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电泳内部培训资料0803前处理
一.前言…………………………………………………………………………4
1.1目的…………………………………………………………………………4
1.2涂装前处理分类……………………………………………………………4
1.3涂装前处理的作用…………………………………………………………4
二金属表面清洗除油………………………………………………………5
2.1分类……………………………………………………………………………5
2.2乳化清洗………………………………………………………………………5
2.3溶剂清洗………………………………………………………………………5
2.4水性清洗………………………………………………………………………5
2.4.1低碱性清洗剂清洗…………………………………………………………5
2.4.2强碱液清洗…………………………………………………………………6
2.4.3中性清洗剂………………………………………………………………7
2.4.4酸性清洗剂清洗……………………………………………………………7
2.5影响除油能力的工艺因素……………………………………………………7
2.6除油剂的选择原则……………………………………………………………8
2.7除油效果的判定………………………………………………………………9
三.金属表面除锈…………………………………………………………10
3.1机械法…………………………………………………………10
3.2化学法……………………………………………………………………11
3.3酸洗缓释剂………………………………………………………………12
3.4除锈质量检查方法…………………………………………………………12
3.5酸洗的后处理——中和………………………………………………………12
四磷化…………………………………………………………12
4.1基本原理…………………………………………………………………13
4.2按磷化膜厚度(膜重)分类…………………………………………………13
4.3按磷化成膜物质分类…………………………………………………………13
4.4按磷化施工方式分类…………………………………………………………15
4.5按磷化处理温度分类…………………………………………………………15
4.6磷化液组成……………………………………………15
4.7涂装前磷化主要工业配套……………………………………………16
4.8影响磷化的因素…………………………………………………………17
4.9磷化膜质量评定项目与方法……………………………………………19
4.10膜重测定法………………………………………………20
4.11腐蚀性能测定方法…………………………………………………………20
4.12抗冲击试验………………………………………………………20
4.13二次附着力测定……………………………………………………20
4.14磷化膜孔隙的测定………………………………………………………20
4.15磷化膜的耐碱性…………………………………………………………20
4.16磷化膜P比…………………………………………………………20
4.17电泳溶出量…………………………………………………………20
五.表面调整和钝化…………………………………………………………21
5.1表面调整………………………………………21
5.2钝化………………………………………21
六涂装前处理工艺设计………………………………………22
6.1处理方式…………………………………………22
6.2处理温度…………………………………………………………24
6.3处理时间…………………………………………………………24
6.4工艺流程…………………………………………………………24
6.5几点处理事项…………………………………………25
七.常用钢铁涂装工艺………………………………………………25
7.1轿车车身涂装…………………………………………………………25
7.2家用电器……………………………………………………………27
7.3混合散件……………………………………………………………27
八.有色金属材料的转化膜………………………………………………28
8.1铝件表面处理…………………………………………………………28
8.2锌件表面处理…………………………………………………………30
九.涂装前表面处理漕液配制及工艺参数化验方法
……………………………………………………………30
9.1术语及定义…………………………………………………30
9.2化验用试剂及制品的制备……………………………………………30
9.3化验方法…………………………………………………………32
十.常见故障及解决方法………………………………34
十一.各工序常规维护要点………………………………35
十二.前处理废水治理建议……………………………36
12.1废水…………………………………………………………36
12.2废弃物处理…………………………………………………………37
12.3气体污染…………………………………………………………37
一.前言
1.1.目的
将有机涂料涂覆于物体表面,并干燥成膜的过程称之为涂装。
涂装技术在世界范围内都有着广泛的应用。
民用汽车、电器、钢制家具、办公用具等的表面装饰防护;工业领域采矿、舰船、采油设备、海洋设施、飞机、军事装备等的防腐、装饰、伪装、隔热、防火、防污等等,几乎每个领域都离不开涂装技术。
各种金属材料及其制品经机械加工、热处理以及在贮存和运输过程中,在其表面总会有氧化皮、油污等,这些表面污物会严重影响到表面处理过程中涂层的致密性及与基体的结合强度。
涂装前处理是涂装的重要步骤,是提高涂装漆膜附着力、耐蚀性能和装饰性能的必要工作。
涂装前处理目的,是清除被涂物表面的油脂、油污、腐蚀产物、残留杂质物等,并赋予表面一定的化学、物理特性,达到增加涂漆层附着力,增加被涂物的保护性和装饰性目的。
良好的涂装前处理可以充分显示出涂层的装饰效果和功能,否则涂料质量效果再好,也不能发挥其应有的作用。
因此涂装前处理是涂料施工过程中重要的步骤,它保证涂层的良好质量的实现。
1.2.涂装前处理分类
按处理方法分类可以分为机械法和化学法。
机械法是借助工具进行表面处理的方法,包括手工方法,动力工具法,火焰法,喷砂法,抛丸法等。
化学法是借助化学反应进行处理的方法,包括清洗,转化膜,钝化等。
按处理材质分类又可分为金属材料涂装前处理和非金属材料涂装前处理。
钢铁材料有色金属材料,非金属材料包括塑料,木材和水泥等。
本文重点讨论金属材料涂装前处理。
1.3.涂装前处理的作用
选择适当的前处理工艺,可以显著提高涂层的性能和发挥涂层的作用。
如果涂装前处理只进行除油,可以满足一般的工艺要求。
如果有转化膜的存在,可以大大提高涂层的性能和延长涂层的使用寿命,可以达到事半功倍的效果。
磷化膜可以提高涂层与底材的结合力和防护性。
而经过磷化处理的,能提供一个"粗糙面(无数细小的孔)",给涂层以很好的咬合力,大大提高了附着力,实现涂层的性能。
最重要的是由于磷化膜的绝缘性,能够抑制局部的电化学腐蚀,,这可以保证涂层在被损伤后,涂层的膜下腐蚀受到抑制,不会大面积发生腐蚀,以致锈蚀穿孔。
酸洗工艺对于高质量要求的前处理是不推荐的,譬如高质量要求的车架,一般都是通过喷砂除锈,之后进行后处理。
酸洗的存在可能导致原有的工艺降低约一半的性能。
所以对高质量要求的涂装,都很注意材料的保存和生产管理,防止锈蚀的板材产生。
即使有少量的锈蚀,也通过打磨的方式去除氧化物。
表1前处理工艺对阴极电泳涂层耐蚀性的影响
涂装前处理
盐雾实验性能h(冷扎钢板涂膜厚度20um)
无处理
约100
只脱脂
约200
脱脂+铁系磷化
约400
脱脂+酸洗+锌锰镍三元磷化
约400
脱脂+锌锰镍三元磷化
约800
二.金属表面清洗除油
金属在存储、搬运和加工过程中,表面不可避免地被外界的一些污染物所污染。
这些可能的污染物包括在工厂中为防锈,拉拔,机加工或成型过程中使用的机油、动物油、植物油,也包括一些润滑油或蜡、碳灰、石墨灰、金属屑、磨料、金属氧化物、焊渣等。
在涂装前除去这些污物对于整个产品的涂装质量的影响是致关重要的。
清洗除油的质量很大程度上决定着涂装前处理的质量。
清洗作为涂装前处理的一个部分,要考虑清洗质量,同时还要考虑对工件表面状态的影响,以及对后续工序的影响。
因此,一个高质量要求的前处理需要选择适当的清洗剂。
每一个涂装工作者应该认识到正确的选择和使用清洗剂的重要性。
除油,又称为脱脂,目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。
附着在金属表面的油脂,根据它们与碱的反应的特性可以分为两类:
可以与碱反应生成肥皂的皂化油,如动物油和植物油等;不能与碱反应生成肥皂的非皂化油,如凡士林,润滑油,石蜡等矿物油。
2.1分类
除油的方法包括物理机械法、化学法两类。
物理机械法主要是:
手工擦刷、喷砂、抛丸、火焰灼烧等。
化学法主要包括乳化清洗、溶剂清洗、水性清洗。
2.2乳化清洗
乳化液一般由有机溶剂、表面活性剂和水组成,其工作液一般为乳白色乳液。
它利用有机溶剂溶解油脂,表面活性剂乳化油脂,因此,除油速度较快。
乳化清洗一般总有一些残留薄油膜,如果作为涂装,还需用碱性清洗剂再洗一次,如果用于防锈目的时,可直接存放。
2.3溶剂清洗
溶剂法除油脂,一般是用非易燃的卤代烃蒸气法或乳化法。
最常见的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。
蒸汽脱脂速度快,效率高,脱脂干净彻底,对各类油及脂的去除效果都非常好。
在氯代烃中加入一定的乳化液,不管是浸泡还是喷淋效果都很好。
由于氯代卤都有一定的毒性,汽化温度也较高,再者由于新型水基低碱性清洗剂的出现,溶剂蒸汽和乳液除油脂方法现在已经很少使用了,多见于电子行业等较小的零件的清洗。
2.4水性清洗
水性清洗剂根据它们的pH值进行分类
表2水性清洗剂的分类
分类
PH值
碱性清洗剂
弱碱性
9-10.5
中碱性
10.5-11.5
高碱性
›11.5
中性清洗剂
PH6.5-9.5
酸性清洗剂
PH1.0-5.5
2.4.1低碱性清洗剂清洗
低碱性清洗剂包括弱碱性和中碱性清洗剂,是当前应用最为广泛的一类除油脂剂。
它的碱性低,一般pH值为9~11.5。
对设备腐蚀较小,对工件表面状态破坏小,可在低温和中温下使用,除油脂效率较高。
特别在喷淋方式使用时,除油脂效果特别好。
低碱性清洗剂,由于使用了种类各种各样的合成洗涤剂和活性剂,可以提供较长的生命周期,同时具有性能稳定,易于控制和处理,适应范围广等优点。
采用碱性清洗剂已经成为最普遍使用的涂装前处理方法。
清洗过程是在金属表面有良好的湿润性的情况下,通过溶解,皂化,乳化,分散和增溶等作用,把附着在表面的油脂等污物去除的过程。
这种清洗剂有较低的表面张力,可以比较容易的进入颗粒之间;同时皂化剂和表面活性剂可以与油,脂等作用,使它们从工件表面脱离进入水中,达到脱脂除油的目的。
碱性清洗剂的典型构成包括碱性物质,合成洗涤剂或活性剂,消泡剂,缓蚀剂或螯合剂,以及抗硬水剂等,通常以单组分或双组分形式。
双组分一般采用固-液、液-液形式。
低碱性清洗剂主要由无机低碱性助剂、表面活性剂、消泡剂等组成。
无机型助剂主要是硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等。
其作用是提供一定的碱度,有分散悬浮作用。
可防止脱下来的油脂重新吸附在工件表面。
表面活性剂主要采用非离子型与阴离子型,一般是聚氯乙烯类和磺酸盐型,它在除油脂过程中起主要的作用。
在有特殊要求时还需要加入一些其它添加物,如喷淋时需要加入消泡剂,有时还加入表面调整剂,起到脱脂、表调双重功能。
低碱性清洗剂已有很多商业化产品。
典型的碱性清洗剂的用量为2%-10%。
清洗剂的处理方式包括喷淋形式、浸泡形式、喷浸结合形式。
喷淋是利用清洗剂的化学特性和在一定压力的溶液机械剥离的联合作用去除油污的。
浸泡可以达到喷淋不能达到的地方。
一些工件恰当的清洗需要喷淋和浸泡联合处理。
单独的脱脂和水洗对于特定要求的涂装前的处理能够满足,但是它只能提供最初的结合力,而不能提供长期的保护。
典型的喷淋脱脂时间是60-90秒,而浸泡脱脂时间一般为3-5分钟,温度范围一般为45-65℃。
时间,温度,浓度随着使用的清洗剂的种类和基材的不同而不同。
一般常用的低碱性清洗液配方和工艺如下:
浸泡型喷淋型
三聚磷酸钠4~10g/l4~10g/l
硅酸钠0~10g/l0~10g/l
碳酸钠4~10g/l4~10g/l
表面活性剂5~20g/l1~3g/l
消泡剂00.5~3.0g/l
表面调整剂0~3g/l0~3g/l
游离碱度5~20点5~15点
处理温度常温~80℃40~70℃
处理时间5~20min1.5~3.0min
2.4.2强碱液清洗
强碱液除油脂是一种传统的有效方法。
它是利用强碱对动植物油的皂化反应,形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。
纯粹的强碱液只能皂化除掉动植物油脂而不能除掉矿物油脂。
因此人们通过在强碱液中加入表面活性剂,一般是磺酸类阴离子活性剂,利用表面活性剂的乳化作用达到除矿物油的目的。
强碱液除油脂的使用温度都较高,通常〉80℃。
表3常用强碱液清洗配方与工艺如下:
项目
要求
氢氧化钠
5%~10%
硅酸钠
2%~8%
磷酸钠(或碳酸钠)
1%~10%
表面活性剂(磺酸类)
2%~5%
处理温度
>80℃
处理时间
5~20min
处理方式
浸泡、喷淋均可
强碱液除油脂需要较高温度,能耗大,对设备腐蚀性也大,并且材料成本并不算低,因此这种方法的应用正逐步减少。
2.4.3中性清洗剂
由于有色金属,如锌,铝,镁等大量应用,其金属特性对除油的性能提出更多的要求,碱性除油剂中的碱类物质对金属本身不可避免的产生影响,每种金属在不同的PH值有不同的腐蚀率。
所以,铝件、锌件等清洗时,必须考虑到它们在碱性条件下的腐蚀问题,一般宜用接近中性的清洗剂。
2.4.4酸性清洗剂清洗
酸性清洗剂除油脂是一种应用非常广泛的方法。
它利用表面活性剂的乳化、润湿、渗透原理,并借助于酸腐蚀金属产生氢气的机械剥离作用,达到除油脂的目的。
酸性清洗剂可在低温和中温下使用。
低温一般只能除掉液态油,中温就可除掉油和脂,一般只适合于浸泡处理方式。
酸性清洗剂主要由表面活性剂(如聚氧乙烯酚醚类非离子型活性剂、阴离子磺酸钠型)、普通无机酸、缓蚀剂三大部分组成。
由于它兼备有除锈与除油脂双重功能,人们习惯称之为“二合一”处理液。
表4常见的酸性清洗剂配方及工艺参数
工艺
低温型
中温型
磷酸酸基型
工业盐酸(31%)
20%~50%
0
0
工业硫酸(98%)
0%~15%
15%~30%
0
工业磷酸(85%)
0
0
10%~40%
表面活性剂
(非离子类,磺酸类)
0.4%~1.0%
0.4%~1.0%
0.4%~1.0%
缓蚀剂
适量
适量
适量
使用温度
常量~45℃
50~80℃
常温~80℃
处理时间
适当
5~10min
适当
盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用最为广泛,成本低,效率较高。
但酸洗残留的Cl-、SO42-对工件的后腐蚀危害很大。
而磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患,但磷酸成本较高,清洗效率低些。
2.5影响除油能力的工艺因素
除油质量的好坏主要取决于除油温度、除油时间、机械作用和除油剂四个因素。
a.除油温度
一般说来,温度越高,除油越彻底。
这是因为三方面的原因:
第一,温度使油污的物理性能发生变化,例如滴落点高的防锈脂,凡士林,固态石蜡等,在较低温度下即使采用高浓度的碱液也难洗净。
但是,当提高油污的温度,他们的粘度就降低,甚至形成液滴而利于除去。
第二,促进化学反应的进行,一般的说,温度每上升10度,化学反应速度提高一倍。
第三,加速表面活性剂分子的运动,从而促进浸润、乳化、分散等作用。
随着温度的升高,溶液对污物的溶解能力也提高。
但是,并不是所有场合都是温度越高越好,各种除油剂有其适合的温度范围,在采用某些种类表面活性剂的除油液中,过高的温度会使表面活性剂析出聚集如同油珠附着在表面上,造成磷化膜发花不均匀。
所以,最重要的是要保持正常的工艺温度。
b.时间
在除油操作中,必须保证有足够的除油时间,压力喷射除油时间一般为1.5~3分钟,浸渍除油为3~5分钟(视油污的种类和多少而定)。
增加除油时间,即延长除油液与油污的接触时间,从而提高除油效果。
油污越多,除油时间就需越长。
在流水线作业中,往往不允许采用太长的时间,因此一般先用喷射予除油1分钟,再用浸渍除油3分钟。
c.机械作用
在除油中,借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的,因为,喷射时迫使新鲜的除油溶液与零件表面有良好的接触,而且整个除油液含量均匀,有利于提高除油效果;喷射时依靠机械作用力促使除油剂渗透和破坏油膜,从而有效的迫使油污脱离零件表面;喷射时促使脱离零件的油污乳化和分散于除油溶液中,防止油污再吸附到洗净的零件表面上。
在中低温除油中,机械作用尤为重要。
一般的说,压力喷射比浸渍除油速度快1倍以上。
喷射压力通常为(0.1-0.2)Mpa(用于压力喷射的除油剂必须是低泡的,以免泡沫过多影响正常操作和除油液流失),浸渍除油也不能认为是静止浸渍,必须装备循环泵,使溶液不停的搅动,每小时的循环量约为槽液体积的5倍。
d.除油剂效果
除油剂的组成和使用方法对除油效果有很大的影响。
例如,含有表面活性剂的碱液除油比单独的碱性物溶液除油效果好。
对于滴落点高的固态或半固态油脂,用溶剂清洗比用其他除油效果有效。
为了提高油污的乳化和分散能力,适当提高除油剂中表面活性剂的含量是有效的,不同的表面活性剂品种及不同的碱性物都使除油效果产生一定差异,良好的除油剂都是经过大量试验,对其组分相互搭配比例进行反复筛选而确定的。
对于含有表面活性剂的碱液除油剂,最有效的发挥洗净作用是在表面活性剂的临界胶束浓度的上限。
使用过程中,除油剂会不断的被消耗,使浓度降低,因此,必须定期的补加除油剂,以保持必要的浓度。
除油剂的除油效果与浓度并不是直线上升的关系,因此对于除油质量要求很高的情况,不应当采取大幅度提高浓度的方法,而应该采用二次除油的办法,俩个除油液可以是相同的,而且不必额外的提高浓度。
在实际使用中,必须考虑各方面因素,使各个因素都控制在最佳状态下,使除油达到满意的效果。
2.6除油剂的选择原则
在进行选择除油产品之前,应考虑以下几个方面的问题:
a.被处理零件的材质
不同的金属在碱液中有不同的腐蚀界限,因此,必须根据零件的材质选择合适的PH值的除油剂。
表5各种金属发生腐蚀的临界PH值
金属名称
锌
铝
锡
黄铜
硅铁
钢铁
PH值极限
10
10
11
11.5
13
14
b.油污的种类及数量
要考虑零件上油污的化学性质(储存时能否与周围介质发生反应而影响除油,与除油液能否发生皂化反应),油污的物态(固体或液体,油污中固态尘粒含量),油污对底材的吸附性(分子极性)等情况,再选用合适的除油剂。
例如动植物油是可皂化的,因而在较高温度下用氢氧化钠除油是有效的。
矿物油不发生皂化反应,用氢氧化钠除油就不合适了,应用乳化性能好的除油剂才能奏效。
用一般的水基除油剂在低温或中温是很难洗净半固态的防锈脂,这时用溶剂除油是很有效的。
洗吸附性较强的防锈油比洗机械油困难,因此,应该选用更好的除油剂来清洗防锈油。
c工艺配套性
除油方法不同,对除油剂要求也不同。
压力喷射除油因机械作用力大,除油效果好,但由于是处在极易起泡的状态下,因而选用低泡除油剂是必要的,浸渍除油的机械作用较弱,因此要选用除油性能更好的除油剂,适当的增加除油剂含量和延长除油时间。
浸泡型清洗剂主要应注意的是表面活性剂的浊点问题,当处理温度高于浊点?
时,表面活性剂析出上浮,使之失去脱脂能力。
喷淋型清洗剂应需要足够的消泡剂,避免喷淋时产生大量的泡沫,以免泡沫过多影响正常操作和除油液流失。
d.注意与下道工序的配合
下道工序是酸洗还是磷化,磷化前有没有表面调整工序,都与除油剂的选用有关。
因为不同的前处理与磷化配套,所得磷化膜的质量不同,品质也不同。
酸洗和强碱除油的磷化结晶大且疏松(我们需要的是结晶晶核小而且致密的磷化模)。
对于除油,如果下道工序是薄型磷化处理,要选用低碱度的带表调处理的除油剂;如果有单独的表调工序,则只考虑除油效果,碱度影响不大,不必多虑;如果下道工序是酸洗除锈,则不必选用带表调的除油剂,而在磷化前单独进行表调处理;如工序间隔较长,则选用水洗后生锈倾向较小的除油剂(如磷酸盐类型的除油剂)或增加喷湿处理。
对于油污较重或不易起清洗到位的表面,要采用手工预擦洗,他不仅是除油的要求,也能明显的改善磷化质量,经预擦洗的磷化膜结晶细小、致密,而未经预擦洗的结晶则粗大的多。
2.7.除油效果的判定
在国家标准GB/T13312:
钢铁件涂装前除油程度检验方法(验油试纸法)规定了标准验油试纸法,其图谱见图:
图1验油试纸法检验
在生产中还有一些简便快速实用的评价方法,在涂装行业用得最普通的是水膜法,通过观察水膜连续破裂情况,判定除油情况。
表6金属清洁度的判定方法
判定方法
方法要点
检查对象
目视法
用肉眼、5倍放大镜或管内检查器检查
油、脂、锈、氧化皮等
擦拭法
用白稠布或绒布,也可用滤纸擦揩,检查布上的沾污物
油脂及锈迹等
水膜破裂法
洗净物用水润湿,水膜应完整
油脂
染料法
洗净物用染料水溶液润湿,水膜连续,不断开,即认为清净
油脂
荧光法
先涂上荧光染料,除油后用紫外光照射,判断残留油脂的荧光区域
油脂
硫酸铜法
将洗净后的钢件浸于硫酸铜溶液(CuSO45%+硫酸2%+水),30s~1min,评定铜膜是否完整均匀,光泽及结合力
油脂
重量法
将试样涂一定量油污,清洗后再称量残余油污重量,从减重判断油污去除率
油脂
同位素法
涂上混有C14、S35等同位素的油脂,洗净后用计数器管测定
油脂
电镀法
用除油试片进行电镀,判断镀层光泽好坏
油脂
比色法
油溶性染料掺入油脂中,涂敷在试样上,洗净后,用等量有机溶剂洗试样,然后进行比色
油脂
赤血盐硝酸试验
将赤血盐10g/L+70%硝酸+30mg/L的溶液涂在不锈钢上,30s以内呈现深兰色证明有铁
不锈钢铁污染
喷射图案法
将清洁过的表面上喷水雾作成水膜、挂水状态,以染污其格板检查清洁度(%)
油脂
压力喷雾法
对清洁过的表面喷水雾,使微小油滴浮起以评价清洁度
油脂
接触角法
水滴滴在清洁的表面上,由其接触角评价清洁度,清净表面其接触角接近于0°
油脂
三.金属表面除锈
钢铁热加工时受氧化产生硬而脆的氧化皮,如热轧钢板、热处理零件、锻件、焊接件都会有氧化皮。
此外钢铁在储运过程中,接触水或其他腐蚀介质,都极易
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