新型涂装前处理技术在工业领域的应用

一、前言

金属材料是现代人类社会必不可少的基础材料之一，金属材料的发现与使用推动了人类社会的文明与发展，随着金属材料在各个领域中的使用，金属材料的腐蚀问题也严重困扰着人们，如何充分利用金属材料的使用价值，减少金属腐蚀所造成的巨大损失，就成为金属制造加工业所密切关注的课题。为解决这一人类共同的课题，世界许多科技工作者进行了长期不懈的研究和探索，并且取得了很大的进展。对金属表面进行涂装就是防止金属腐蚀的重要措施之一，而涂装前表面处理则是保证涂装质量的基础。据专家考证，影响涂层质量的因素是多种多样的，其中表面处理对涂层的影响占49.5%，其它因素占26.5%，其余才是涂料本身的性能和质量。由此可见，涂装表面处理十分重要。

二、涂装前处理     

钢铁表面涂装前处理是指钢铁表面进行喷涂各类涂料之前的预处理。是指在钢铁表面进行涂装前的除油、除锈、磷化。然而工件表面的状况又有所不同，这就出现了有的工艺中没有脱脂或没有除锈、表调的情况，但磷化是不可缺少的。

如果不清除油脂、氧化皮和锈层，直接进行涂漆或静电喷涂，就会使钢铁表面涂层产生脱落，失去了涂装的意义。因此，不论是锈层，还是氧化皮、油脂，只要这些物质和杂质覆盖在金属表面，就须清除掉后才能进行磷化、涂装处理。星河公司是生产各种除油、除锈、磷化等新型金属表面处理材料的公司，长期致力于钢铁表面涂装前处理工艺及材料的研究、开发、生产和推广工作，经过十几年的实际工作，取得了一些成果和经验，我们愿在这里介绍给大家，以便大家对涂装前处理工艺有一个更加正确的认识。

现代产品涂装的特点是高防护、高装饰，在此基础上对涂装前的表面处理提出了更高的要求，所以我们须充分重视，选择适宜的表面处理方法，为涂装层提供较好的表面质量，以满足涂装的需要，达到涂装的目的。因此，涂装的前处理是影响涂装质量的关键工艺。而涂装的前处理须使钢铁产生洁净的表面，在此基础上形成致密、均匀的磷化膜，以适应涂装的需要。这就需要涂装前对钢铁表面进行除油、除锈及氧化皮和磷化处理，所以，钢铁表面除油、除锈、磷化是涂装处理工艺的重要组成部分。

机械零件及材料在储存、加工过程中，不可避免地接触各种油污，而影响表面处理的质量。因此，在涂装前，须进行除油（脱脂）处理，以满足磷化的需要。涂装前的除油处理，一般采用碱性的水基型除油剂，因为该类除油剂成本低，除油干净，易于清洗，所以广泛地应用在涂装前处理行业当中。在喷淋式除油处理时，要注意除油的温度和消泡的效果，对于油污较重的工作，可先采用预除油后再进行除油：对精密工件或特殊工件，应选用中碱性或弱减性的除油剂，也可采用有机溶剂进行清洗处理。星河公司研制生产XHC-2型常温除油王，具有常温使用、除油速度快、效果好、操作简便等特点，可作为除油工序的理想药剂。同时，我们公司生产XHC系列除油清洗剂，可分别于常温、中温下使用，用于喷淋、浸渍、擦洗等方式的处理，以满足不同状况、不同工件的除油需要。

钢铁零件制品经淬火、退火、轧制等热处理或其他热加工后，表面往往会形成一层氧化皮，钢铁制品在大气或水、空气腐蚀介质的作用下生成锈蚀程度的铁锈。氧化皮的成分为四氧化三铁（Fe3O4），铁锈的主要成分为三氧化二铁（Fe2O3），无论是那一种情况，在涂装前须除掉这些铁锈和氧化皮。

除锈的方法有机械除锈、手工除锈和化学除锈。

机械除锈和手工除锈是指用喷砂、喷丸、人工打磨等方法进行除锈，其缺点是成本较高、劳动强度大、除锈效率低、操作条件差、对异型工件难以处理干净，目前已很少采用。化学除锈主要是酸洗除锈，如盐酸除锈、硫酸除锈和磷酸除锈等，其中，磷酸除锈成本较高，属于弱酸，除锈能力相对较差；硫酸除锈需要加温才能达到理想的除锈效果，消耗能源，污染环境；盐酸除锈乃常温除锈，除锈速度快，成本低，挥发性强，被广泛采用；柠檬酸等其它酸除锈因存在着成本高等诸多因素，往往不易被企业选用；混合型的除锈方法，这几年被广泛地采用。总之，无论在盐酸、硫酸等除锈的过程中，都要考虑到酸液对钢铁基体产生的过腐蚀和氢脆现象，同时也要考虑到因酸液的挥发促使酸洗成本提高，影响操作环境等问题。因此，如何降低成本，减少环境污染，避免除锈所产生的过腐蚀及氢脆现象是我们亟待解决的问题。试想，化学除锈从根本上难以脱离酸性的药液，如果在各种酸洗除锈的基础上，扬长避短，克服酸洗除锈所产生的弊病，达到酸洗除锈的目的，是我们一种好的选择。在此基础上，我们通过研究、推广、应用得出如下的结论：

（1） 适当地在酸液中加入行之有效的助剂，就可以克服酸洗所产生的弊病，降低酸洗除锈工艺的成本，达到环境和质量要求。

（2）适当地在多种混合酸液中加入各种有效的化学药剂和助剂，能够实现除油、除锈一步完成的目的。

我们公司经过长期的研究探索，成功地研制了XHC-7型钢铁除油除锈添加剂，常温除油除锈“二合一”处理液等酸洗除锈药剂，它可以在常温的状态下使用、除锈干净、不产生过腐蚀和氢脆、抑制酸雾的挥发、使酸雾的挥发小于国标规定的允许浓度等特点，同时，除油除锈“二合一”处理液实现了除油、除锈一步完成的愿望，从而节省了能源，降低了成本。通过几年的推广，深受用户的好评。

前面我们谈到过涂装前处理须将锈层、氧化皮和油脂、污物处理干净，但是，处理掉油脂和锈层、污物以后，就裸露出了金属基体，如果不进行磷化、涂油和涂饰等处理，就会使钢铁表面产生二次生锈。因此，在涂装前进行化学转化形成一层磷化膜，既能达到防锈的目的，又有提高金属基体与涂层的附着力，这是表面处理的关键，也可以说磷化处理是表面处理的关键。一般的处理方法为：将钢铁表面除油除锈后，进行磷化处理，使钢铁表面形成完整的磷化膜，以满足涂装的需要。磷化是指磷酸盐在钢铁表面转化成一种致密均匀的磷化膜，这种膜是钢铁基体和磷酸盐的反应形成的，因此称之为磷化膜。这种磷化膜不溶于水，属针孔状，有防腐效果，又有较好的附着力，因此被得到广泛的应用。

三、磷化的各类

按磷化使用温度分：常温磷化（20~40℃），中温磷化（50~70℃），高温磷化（80~90℃），目前在国内应用极广泛的为锌系或锌锰系的中温磷化。彩膜磷化处理，如磷酸铁系磷化膜在国标GB11376-89中也有规定，所以，也是磷化的一个类。“三合一”和“四合一”，目前已逐渐地被生产应用所排斥，所以，磷化的发展以低温薄膜为涂装前磷化的发展趋势。

传统的磷化方式一般是高温磷化，其工艺流程为：

高温强碱除油→水洗→酸洗除锈→水洗→高温磷化→水洗→钝化→水洗

从上面的工艺可以看出，这种磷化处理方法将消耗大量能源，提高材料成本，形成的磷化膜较厚，沉渣较多，工人操作环境恶劣，不能满足涂装的需求，因此，磷化处理从80年代起普遍向成本低、节能耗（低温操作）、药液稳定、所生成的磷化膜薄厚适中的方向发展。在这样的情况下，西安星河公司研制生产的XHC系列常温、低温、中温磷化处理液。常温磷化处理液的代表为XHC-12常温锌系磷化液、 它具有常温使用（≥15℃）、成膜速度快、沉渣少、附着力强、使用性能稳定等特点，是一种新型的磷化处理液，它也可在≥35℃的情况下，以喷淋的方式进行处理，处理时间为1~3分钟。

彩膜磷化工艺是根据传统的和市场上现有的铁系磷化综合演变而来的，属磷酸铁系磷化处理液，生成的膜为蓝色或彩虹色，如XHC-17型常温磷化粉，其具有使用方便、沉渣少、极便于操作和管理的特点。这种磷化处理面积大，磷化单位面积成本低、磷化前不需要表调、运输便利，这几年来，正在被用户认可接受，并广泛地推广与应用。

星河公司的另一种彩膜磷化液为XHC-16型常温锌彩系磷化液，比目前市场上的彩膜磷化液的防锈性能有较大的提高，特别是在磷化后可以在常温清洗水中直接清洗，这是一般彩膜磷化液难以达到的。

做为磷化后最终防锈处理，这几年以黑色磷化为典例，这种磷化广泛应用于凸轮轴、活塞环、气缸衬筒、阀门、传动器等，在某些领域上已经走向代替高温发黑的工艺，这种磷化处理一般温度较高，处理后需要油封或填充处理，以提高磷化膜的耐蚀性能、耐磨性能和防锈性能。

“四合一”磷化处理主要是指除油、除锈、磷化、钝化一次完成，这项工艺在我国已有相当长的历史，之所以延续到现在，主要是因为它只需一个槽体即可完成。但这项工艺存在很多弊病，因为经该工艺的处理，一般在厂家要求捞出工件后不进行水洗，一旦经水洗就会使溶液被洗掉，失去保护，产生二次返锈。“四合一”处理液靠磷酸进行除锈，靠乳化剂进行除油，靠这种溶液干燥后保护金属基体不产生锈蚀。所以如果不进行水洗，这种含有大量磷酸盐的溶液沾附在工件表面进行涂装处理，将会产生涂层脱落现象，尤其是磷酸稠度较大，如果不进行水洗，工件表面干燥后产生流痕、发花、泛白等现象，严重影响了涂装效果，因此它将势必被淘汰。但四合一磷化液目前主要应用于工件体积大，无法放进处理槽的工件的处理，如：轮船，电力设施等。

磷化处理前一般有一道表面调整工序，表面调整是一种新型的表面处理工艺，经过表面调整后的工件再进行磷化处理，可使表面生成致密、均匀的磷化膜，降低磷化液使用的温度，提高磷化效果和质量。该产品使用简便，一般以0.3~0.5%的比例与水稀释，搅拌均匀即可使用。将除油除锈后的工件经水洗后浸入表调槽液中，约30秒~1分钟取出，直接浸入磷化槽液中进行磷化处理。

在磷化处理过程中，对无锈的工件经除油后不进行酸洗处理，直接进行磷化处理，其效果优于经酸洗除锈后的磷化效果。这是因为酸洗除锈液中的缓蚀剂和酸根离子等难以清除，对磷化处理时的化学反应造成了些障碍，如果是经除锈后的工件再进行磷化处理，在磷化处理前有一道表调工艺，或提高磷化温度，或延长时间，并加强除锈后的水洗，就可避免经酸洗除锈后对磷化带来的不良影响。

在中、低温或常温的锌锰系、锌钙系、锌系、锰系等磷化处理液中的使用过程中，要注意各种类型的磷化液磷化处理的游离酸度、总酸度之间的酸比值，同时也不能忽视磷化处理的时间、温度以及促进剂含量三者之间的关系，这些要恰当地掌握好是保持磷化处理效果关键所在。

每种磷化处理液都存在着磷化温度的使用极限，因此，它的使用不是在任何温度的条件下都能够进行的。

中和剂主要是在除锈处理后添加在除锈扣的清洗水中，以此来中和调整除锈后的清洗水的PH值，防止除锈后清洗水呈酸性，并可用于调整磷化工作液的游离酸度和总酸度，在磷化液使用过程中，中和剂主要是起降低游离酸度和总酸度的作用。

促进剂的作用是促进磷化的反应，以加速磷化膜的形成，降低磷化的反应温度，缩短磷化的时间，但不等于加入促进剂越多，使用温度就越低或处理时间就越短，一般的磷化液中需要加入适量的促进剂，才能达到理想的磷化效果。这和每一种磷化液的使用温度有很大的关系。

四、磷化处理的方法

１、是喷淋式，也叫喷雾式，该法优点是生产自动化，劳动强度低，因为压力的存在使磷化处理的时间短、效率高、磷化膜结晶致密、均匀、连续，缺点是设备投资较大，占地面积大，对几何工件的内壁难以处理，只能在喷射到工件表面形成磷化膜，这一点不及于浸渍式的磷化处理。因此，此方法广泛适用于箱柜壳体、结构简单的工件，适合于批量较大的生产工艺进行涂装前处理。

２、是浸渍式或槽浸式磷化处理，该方法设备投资少，操作方便，使用的各项指标范围较宽，对工件的内外壁都可进行磷化处理，对工件的几何形状不受限制，同时也不受时间的约束，因此该方法在中小型企业中广泛应用，是涂装前处理行业应用较广泛的方法。

３、是喷淋式和浸渍式结合的方法，这种方法是同喷淋式的方法相符，但克服了喷淋式方法几何件内壁难以处理的弊端，适用于工件的生产工艺流水作业。

五、磷化处理工艺

涂装前处理的工艺流程设计是根据厂家生产线的场地情况和涂装前处理厂家的实际状况而确定的，没有一种产品须固定哪一种生产工艺流程，只有根据产品的外观情况和表面情况来确定某一工艺流程，以适用于本企业的产品涂装前处理需要。

完整的工艺

预除油→除油→水洗→水洗→除锈→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→纯水洗→干燥→涂装

要使涂装前处理质量得到根本的保证，正确地选用涂装前处理材料和涂装前处理工艺是十分重要的。尽管做到这些，也不可忽视对涂装前处理材料生产制造厂家提出进行产品售后服务的要求，同时，要注意每一道工序的使用条件和工艺守则，只有这样才能满足涂装的需要。

其它不同的涂装前处理工序

１、除油→水洗→除锈→水洗→表调→磷化→水洗→纯水洗

在喷淋式的涂装前磷化处理当中，分步进行涂装前的除锈处理时，不能采用一般的除锈液时行除锈，应采用速度稍快的除锈液进行中温除锈，如果除油除锈需要一步完成，可采用除油除锈“二合一”处理液。喷淋式的磷休处理须按药液的处理时间要求，提高些许温度以缩短喷室的长度，减少喷室制作的设备成本，使生产线达到自动流水线的要求，

本工艺适用于喷淋或浸渍式的磷化处理。

除油：采用XHC-2型除油王常温处理，或加温处理；

除锈：采用XHC-7型除锈添加剂+盐酸合成；

表调：采用XHC-25钛盐表调剂；

磷化：采用XHC-12型锌系磷化液、

该工艺磷化处理后要求进行水洗和纯水洗，这是对工件表面的涂层所需得到磷化膜的表面状况而实施的，纯水洗即为离子水洗。例如，电泳浸漆前的磷化处理，磷化后的磷化膜表面须洁净，如果有污物杂质的存在，磷化后的工件浸入到电泳漆内，会逐渐地污染电泳漆，因而会影响电泳漆的涂装效果。

总之，磷化后进行去离子水洗，有利于提高磷化膜与涂层的质量。

2、除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→纯水洗

这种处理方法与上述1的处理方法基本相同，只是考虑到用户的场地有限和减少用户的设备投入，并且针对用户对磷化的要求不十分严格而删掉表调工艺。

3、除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗

这种处理方法与上述2中的处理方法基本相似，不同的是在磷化处理后所实施的喷涂处理不是电泳浸漆处理，对磷化膜表面的干净程度没有特殊要求，所以磷化后只经过一道水洗，然而用户能够提供两水洗，则不能加以否定。

这种处理方法是一种通常的处理工艺，应用比较广泛。

这种处理方法广泛适用于槽浸式的处理方法：

除油：采用XHC-2型除油王常温处理，

除锈：采用XHC-7型除锈添加剂+盐酸合成，常温使用；

磷化：采用XHC-16型锌彩系磷化液

4、除油→水洗→表调→磷化→水洗

这种处理方法是针对工件表面只有油脂而没有锈层而言，像这样的工件只需要进行除油处理，即可进行磷化处理，对磷化处理场地有限的厂家，可免去表调和磷化后的纯水洗，但是对电泳浸漆的厂家不可免去纯水洗的工序，原因上述已介绍。

5、除油→水洗→除锈→水洗→磷化→干燥

这种处理方法与3中的处理方法基本相似，只不过是采用XHC-19型铁系磷化液进行磷化处理，磷化处理后不经过水洗，这只适用于喷漆或静电喷塑要求不严的厂家。

6除油除锈一次完成→水洗→磷化→水洗→干燥

这种处理方法与5基本相同，对槽体和涂装前处理设施有限的企业，采用除油除锈“二合一”一次完成，在油污较重或锈层较重的情况下，需要加入盐酸提高除锈效果或提高使用温度，以此提高处理效果。

7、除油→水洗→磷化→水洗

这是一种较为常见的磷化处理方法，适用于无锈时的钢铁表面。广泛应用于电器柜生产企业。

8、除锈→水洗→磷化→水洗

这种处理方法适用于没有油脂的钢铁表面，磷化处理可采用XHC-16型常温锌彩系磷化液，除锈处理可采用XHC-7型除锈添加剂+盐酸，合成除锈。

9、喷砂→磷化→水洗

这种处理方法较多应用于铁艺生产企业。

上述工艺中的除锈、磷化和除油除锈“二合一”处理的槽体须是内衬防腐衬里，有条件的厂家也可以对水洗槽进行防腐处理，以提高槽体的使用寿命。防腐处理的方法一般采用玻璃钢或塑料板及其它耐酸材料制作。

工艺说明

制定某一项工艺，是产品时行涂装前处理的方法之一，更重要的是在工艺的实施过程中，不能忽视每道工序间的水洗工序及其它工艺条件，应结合现有的条件及需处理件的结构，因地制宜地完善涂装前处理的每一道处理工序和方法，这是保证涂装前处理质量的必要措施之一。

目前，很多厂家在涂装前进行除油、除锈或磷化等处理时，尤其是采用槽浸式的处理时，采用药液循环的方式以辅助提高药液的处理效果和清洗效果是值得我们推荐的。

各工序的加温设施

需要加热的工序，其设施一般用电加热或蒸汽加热，采用蒸汽加热时要防止蒸汽直接加入到各种药液中，使药液在加热时被水分所填充，降低了药液的浓度。

喷淋式的涂装前处理工件的结构及表面状况和施工场地、条件以及企业自身的要求，采用喷淋式、喷浸式、槽浸式的方法进行涂装前处理，同时可根据企业的具体情况及涂装的要求，选用药剂的特点等，科学地确定本企业所需要的产品涂装前处理工序流程。

从上述的工艺及材料介绍我们可以认识到，涂装前处理材料以低成本、低维护、低耗能、低沉渣、高质量、无公害为新的发展趋势。在这样的发展趋势与市场的要求下，我们西安星河公司研制生产了XHC-2型常温除油王、XHC系列除油清洗剂和常温除油除锈“二合一”处理液、XHC-7型钢铁除锈添加剂、XHC-12型常温锌系磷化液和XHC-16型锌彩系等磷化处理材料，通过实际应用已经取得了较好的使用效果，并取得了较好的经济效益和社会效益。几年来的产品推广，促进了企业的发展，并为西安市涂装前处理行业的发展做出了贡献。因此，我们大力提倡以科学、公正、务实的态度对涂装前处理材料进行交流、研讨、学习，这是很必要的。