磷化渣削减方法

许焕新 李胜 万正磊

【摘要】：简要介绍汽车磷化工艺中，磷化工艺及发展，磷化过滤系统，分析磷化渣产生过多的原因，并提出相应的削减方法。

【关键词】：磷化工艺；磷化渣

一、磷化的目的

在汽车制造过程中，需要保证汽车涂层具有良好的耐久性和耐腐蚀性，因此在进行车身的涂装之前，会先对其进行磷化处理。磷化处理的原理是磷酸的离解平衡，利用能够这一原理可以使清洗脱脂过的金属底材表面上析出不溶性的磷酸金属盐，从而形成一层磷化膜。形成的磷化膜能够提高涂布在其上的电泳涂膜的附着力和耐腐蚀性。

通过磷化处理得到的磷化膜结晶能够微溶于金属表面，因此使这些结晶具有良好而附着力，结晶表面的凹凸特性有效的增加了其表面积，从而使涂膜的附着力得到显著的增强。由于涂膜具有良好的附着力，因此其可以有效的防止腐蚀生成物质的侵入，进而有效的提高了其耐蚀性。如果不进行磷化处理，一段时间后水和空气等就可以透过涂膜，导致钢板生锈，使涂抹鼓起。因此，磷化处理被广泛的应用于高级防锈涂装的底材处理。在磷化处理时，为了获得优质稳定的磷化膜，提高其附着力和耐扩蚀性，应做好前处理的管理工作，并且控制好影响反应的各种要素。

二、磷化渣的产生

在磷化处理中不仅会反应生成磷化膜，同时还会有磷化渣生成，磷化渣的主要成分是Fe(H₂PO4)₂，磷化处理过程中必然会产生磷化渣，磷化渣过多会造成很多问题，因此需要及时的将其从槽液中清除出去。磷化渣会污染磷化液，导致其使用寿命缩短；其还可能附着在车身上，导致磷化膜的质量变差，进而影响整车的涂装质量；磷化渣还会对喷射系统造成影响，过多的磷化渣会导致喷嘴堵塞、管路堵塞等情况的出现，造成换热系统的传热系数下降，会对生产线的运行造成不利影响。因此，对槽液中的磷化渣含量进行有效控制，将其控制在一定范围内就显得非常重要。影响磷化渣生成的因素有很多，如各种类型的除渣装置系统，低温磷化工艺的导入，磷化槽液参数的酸比值、P值、总酸浓度、游离酸浓度、促进剂浓度等均会影响磷化沉渣。SPCC冷轧板相比GA镀锌板材，产渣量会多70～80%，因此汽车板材对磷化渣的削减改善明显。

三、磷化渣的削减办法

1、磷化槽循环能力提升

循环能力，表示槽内的液体流动速度(与磷化反应直接相关),计算时以槽内的喷嘴为准。案例：根据我司的管路设计，槽液循环只针对循环泵对应的管路相应的槽内喷嘴流通。根据帕卡材料专家建议，根据如下循环能力计算，发现能扩后循环能力不足。

改造前是139t，实际大槽体积139，循环能力：264/139=1.90次/h

改造后是186t，实际大槽体积186，循环能力：264/186=1.42次/h

因此材料厂家建议增加循环次数， 应提升循环能力达到2.0以上，以实现增加槽液流速，以保证车身表面化成反应均匀。预期改善后对品质影响（1）降低入槽条纹、水痕发生风险；（2）可适当下调促进剂浓度，有利于降低磷化渣产生量；（3）改善尾盖内板等发黄问题；（4）降低四门窗框发黄风险（若循环弱，促进剂低时容易发黄）。通过设备改造，增加磷化如槽层流喷淋，另启用备用泵分流喷淋管，新增喷淋管，有效增加磷化循环喷淋次数。

改造完后磷化循环次数：（264+114）/ 150 =2.52次/hr

2、控制工艺参数

低温磷化温度控制范围在（25～40）℃，时间（3～20）min 、促进剂含量（3～5ppt）及总酸度（20～40ppt）和游离酸度（0.8～3ppt）。如我司控制参数为：磷化温度±35℃，促进剂含量（3.5～5ppt），磷化总酸度（21～25ppt），游离酸度（0.4～0.8ppt）。温度对磷化过程有比较大的影响，温度太低会造成成膜速度慢、膜不完整、易泛黄等问题，甚至导致无法成膜；而温度过高的话则会导致成膜比较粗大，而且耐腐蚀性能较差，同时还会影响到槽液的稳定性，并且产生较多的沉渣。促进剂含量较低会导致成膜较慢、膜层泛黄等问题；过高则会导致沉渣显著增多，膜层会带彩色。总酸度稍高对于磷化反应有一定的促进作用，而且形成的磷化膜薄而致密，但是过高的话会导致沉渣增多、膜层挂灰等问题。游离酸度较低可以降低林化温度和沉渣量，过高则会导致沉渣过多，甚至无法成膜。

酸比值磷化总酸与游离酸的比值。酸比高会导致磷化产渣过高，同时磷化总酸过高会导致磷化膜挂灰，影响磷化膜成膜品质，适当调整酸比值，优化磷化总酸及游离酸的数值，调整酸比值在30～35间，有效降低磷化沉渣的产生。

3、沉渣改善方法

磷化槽非生产状态下，应该适当进行循环喷淋，减少沉渣产生，静止状态磷化渣容易沉底及堵塞管路，形成恶性循环，降低磷化槽内循环能力。此外，槽液要定期排渣和更新。如磷化槽每星期要进行倒槽清洗1 次，脱脂槽、表面调整槽每（3～4）个星期更新 1 次，磷化槽沉降槽及漏斗底排，如产量大SPCC板材占比高，需定期1至2天进行排渣。

4、除渣装置系统

当前常用的大型磷化除渣装置主要是斜板沉降加压滤机（或脱水机）。日本帕卡设计工程进行了大量研究，对该机器进行了改进，推荐用反向袋式过滤器这种体积更小的装置来取代斜板沉降槽，并使用自动脱水过滤机来代替压滤机。

相较于连续置换型方式，使用PS过滤器能够显著降低磷化液中残渣的浓度，可达到150mg/kg左右。PS过滤器其实是袋式过滤器的反向运行，磷化渣沉淀会被过滤袋过滤袋过滤，留在外面，而滤液则通过过滤袋回到磷化槽。随着滤袋外的磷化渣不断累积，达到一定数量后会被压缩空气清洗，并从过滤器下部排除。

PS过滤器优点体现在以下几方面：①滤布容易清洁，较短时间就可以洗净；②滤布的寿命长；③最终排渣液呈块状，含水率65%。自动脱水过滤机（FK）的工作原理。在运行过程中，泵会将斜板沉降槽或者是PS过滤器排除的高浓度磷化渣浓缩液传送到过滤机内，过滤机上的滤纸会将磷化渣过滤下来，随着沉渣不断累积，达到一定程度后泵会停止输送，然后下部的气缸开始运转，将主体的上下部压紧，利用压缩空气来将滤渣里面的液体脱除。然后主体的上下部会脱开，带沉渣的滤纸输出，整个排渣过程完成，该过程不断重复，并且全程可以通过微机控制，能过实现完全的自动化。

5、板框压滤机全过滤系统

这种除渣系统在设备配置方面的要求并不高，板框压滤机是这一系统的关键设备。在实际运行过程中，首先自动阀AV2、AV3打开，AV1关闭，此时泵P1会运行，并将含渣磷化液打入到板框压滤机中，对其进行加压过滤，在过滤完后滤液会回流到磷化槽。随着设备的运行，磷化渣会不断累积，导致管道压力升高，当这一压力达到设定值之后，系统会将AV1打开、AV2关闭，并且打开自动阀AV4，然后压缩空气会进入使磷化渣液脱水，完成之后，阀AV3关闭，然后AV4关闭、AV5打开，压滤机内部泄压，然后自动卸渣程序启动，完成卸渣之后开始下一工作循环。

四、结语

当前，国内汽车涂装厂设置的除渣系统主要有“斜板沉淀槽＋压滤机”和“全过滤除渣系统”两种类型，在进行除渣系统配置时要基于厂商的实际条件。为了满足除渣需求，首先磷化循环能力及除渣能力必须满足生产线需求，同时软件上为生产管理对工艺及参数稳定性的监控及管理，标准化的操作，这样能有效控制并持续低含量的磷化渣。

【参考文献】

王锡春/ 汽车涂装工艺技术-北京，北京化学出版社，2004，12

王海军/汽车涂装线常用磷化除渣系统-机械工业第四设计研究院，2005.3