂剂中脱脂处理60～70s。
脱脂剂由A剂和B剂按重量比2：1混合制成。
A剂，按重量百分比，由12％偏硅酸钠、21％碳酸钾、10％氢氧化钠、3％EDTA-4Na、5％丙烯酸均聚物、去离子水余量组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
B剂，按重量百分比，由0.3％碳酸钾、20％异构十三醇聚氧乙烯醚、10％脂肪醇聚醚、余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
3.1)对比试验，如图1所示，图1中(a)为A剂中未加入丙烯酸均聚物时，铝板在脱脂剂中处理后的SEM图片，图1中(b)为A剂中加入丙烯酸均聚物时，铝板在脱脂剂中处理后的SEM图片。由(a)和(b)可见，在脱脂剂中加入丙烯酸均聚物时，铝材在脱脂工序中受到的腐蚀显著降低。
4)水洗
将脱脂处理后的铝板浸渍于室温条件(25±3℃)下的工业水中30～40s。
5)表调处理
将水洗后的铝板浸渍于室温条件(25±3℃)下的表面调整剂中进行表调处理30～40s，
表面调整剂，按重量百分比，由20％磷酸锌、2％聚丙烯酸钠和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
6)磷化处理
将表调处理后的铝板浸渍于40～45℃的磷化剂中进行磷化处理180～200s。
磷化剂，按重量百分比，由21％磷酸二氢锌、8％磷酸二氢锰、1％硝酸镍、1％硝酸镁、1％硝酸铁、3％氟硅酸、1％氟化氢钠、1％氟化氢钾、余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
6.1)对比试验：如图2所示，PL-ZN为常规粉体表调剂，PL-X为本发明的液体表面调整剂，5000Al及6000Al分别代表5000及6000系的铝合金板材，图2显示，不同种类的样板在两种表调剂处理后再经过磷化成膜，之后经1500倍的SEM扫描结果，由图2结果可见，使用本发明的表面调整剂可以使铝板上磷化膜完整致密。铝材在磷化液中表面形成化学膜的原理如图3所示。
7)第一次纯水洗
将磷化处理后的铝板用室温条件(25±3℃)下的纯水喷淋30～40s；
8)第二次纯水洗
将第一次纯水洗后的铝板浸渍于室温条件(25±3℃)下的纯水中15～20s；
9)钝化处理
将第二次纯水洗后的铝板浸渍于20～35℃的钝化剂中进行钝化处理15～20s。
钝化剂由C剂和D剂按重量比2：1混合制成。
C剂，按重量百分比，由16％氟锆酸、1％碳酸钠、1％硝酸镁、0.8％硝酸铁、0.5％钼酸铵和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
D剂，按重量百分比，由2％硝酸、20％γ-氨丙基三乙氧基硅烷和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
图4为铝材在钝化液中表面形成化学膜的原理图。
10)第三次纯水洗
将钝化处理后的铝板用室温条件(25±3℃)下的纯水喷淋15～20s。
(二)效果
采用本发明工艺处理过的铝板，如图5所示，可在基材表面形成一层致密的以磷酸锌为主，氧化锆及硅烷为辅的混合膜层(1.5～3.0g/㎡)，为后续的电泳涂装提供良好的基础层并可一定程度的修饰基材表面缺陷(打磨痕迹等)；经电泳涂装后，各性能优异，均可达到国标标准及目前各汽车厂企业标准。
1、百格及耐冲击实验，如图6所示，百格：0级；耐冲击：50cm*1000g，无裂纹及剥落。(GB/T 1732-1993)
2、杯突实验：如图7所示，压陷深度5mm，涂层无开裂。(GB/T 9753-2007)
3、耐中性盐雾实验，如图8所示，盐水喷雾1000小时，涂层划线处单边锈蚀0.5mm(＜2mm判定OK)，未划线区无变化。(GB/T 1771-2007)
实施例2一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺
本实施例整车厂高铝混合车身由镀锌板、冷轧板和铝板构成，其中铝板的占比率(铝板所占面积百分率)为40％。
(一)前处理工艺包括如下步骤：
1)热水洗
将高铝混合车身用42～48℃的热水喷淋90～100s。
2)预脱脂
将热水洗后的高铝混合车身用42～48℃的脱脂剂喷淋预处理60～70s；
3)脱脂处理
将预脱脂后的高铝混合车身依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的脱脂处理。即，入槽前用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s，入槽后于42～48℃的脱脂剂中浸渍40～50s，出槽后用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s。
脱脂剂由A剂和B剂按重量比2：1混合制成。
A剂，按重量百分比，由12％偏硅酸钠、21％碳酸钾、10％氢氧化钠、3％EDTA-4Na、5％丙烯酸均聚物、去离子水余量组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
B剂，按重量百分比，由0.3％碳酸钾、20％异构十三醇聚氧乙烯醚、10％脂肪醇聚醚、余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
4)水洗
将脱脂处理后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍20～30s，出槽后用水喷淋5～10s。
5)表调处理
将水洗后的高铝混合车身浸渍于室温条件(25±3℃)下的表面调整剂中进行表调处理30～40s，
表面调整剂，按重量百分比，由20％磷酸锌、2％聚丙烯酸钠和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
6)磷化处理
将表调处理后的高铝混合车身浸渍于40～45℃的磷化剂中进行磷化处理180～200s。
磷化剂，按重量百分比，由21％磷酸二氢锌、8％磷酸二氢锰、1％硝酸镍、1％硝酸镁、1％硝酸铁、3％氟硅酸、1％氟化氢钠、1％氟化氢钾、余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
7)第一次纯水洗
将磷化处理后的高铝混合车身用室温条件(25±3℃)下的纯水喷淋30～40s；
8)第二次纯水洗
将第一次纯水洗后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍10～20s，出槽后用水喷淋5～10s；
9)钝化处理
将第二次纯水洗后的高铝混合车身浸渍于20～35℃的钝化剂中进行钝化处理10～15s后，出槽后用20～35℃的钝化剂喷淋5～10s。
钝化剂由C剂和D剂按重量比2：1混合制成。
C剂，按重量百分比，由16％氟锆酸、1％碳酸钠、1％硝酸镁、0.8％硝酸铁、0.5％钼酸铵和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
D剂，按重量百分比，由2％硝酸、20％硅烷(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和余量水组成。制备方法是：在搅拌速度为300r/min下，于去离子水中，依次按配比加入上述各药剂，搅拌均匀即可。
10)第三次纯水洗
将钝化处理后的铝板用室温条件(25±3℃)下的纯水喷淋15～20s。
(二)效果
采用本发明工艺处理过的高铝混合车身，可在高铝混合车身基材表面形成一层致密的以磷酸锌为主，氧化锆及硅烷为辅的混合膜层(1.5～3.0g/㎡)，该膜层形成的机理是：通过在脱脂剂配方中加入铝材缓蚀剂(丙烯酸均聚物)可抑制车身铝板在高温高碱度条件下的过腐蚀；通过应用液体表面调整剂使膜层更加致密及增加成膜反应速度；通过在磷化剂配方中增加铝离子沉降药剂而及时的将槽液中反应生成的铝离子控制在一定范围内，保证化学反应正向进行并消除其他不良影响；通过钝化工序弥补铝材在磷化成膜过程中可能形成的结晶疏化缺陷。使用本发明工艺处理过的高铝混合车身，其铝材表面成膜厚度及致密程度接近其他板材(铁、锌)，从而为后续电泳涂装提供了稳定的基础及适当的修饰性，改善了传统前处理工艺对含铝量较高(40％以上)工件处理效果不佳的诸多问题，为后续汽车车身轻量化进程提供可靠助力。

Claims (4)

1.一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）热水洗：将高铝混合车身用42～48℃的热水喷淋90～100s；
2）预脱脂：将热水洗后的高铝混合车身用42～48℃的脱脂剂喷淋预处理60～70s；
所述的脱脂剂由A剂和B剂，按重量比，A剂:B剂=2：1混合组成；其中，所述的A剂，按重量百分比，由10～20%硅酸盐、20～30%碳酸盐、10～20%氢氧化物、1～5%螯合剂、1～5%铝缓蚀剂和余量水组成；所述的B剂，按重量百分比，由10～20%发泡剂、5～15%抑泡剂、0.1～0.5%碳酸钾和余量水组成；
3）脱脂处理：将预脱脂后的高铝混合车身依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的脱脂处理，入槽前用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s，入槽后于42～48℃的脱脂剂中浸渍40～50s，出槽后用42～48℃的脱脂剂喷淋10～15s；
4）水洗：将脱脂处理后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍20～30s，出槽后用水喷淋5～10s；
5）表调处理：将水洗后的高铝混合车身于室温下浸渍于表面调整剂中进行表调处理30～40s；所述的表面调整剂，按重量百分比，由20～30%磷酸锌、1～5%分散剂和余量水组成；
6）磷化处理：将表调处理后的高铝混合车身浸渍于40～45℃的磷化剂中进行磷化处理180～200s；所述的磷化剂，按重量百分比，由20～30%磷酸二氢锌、5～10%磷酸二氢锰、1～2%硝酸镍、1～2%硝酸镁、1～2%硝酸铁、2～4%氟硅酸、1～2%氟化氢钠、1～2%氟化氢钾和余量水组成；
7）第一次纯水洗：将磷化处理后的高铝混合车身于室温下用纯水喷淋30～40s；
8）第二次纯水洗：将第一次纯水洗后的高铝混合车身于室温下依次经入槽前喷淋、入槽浸渍和出槽后喷淋的水洗处理，入槽前用水喷淋5～10s，入槽后于水中浸渍10～20s，出槽后用水喷淋5～10s；
9）钝化处理：将第二次纯水洗后的高铝混合车身浸渍于20~35℃的钝化剂中进行钝化处理10～15s后，出槽后用20~35℃的钝化剂喷淋5～10s；所述的钝化剂由C剂和D剂，按重量比，C剂: D剂=2:1混合组成；其中，所述的C剂，按重量百分比，由10～20%氟锆酸、1～2%碳酸钠、1～2%硝酸镁、0.5～1%硝酸铁、0.5～1%钼酸铵和余量水组成；所述的D剂，按重量百分比，由15～30%γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1～3%硝酸和余量水组成；
10）第三次纯水洗：将钝化处理后的高铝混合车身于室温下用纯水喷淋15～20s。
2.根据权利要求1所述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，其特征在于，所述的高铝混合车身是，车身结构中的铝材所占面积百分比为30~80%。
3.根据权利要求1所述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，其特征在于，所述硅酸盐选自偏硅酸钠、硅酸钠和硅酸钾中的一种或二种以上混合；所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾；所述氢氧化物选自氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述螯合剂选自醚羧酸类或EDTA类有机螯合剂；所述铝缓蚀剂选自丙烯酸均聚物和/或丙烯酸共聚物；所述发泡剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠中的一种或二种以上的混合；所述抑泡剂选自乙氧基化烷基醇、脂肪醇聚醚和灯用煤油中的一种或二种以上的混合。
4.根据权利要求1所述的一种适用于整车厂高铝混合车身的前处理工艺，其特征在于，所述磷酸锌为正磷酸锌微晶体；所述分散剂为聚丙烯酸钠、焦磷酸钠和CMC中的一种或二种以上的混合。
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