李颖，邢爱梅，朱小辉，陆国建
摘要：本文主要探究一种新型的环保无磷前处理技术，满足在当前的环保大环境下，市场对酸洗配套的无磷前处理技术的需求。此无磷工艺可与各种酸洗配套使用，不但能清洗工件表面的锈蚀，同时在工件表面形成一层“生态膜”，起到一定的防腐耐蚀的作用，后续涂装亦能达到基本的盐雾要求。
关键词：酸洗工艺，无磷皮膜，耐蚀性，盐雾性
引 言
近年来随着环保力度的加强，以磷化和铬化为代表的重污染的前处理技术，已经开始逐渐被锆化技术和硅烷化技术所取代，虽然在性能上仍不能完全与磷化或铬化媲美，但是已经能满足基本的性能要求。随着环保技术的成熟，在高端领域，如汽车行业也开始逐渐普及应用。但是，主流的环保技术无论是锆化还是硅烷化，在处理钢铁时其都不能同酸洗工艺配套使用，因此大大限制了其推广普及，对国家环保政策的落地实施以及地方经济的发展都有一定的影响。因此，开发一款能与酸洗配套使用的无磷环保前处理产品，成为行业新的突破点和市场的迫切需求。
1 锆化技术
锆作为ⅣB族过渡金属，具有优异的耐蚀性。采用含锆的化合物作为金属表面改性的主盐的处理溶液可以在钢铁、镀锌板、镀铝板、铝以及铝合金、镁合金和镀锌层上获得性能优良的转化膜。转化膜层用EDS和XPS等图谱数据证明：主要成分是氧化锆。其机理主要是利用氟锆酸对洁净的钢铁表面进行腐蚀，使局部pH上升而沉积析出氧化锆陶瓷膜层。
锆化处理液的pH一般在4.0~5.0，成膜膜量20mg/㎡~200mg/㎡。在此pH范围内，锆化处理液体不具备清洗钢铁表面铁锈的能力，同时，钢铁表面经过酸洗后，表面极易返锈，对锆化成膜造成很大的影响，使成膜耐蚀性变差，因此不具备工业化生产的条件。
2 新型无磷皮膜技术
新型的无磷皮膜技术，区别于传统的磷化技术和锆化技术，但同时兼具两者的优点，它是一种不含磷和重金属的前处理技术。可以与盐酸、硫酸等酸洗工艺配套使用，同时自身具备一定的清洗除锈的能力，在除锈的同时可以在工件表面形成一层致密的“生态膜”，起到一定的防腐效果。
表1：常规工艺流程表
2.1 成膜机理
新型无磷皮膜技术具有类似磷化技术的性能，即除锈的同时可以在工件表面成膜，这是新型无磷皮膜技术区别于现有的以锆化技术为代表的无磷皮膜技术的核心所在。
其工作液pH范围为2.0~3.0，在此条件下，通过络合剂的络合作用，可以快速有效地络合工件表面的铁离子，从而起到清洗除锈的效果。由于络合剂强大的络合作用，不但能快速清洗工件表面因工序过渡段产生的浮锈，同时，对于锈蚀严重的工件同样具备较好的清洗效果。
在络合除锈的过程中，工作液中的氧化成膜组分，能快速在工件表面氧化成膜形成一层致密的铁的氧化膜，一方面抑制基材的进一步腐蚀，另一方面成膜能为基材提供有效的防护。
稀土盐是一种环境友好型的缓蚀剂，具备自愈合等性能。新型的无磷皮膜技术优选的稀土盐缓蚀剂组合，可以提高膜层的耐蚀性并且赋予了膜层自愈性。
氨基树脂的涂层耐蚀性和附着力较好，作为偶联剂一方面提高了涂层与基材的附着力，另一方面含有的氨基可与环氧树脂中的环氧基发生开环反应形成交联密度更大的涂层，使涂层更加均匀。
图1（a）为冷轧板经酸洗工序处理后工件表面的状态，可以看出工件表面存在很多酸洗腐蚀坑，表面粗糙不平整。（b）为冷轧板经过酸洗工序和新型无磷皮膜工序处理后工件表面的状态，可以看出工件表面因成膜变得更加平整，成膜致密均匀。通过EDS分析，成膜主要成分为铁、稀土盐氧化物,说明为铁-稀土氧化物与有机氨基树脂的复合膜层。
图1：新型无磷皮膜技术在冷轧板表面成膜的电镜图片
2.2 涂装性能
选择不同的前处理工艺处理冷轧板，喷某型号普通粉末后测试涂膜性能，从测试结果可以看出，除500h盐雾性能稍差一些外，其他性能方面新型无磷皮膜技术均与磷化和锆化相当。
表2：冷轧板表面涂膜技术指标和测试方法
表3：不同前处理的冷轧板与普通塑粉配套后性能测试
2.3 市场应用
我司自2020年推出新型无磷皮膜工艺后，一经推广便得到了市场的快速响应，相继在休闲用品、高速护栏、风机叶片等行业投入应用，获得客户的一致认可。
图2：新型无磷皮膜技术在休闲管件行业的应用
3 结论
新型无磷皮膜技术兼具磷化和锆化技术两者的特点，它类似磷化技术的除锈和成膜的两种功能，可以很好的替代酸洗磷化工艺。它类似锆化的无磷无重金属的特点可以大大减轻对环境的危害，降低环保成本。同时，可以处理钢铁、镀锌板和铝镁的多种板材。五源科技始终坚持自主研发环保领域的前处理产品及工艺系统，积极推动绿色前处理工艺的发展和普及，共同营造我们的绿色家园。
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