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氧化鋯陶瓷轉化膜在汽車涂裝領域的應用

時間:2020-05-18| 作者:Admin

  在汽車涂裝領域,磷化是常見的前處理技術,車身鋼板磷化后產生一層磷酸鹽轉化膜,在對基體金屬提供保護的同時,還能提高金屬與涂層間的附著力,汽車在涂漆之前都要對車身進行表面磷化處理。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)負擔。因此,在“環(huán)保要求+能源成本”雙重驅動下,以新型氧化鋯轉化膜技術為代表的“無磷成膜”技術已經成為汽車綠色涂裝的發(fā)展共識。


  1、氧化鋯陶瓷成膜原理


  氧化鋯陶瓷成膜技術是“一步法成膜”,意即采用一種表面處理劑對金屬表面進行處理。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,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。


  目前,溶膠-凝膠法是產生氧化鋯轉化膜的主要方法。所謂溶膠-凝膠,是指膠粒相互交聯在一起形成三維網絡構型,可以把大量溶劑機械地包裹在聚集體內部,使之不再流動,變成半固態(tài)狀態(tài),成為凝膠。當膠體溶液中溶膠粒子的密度比溶液大時,在重力作用下,溶膠粒子就有下沉的趨勢。若改變溶液中的某些參數,使膠粒沉積速度大于擴散速度,膠粒就會從溶液中迅速沉淀出來。氧化鋯轉化膜技術的化學反應方程式如下:


  H2ZrF6+M+2H2O→ZrO2+M2++4H++6F++H2


  其中M=Fe,Zn,Al,Mg


  上述反應會形成一種“ZrO2-M-ZrO2”溶膠結構,其交聯密度大,繼續(xù)凝聚沉積,產生ZrO2納米陶瓷轉化膜。


  2、氧化鋯陶瓷膜特點


  在膜性能上,氧化鋯轉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,氧化鋯轉化膜還具有質輕的特點,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,氧化鋯轉化膜的膜重只有20-200mg/m2.因供應商提供原材料的不同,氧化鋯轉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化膜的X射線光電子波譜圖,從圖中可以看出,某瑞汽車公司實驗室制出的氧化鋯轉化膜厚可以降到30-35nm。


  在工藝流程上,新型氧化鋯轉化膜技術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化膜工藝流程圖。


  從對比看出,新型氧化鋯轉化膜取代傳統(tǒng)的表調、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生少量渣,但產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生負面影響。


  在所需投資設備上,與原有涂裝工藝和涂裝設備基本相容,無需進行大的設備改造。


  日常工藝管理上,新型氧化鋯成膜技術的槽液很穩(wěn)定且容易控制,平時生產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,節(jié)省了大量的工藝管理費用。


  3、小結


  “環(huán)保要求+能源成本”的雙重需求推動綠色涂裝技術不斷發(fā)展,涂裝工藝及其設備投資,是汽車整車廠耗能高、投資大的一部分,而前處理轉化膜材料是汽車涂裝的關鍵一環(huán)。氧化鋯陶瓷轉化膜相比傳統(tǒng)磷化工藝,在保障基本性能要求的同時,還擁有質量輕、生產快的特點,并且,磷化轉鋯化工藝切換較為簡單,日常工藝管理更為簡化,已經獲得包括主機廠、供應商、涂裝材料公司三方的共同認識,“無磷成膜”為代表的氧化鋯陶瓷成膜技術已經成為綠色涂裝的發(fā)展趨勢。