电泳工艺无磷转化膜的应用

无磷转化膜技术是一项潜在的可取代磷化技术的环保前处理技术，根据主要成膜物质其可分为三大类：***处理技术、锆盐处理技术及***锆盐复合处理技术。虽然其成膜物质不同，但均可在基底金属表面形成膜厚为纳米级的前处理薄膜，因此，文中也将该类新型无磷转化膜前处理技术称为薄膜前处理技术。

　　在本文中，笔者对前处理技术的成膜过程、薄膜形貌及其与阴极电泳漆配套的性能进行了相关的研究。

1　试验内容

　　选取国内比较有代表性的3个品种的无磷转化前处理产品（分别以A、B、C进行编号）为研究对象，其中A产品为锆盐前处理产品，B和C产品为***锆盐复合前处理产品。分别制备试验样板，观察薄膜生长过程及在不同底材上的成膜形貌，并配套普通电泳漆和高泳透力电泳漆，比较其泳透力的变化，并研究其在CRS板、GA板、GI板、Al板4种底材上的适用性。

　　试板制备的基本工艺流程：脱脂→水洗→纯水洗→无磷转化前处理→水洗→纯水洗→直接电泳或薄膜预烘干后电泳。

２　薄膜的生长过程及形貌

　　以CRS冷轧板为底材，前处理采用A产品进行制板，处理时间分别为1 min、2 min、4 min及10 min时，薄膜在底材上的生长状况见图1。

　　由图1可知，在前1 ~ 2 min内，微小颗粒沉积在基底表面并逐渐长大，随着时间的推移，颗粒状物不断沉积，于4 min时可观察到致密的薄膜已覆盖在基底表面，当处理时间延长为10 min时，可观察到形成的薄膜已产生了裂纹，甚至已经部分脱落。可见，形成致密薄膜的***佳时间是4 min左右，时间太短，薄膜不致密，时间太长，薄膜将产生裂纹甚至部分脱落。

　　以CRS、GA、GI和Al板为底材，分别用A、B、C前处理产品对其进行无磷转化处理，处理时间为3 min，不同底材上的薄膜形貌如表1所列。

　　由表1可见，试验所用各产品均可在4种底材上沉积成膜，薄膜均由颗粒状物沉积而成，但成膜厚度不一。在CRS底材和GA底材上，可观察到基底表面的晶间裂缝或加工缺陷未被薄膜完全覆盖，Al底材上各区域薄膜厚度不均，只有GI底材可形成较致密均匀的薄膜，可见，无磷转化前处理在GI底材上较易沉积成膜。薄膜在基底表面成膜不均的原因，可能是由于基底表面微观状态不同，表面能不同，成膜颗粒在表面能低的区域较易沉积，加之成膜颗粒小，膜厚薄，故会出现成膜厚度不均或未完全覆盖基底表面晶间裂缝及加工缺陷的现象。

３　无磷转化前处理与阴极电泳漆配套的耐腐蚀性能

　　按照前述工艺流程，分别用A、B、C 3种前处理产品在CRS、GA、GI、Al 4种底材上进行无磷转化处理，后续处理分成2个线路： 1）无磷转化处理试板不预烘干而直接电泳； 2）无磷转化处理试板先在100 ℃下预烘干20 min后再电泳。电泳试板进行中性盐雾试验或循环腐蚀试验，其试验结果见表2 ~ 4。

　　通常的中性盐雾试验不适用于GA板或GI板基材的电泳防腐蚀性能检验，故在此采用循环腐蚀试验对GA和GI电泳试板进行耐腐蚀性能测试。循环腐蚀试验的条件为：（步骤1）35 ℃盐雾4 h→（步骤2）60 ℃干燥2 h→（步骤3）50 ℃，＞95%湿度，2 h→回到步骤1。所用电泳漆为普通阴极电泳漆，其试验结果见表4。

　　由表2 ~ 4的数据分析，可知：

　　1）底材、薄膜干燥方式和前处理品种对电泳漆膜厚的影响

　　在底材和电泳漆都一样的条件下，使用A前处理产品时，前处理薄膜的干燥方式对电泳漆膜厚基本无影响。使用B、C前处理产品时，在CRS底材上，前处理后对薄膜进行预烘干再电泳的话，其电泳漆漆膜厚度比前处理后直接电泳的漆膜厚度要低10 μm左右。由于B、C前处理产品为***锆盐复合型，加热烘干有助于SiOH基团之间的缩聚反应，故有利于Si—O—Si三维网状结构的形成，从理论上分析，Si—O—Si三维网状结构的***膜使膜层电阻增大，同时也将导致电泳膜厚的降低。

　　在Al板上，B前处理产品的薄膜干燥方式对电泳漆膜厚基本无影响，而C前处理产品的薄膜干燥方式随配套电泳漆的不同而膜厚有所变化，配套普通电泳漆时，电泳漆膜厚不随薄膜干燥方式的变化而变化，配套高泳透力电泳漆时，电泳膜厚的变化情况与CRS底材相似。

　　2）底材对耐腐蚀性能的影响

　　铝材的耐中性盐雾试验均能达到“1 000 h，单侧＜2 mm”的要求，说明3个品种的无磷转化前处理产品在铝材上使用时性能均稳定良好。GA板在循环腐蚀试验达到200 h便出现红锈，600 h沿叉起泡宽度达到2 mm；GI板在循环腐蚀试验达到200 h时沿叉起泡宽度便达到2 mm，但一直到600 h时才开始出现红锈。可见，3种无磷转化前处理产品在同一种镀锌板上使用时，其耐腐蚀性能无明显差异。在CRS板上使用不同的无磷转化前处理产品时，其耐腐蚀性能差异明显，其中仅A前处理的冷轧板CRS能达到1 000 h沿叉单侧扩蚀≤2 mm的要求。

　　3）薄膜干燥方式对耐腐蚀性能的影响

　　由表2和表3可知，薄膜干燥方式对Al板的耐腐蚀性能基本无影响。但在CRS板上，电泳漆相同的条件下，使用A或C前处理产品时，薄膜的干燥方式对电泳后的耐盐雾性能无影响，而使用B前处理产品时，薄膜的干燥方式对其耐腐蚀性能有影响，薄膜未烘干时，电泳后其耐腐蚀性能优于进行了预烘干的。

　　4）电泳漆对耐腐蚀性能的影响

　　由表2和表3可知，电泳漆对Al板的耐腐蚀性能基本无影响。而在CRS板上，采用A前处理产品时，电泳漆对其耐腐蚀性能无影响；采用B、C前处理时，高泳透力电泳漆的耐腐蚀性能优于普通电泳漆的耐腐蚀性能。

４　无磷转化前处理与电泳漆配套的泳透力

　　由上文的试验结果可知，在CRS底材上，A无磷转化前处理与电泳漆配套时各方面性能优于B、C无磷转化前处理，故在此以A前处理和某超高泳透力电泳漆为试验对象，进行泳透力试验，并与磷化前处理进行比较，其结果如表5所列。

　　由表5可知，无磷转化前处理与电泳漆配套的泳透力均低于磷化前处理与电泳漆配套的泳透力。据以往试验结果，已知磷化前处理与普通电泳漆配套时，内板漆膜高度可达到20 cm（福特盒法），由此可知，无磷转化前处理与超高泳透力电泳漆配套的泳透力仅和磷化前处理与普通电泳漆配套的泳透力相当。