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无磷表面处理剂在不同车身钢板上的应用研究(下)-科润工业介质
来源:科润工业介质 作者: 浏览次数:0
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   摘要:介绍了无磷表面处理剂的种类和发展,选择最新的硅烷—锆盐复合表面处理剂,并选择了3种汽车整车厂常见的钢材,DC04、DC05和DC06,设计并使用了不同的工艺流程进行涂装前处理试验。通过对比板材表面元素含量、采用XRF测试硅烷板表面锆含量、采用线性极化电阻法测试膜层电阻、采用开路电位法监测成膜过程、并同步进行了电泳涂装后的漆膜中性盐雾测试,系统地研究了钢板对表面处理剂的膜层性质以及后道的漆膜性能带来的影响。试验表明DC06作为低碳钢形成的转化膜最致密且耐盐雾性能最好,同时得出了高碳含量对于膜层致密度和耐蚀性具有负面影响的结论。
关键词:无磷表面处理剂、涂装前处理、膜层致密度、耐蚀性电化学
3.3漆膜性能分析
3.3.1 附着力测试
  如前所述,采用工艺流程4、5分别对三种型号冷轧板在硅烷处理前后的附着力性能进行测试。图4为划格法和冲击法后的状况,可以看到经过硅烷处理的三种板材附着力良好,经划格及冲击法测试后无脱落及开裂情况发生;而未经过硅烷处理的三种板材出现了不同程度的破坏。表3汇总了附着力测试的结果。从表中结果可知,不进行硅烷处理的金属板材附着力≤1级,而冲击试验均不合格;经过硅烷处理的金属板材附着力为0级且全部通过冲击试验。无磷前处理有助于提高冷轧板与电泳漆之间的附着力。
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图4三种型号板材漆膜划格及冲击性能结果
表3附着力测试结果汇总
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3.3.2 中性盐雾测试
  如前所述,采用工艺流程2、3分别对三种型号冷轧板在硅烷处理前后的中性盐雾性能进行测试。其中未经硅烷处理的三种冷轧板在中性盐雾128小时后已达到单边扩蚀>2mm,未能观察出明显的区别,而经过硅烷处理的三种板材在1000h中性盐雾测试后结果如图5所示。
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  从图中可以看出,DC04的单边最大腐蚀宽度为1.92 mm,DC05的单边最大腐蚀宽度为1.74 mm,DC06则为1.65 mm。3种板材均能满足最大单边腐蚀宽度≤ 2 mm的要求。而从腐蚀宽度上比较,则DC04>DC05>DC06。
3.4 综合分析
  冷轧板上无磷转化膜成膜可以简要的分以下几个步骤,如图6所示:
1.表面腐蚀:
冷轧板表面与弱酸性溶液接解发生析氢腐蚀。由于钢板表面含有杂质,尤其是碳,会与基体铁形成微区原电池,加速腐蚀过程。腐蚀发生过程中会在板材表面微区内形成大量的OH-,导致局部pH迅速上升;
2.纳米氧化物颗粒形成:
局部升高的OH-含量使得板材表面的溶液中以锆为主体的金属离子以及由腐蚀反应形成的铁离子达到溶度积常数,平衡破坏,形成金属氢氧化物固体沉积于金属表面,随着反应的进行,氢氧化物脱水形成纳米氧化物颗粒沉积在金属表面;
3.有机三维结构形成及封孔补充:
与此同时,工作液中的有机硅烷也在表面强碱性环境中快速缩聚,形成有机三维结构,这种三维结构与纳米氧化物相互补充交联形成致密的前处理膜层。
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图6 冷轧板上无磷前处理成膜过程示意图
  从冷轧板的成膜原理和过程中可以看出第一步表面腐蚀与表面杂质情况有密切的关系。元素分析结果表明DC04型号的板材中C元素较多,这可能会造成两种影响,①C颗粒数量增多,导致板材表面的微区原电池(Fe︱C)增多,加速局部微区腐蚀速度,从而使得金属粒子沉积加快,硅烷缩聚加快。这一过程会使得冷轧板接触瞬间表面pH迅速上升并在瞬间扩散至近表面处,这一变化使得溶液中的金属离子除了在靠近表面的位置沉积外也会在表面微区范围内沉积,影响了膜层的质量,导致膜层致密度下降。②碳颗粒体积变大,这一情况会导致板材表面形成面积较大的非活性区域(C颗粒表面),从而影响硅烷膜与基材之间的结合力。
  当然晶相结构也会对腐蚀过程产生影响,本文未对此情况进行检测和分析[10]。
4 总结
1.本文研究了DC04,DC05,DC06三种不同的汽车用板材,并分析了表面元素差异,证实了含碳量越低,生成的膜越致密,耐蚀性越好。
2.空白板材与硅烷后板材的附着力测试证明了硅烷表面处理剂对提高板材和漆膜间的附着力有极大的优势。
3.1000 h NSS试验证明了在同样的表面处理和电泳条件下,不同车身板材的盐雾性能有所差异,DC06> DC05> DC04。
4.极化电阻曲线和开路电位曲线证明了不同板材的成膜过程有明显不同,且生成膜的致密度为DC06> DC05> DC04。与元素含量相比较可以发现C元素在其中起到了主导作用。
(此文为联名撰写,完整内容已发表于2019年4月《汽车工艺与材料》杂志)
整体解决方案提供商,国家火炬计划重点高新技术企业。持续致力工业介质的研发、生产、销售和服务,提供钢铁轧制介质、热加工介质、机加工及成型介质、表面处理介质、清洗防锈介质及成套设备等产品及整体解决方案,涉及汽车整车及零部件、航空航天、海洋船舶、轨道交通、工程机械、兵工、家电、电梯、齿轮、轴承、钢铁等领域。
 
 
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