浅谈汽车涂装表面前处理工艺

摘要：主要从涂装前表面处理目的、前处理分类、钢铁材料涂装前表面处理、有色金属材料前表面处理、塑料件前表面处理、典型产品涂装前处理工艺介绍了汽车涂装表面前处理工艺。

关键词：涂装前处理、除油、除锈、脱脂、表调、磷化、钝化、机械法、化学法。

涂装是汽车耐腐蚀和装饰的最经济而有效的方法，而涂装前表面处理（又称前处理）的好坏又是直接影响涂层使用寿命和装饰效果的重要环节。

各种材料及其制品在加工、运输、存储过程中，其表面容易产生或黏附异物，如机加工毛刺、氧化皮、油污等，这些表面污物会影响到涂层的致密性以及与基体的结合强度。涂装前处理的主要目的就是将这些物质除去，并进行适当的表面化学转换，提供适合涂装要求的基底，以增加漆膜的附着力，廷长漆膜的使用寿命，充分发挥涂层的保护作用与装饰效果。

一 涂装前表面处理定义

涂装前表面预处理是指涂装前对被涂物表面进行的准备工作，是整个涂装工艺的基础。前处理质量高低直接影响整个涂装质量，必须予以重视。

二 涂装前表面处理分类

1.按处理方法分类 分为机械法和化学法。机械法主要有手工方法、动力工具、火焰法、喷砂、抛丸等。化学法则有除油、除锈、表调、磷化、钝化等

2.按处理材质分类 分为金属材料和非金属材料。金属材料主要有钢铁材料、有色金属材料。非金属材料则有塑料、木材、水泥等。

三 汽车涂装前表面处理

汽车涂装前表面处理常用功能性工序主要包括：除油脱脂、除锈、表调、磷化等。

1 除油脱脂

除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。被涂工件表面污物可分为无机污染和有机污染两大类，前者包括氧化皮、锈蚀产物、焊渣、灰尘、各种盐分、水等，后者主要是旧的有机涂层和各种油污。被涂工件存在的污物造成的危害极大，甚至会使涂料失去使用意义。常见的污染物中，影响最大、最常见的是油脂和锈蚀。油脂污染大多来源于使用或加工过程，可分为可皂化的动植油和不可皂化的矿物油。前者皂化后可溶手水，适合碱洗或直接用有机溶剂清洗；后者只溶于有机溶剂，不溶于水，适合用有机溶剂或挥发性较好的专用清洗剂清洗。除油方法主要包括机械法、化学法两类。机械法主要是：手工擦刷、喷砂抛丸、火焰灼烧等。化学法主要是：溶剂清洗、酸性清洗剂清洗、强碱液清洗、低碱性清洗剂清洗、溶剂乳化清洗等。以下主要介绍化学法除油脂工艺。

1.1 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。

1.2 低碱性清洗液清洗

低碱性清洗液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9～12。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。低碱性清洗剂主要由无机低碱性助剂、表面活性剂、消泡剂等组成。

2 除锈

除锈方法主要有化学除锈及机械除锈。

2.1 化学除锈

酸洗除锈、除氧化皮的方法是工业领域应用最为广泛的方法。利用酸对氧化物溶解以及腐蚀产生氢气的机械剥离作用达到除锈和除氧化皮的目的。酸洗中使用最为常见的是盐酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗时产生有毒的二氧化氮气体，一般很少应用。盐酸酸洗适合在低温下使用，不宜超过45℃，使用浓度10%～45%，还应加入适量的酸雾抑制剂为宜。硫酸在低温下的酸洗速度很慢，宜在中温使用，温度50～80℃，使用浓度10%～25%。

2.2 机械除锈

机械除锈主要采用手工、电动工具、喷砂抛丸等。

3 表面调整

表面调整的目的是促使磷化形成晶粒细致密实的磷化膜，以及提高磷化速度。表面调整剂主要有两类，一种是酸性表调剂，如草酸。另一种是胶体钛。两者的应用都非常普及，前者还兼备有除轻锈（工件运行过程中形成的“水锈”及“风锈”）的作用。

4 磷化

金属在含有磷酸盐的溶液中进行处理，形成金属磷酸盐化学转化膜，这一工艺过程称之为磷化，所形成的金属磷酸盐转化膜称之为磷化膜。

4.1 磷化目的

漆前磷化的目的主要是给基体金属提供短期工序间保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。

4.2 基本原理

磷化过程包括化学与电化学反应。不同磷化体系、不同基材的磷化反应机理比较复杂。磷化成膜过程主要是由如下4个步骤组成：a.酸的浸蚀使基体金属表面H+浓度降低；b.促进剂（氧化剂）加速界面的H+ 浓度进一步快速降低；c.磷酸根的多级离解；d.磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜

磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核，晶核继续长大成为磷化晶粒，无数个晶粒紧密堆集形成磷化膜。

4.3 磷化分类

①按磷化膜种类分 可分为锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。

②按磷化膜质量分类 实际应用中，一般根据单位面积膜层质量（g/m2）来衡量，可分为重量级、次重量级、轻量级、次轻量级四种。通常膜薄附着力好，而膜厚耐蚀性好，涂装前处理所需膜层为0.5-7.5g/m2，一般锌系磷化膜控制在1-4.5g/m2，铁系磷化膜控制在0.2-1g/m2，与阴极电泳或粉末涂料配套时磷化膜控制在1-3g/m2。

③按磷化处理温度分类

高温磷化。磷化处理温度为80-90℃。优点是配方简单，磷化速度快，磷化膜的耐蚀性、硬度及耐热性能较高。缺点是槽液温度高、耗能大、蒸发量大、沉渣多、成本高，形成磷化膜较厚且粗，一般不作涂装前的磷化。

中温磷化。磷化处理温度为60-75℃。优点是磷化速度较快，磷化结晶较细，耐蚀性能好。但磷化膜较厚，涂装后涂膜的光泽不好，一般适用于耐腐蚀性防护层及喷、刷漆的底层，不适用于电泳及静电粉末涂的底层。

低温磷化。磷化处理温度为35-55℃。低温磷化成膜动力主要依赖配方中的促进剂等物质，形成的磷化膜薄而致密，平整光滑，槽液稳定，沉渣较少，能耗小，维护简便，使用综合成本低，是目前国内应用于涂装底层处理的主要技术。

常温磷化。常温状态下，不加温的磷化工艺。磷化成膜的动力完全依赖于配方中的促进剂成分。节能，减少设备投资，是新的发展趋势，但磷化速度较慢，对大批量产品不适用。磷化配方复杂，槽液维护调整难度较大，槽液浓度较高，但综合成本较低。

四 某汽车车身涂装前处理工艺

以下为某汽车车身涂装前处理工序流程。

五 结论

随着环保要求的日趋重要，传统的磷化工艺含磷、镍及沉渣处置问题，已逐步无法契合现代环保的需求，新一代无磷环保转化工艺能在金属外表构成纳米级薄膜，具有加强涂装附着力和耐腐蚀功用，可处置钢铁、锌、铝及其合金材料是替代传统磷化处置工艺的优秀选择。目前无磷转化膜产品，已在汽车、家电等工业里实践停止应用，硅烷处置剂无磷转化膜的产品已逐步成为将来整个涂装前金属外表处置相关产业开展的重点，为替代传统磷化技术带来新的一波高潮。

参考文献：

⑴ 唐春华.金属表面磷化技术（M）.北京：化学工业出版社，2009.

⑵ 王锡春.汽车涂装工艺技术（M）.北京：化学工业出版社，2005.

⑶ 冯立明，张殿平，王绪建.涂装工艺与设备（M）.北京：化学工业出版社，2013.

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⑸ 涂料工艺编委会编.涂料工艺（M）.北京：化学工业出版社，1997.