淺談鋯鹽硅烷復(fù)合處理對(duì)沖壓件板材檢測(cè)工具選擇

李軍平 賈帥鋒 李琦

摘 要：文章結(jié)合鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝與傳統(tǒng)磷化差異、電泳工藝、沖壓件檢測(cè)工藝，通過對(duì)比使用硬油石、軟油石、砂紙、砂網(wǎng)對(duì)板材處理后鋯鹽硅烷復(fù)合處理效果，選擇出更適合鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝的沖壓件檢測(cè)工具。

關(guān)鍵詞：鋯鹽硅烷復(fù)合處理;油石;砂網(wǎng);磷化

中圖分類號(hào)：TH706 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-174-04

Abstract： The article Based on the difference between the film treatment process and the traditional phosphating process， electrophoretic process， and the testing process of stamping parts， the effect of the film treatment on the plate was compared by using hard stone， soft stone， sand paper and sand screen， to select a more suitable for thin-film processing stamping parts detection tool.

Keywords： Zirconium salt silane composite treatment; Oil stone; Sand net; Phosphating

CLC NO.： TH706 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-174-04

引言

鋯鹽硅烷復(fù)合處理是近幾年衍生出的新涂裝前處理工藝，跟磷化處理工藝存在明顯差異，尤其對(duì)白車身板材潔凈度和平整度要求極高，眾所周知，汽車板材在經(jīng)過沖壓后，會(huì)出現(xiàn)變形、凹坑、凸包等表面質(zhì)量問題，由于形變量較小，需采用檢測(cè)工具對(duì)板材進(jìn)行檢測(cè)。故本文通過研究某汽車主機(jī)廠采用的檢測(cè)工具打磨對(duì)鋯鹽硅烷復(fù)合處理的影響，來分析鋯鹽硅烷復(fù)合處理對(duì)檢測(cè)板材油石的要求。

1 鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝概述

1.1 鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝介紹

薄膜化處理工藝主要包括鈦鋯化、硅烷化、鋯鹽硅烷復(fù)合處理，鈦鋯化和硅烷化主要區(qū)別在于兩者成膜原理不同，鈦鋯化成膜屬于物理結(jié)合，硅烷成膜技術(shù)則依靠特定的化學(xué)鍵分別與板材和樹脂涂料結(jié)合，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。鋯鹽硅烷復(fù)合處理則是硅烷化和鈦鋯化體系復(fù)合改性的新型前處理工藝，其涂膜耐蝕性和附著力性能都強(qiáng)于前兩者，也相對(duì)降低氟離子使用含量，進(jìn)而降低對(duì)環(huán)境和設(shè)備的危害。

某汽車主機(jī)廠薄膜化處理工藝采用的是鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝，其相對(duì)于傳統(tǒng)的磷化工藝之間的差異見下表1：

通過上表可知鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝存在以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)設(shè)備的要求低，不含有重金屬，能耗消耗少，排放少且廢渣少，可同時(shí)處理多種板材，期間管理控制操作簡(jiǎn)單。也可以看出鋯鹽硅烷復(fù)合處理存在以下缺點(diǎn)：對(duì)板材外觀質(zhì)量要求非常高，形成的膜厚要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)磷化，可將板材表面缺陷放大化。

1.2 鋯鹽硅烷復(fù)合處理成膜機(jī)理

鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝其主要使用的藥劑名稱為：s211、s210、s2108、s212四種藥劑。s211是無(wú)機(jī)組分，主要是鋯鹽，提供硅烷成膜的主要成分;s210是有機(jī)組分，主要是硅烷，在溶液中水解形成Si-OH硅醇基團(tuán)，進(jìn)而形成共價(jià)鍵三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);2108是提高氟離子的，通過控制氟離子濃度來穩(wěn)定鋯鹽，s212是通過提高槽液pH值，提供成膜環(huán)境。

鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝成膜方式存在兩種，第一種成膜方式：利用氟鋯鹽和氟鈦酸的水解反應(yīng)生成氧化鋯溶膠，然后在高PH環(huán)境下沉積在板材表面，形成致密的納米級(jí)涂膜。

成膜方程式：

第二種成膜方式：硅烷在槽液中發(fā)生水解反應(yīng)，生成硅醇，硅醇可與板材表面的氧化物或羥基發(fā)生縮水反應(yīng)性成Si-O-Me（Me表示金屬）吸附于板材表面，槽液中多余的羥基通過和硅醇基團(tuán)進(jìn)行縮合反應(yīng)形成Si-O-Si鍵，從而形成最終的硅烷膜;

成膜方程式：

由于硅烷化薄膜和鈦鋯化薄膜結(jié)構(gòu)不同，因此在二者的交叉成膜情況下最終形成了無(wú)定型的復(fù)合膜層，進(jìn)一步提升涂層的耐腐蝕性能和附著力性能。

2 電泳工藝概述

2.1 電泳工藝簡(jiǎn)介

電泳根據(jù)被涂物的極性和電泳涂料的種類分為陰極電泳和陽(yáng)極電泳。被涂物作為陰極，電泳涂料選用陽(yáng)離子型，則稱之為陰極電泳;被涂物作為陽(yáng)極，涂料選用陰離子型，則稱之為陽(yáng)極電泳。電泳主要包括以下四種電化學(xué)現(xiàn)象：電解、電泳、電沉積、電滲。

電泳使用的藥劑主要為：顏料、樹脂、中和劑，其中顏料作用主要為成膜時(shí)負(fù)責(zé)填充間隙和增加漆膜遮蓋力;樹脂是主要的成膜物質(zhì)，提升漆膜性能;中和劑用來調(diào)整槽液穩(wěn)定，提供成膜環(huán)境。

2.2 陰極電泳工藝流程介紹

某公司采用的電泳工藝為陰極電泳，其工藝流程為：洪流沖洗預(yù)脫脂脫脂第一水洗第二水洗第一純水洗鋯鹽硅烷復(fù)合處理第二純水洗第三純水洗陰極電泳UF1UF2UF3第四純水洗瀝水烘干。

2.3 陰極電泳成膜機(jī)理

陰極電泳的成膜機(jī)理為：帶有正電荷的樹脂離子，在直流電場(chǎng)的作用下，向著作為陰極的被涂物方向游動(dòng)（電泳），由于受到陰極電解后產(chǎn)生的OH-影響，涂料離子在被涂物表面聚結(jié)（電沉積）。在電流的影響下，剛剛沉積的含有大量水分的濕膜發(fā)生脫水現(xiàn)象（電滲），使?jié)衲さ牟粨]發(fā)成分大大提高，進(jìn)而濕膜電阻不斷增加，脫水后的濕膜則牢牢的粘附于底材表面，經(jīng)過UF液洗去表面的浮漆和烘干后，形成了最終的電泳漆涂層。

3 沖壓件檢測(cè)工藝概述

3.1 沖壓件檢測(cè)方法簡(jiǎn)介

沖壓件的外觀檢測(cè)主要為觸摸檢查、油石打磨、柔性砂網(wǎng)打磨、除油檢查四種方法。觸摸檢查對(duì)操作員工經(jīng)驗(yàn)要求比較高;油石打磨的使用手法不熟練和選取油石粒度不合適的情況下會(huì)導(dǎo)致板材劃傷;柔性砂網(wǎng)對(duì)于變形缺陷檢查效果不明顯;除油檢查操作步驟繁多，效率低下。

某主機(jī)廠使用的檢測(cè)方法主要為油石打磨，極少部分使用柔性砂網(wǎng)打磨。

3.2 油石打磨檢測(cè)方法

油石檢查可以準(zhǔn)確的檢查出沖壓件外表面的的坑、包、變形的缺陷位置，以及缺陷在修復(fù)過程中的變化情況。其操作要求如下：

（1）使用前對(duì)油石表面臟污進(jìn)行清理;

（2）運(yùn)行過程中要與板材表面緊密貼合，力度均勻適中;

（3）運(yùn)行中聽到異響時(shí)立即停止移動(dòng)，對(duì)油石表面進(jìn)行清理后才可以繼續(xù)操作;

（4）檢查曲面時(shí)，弧度的大小與油石傾斜角度成正比，檢測(cè)后用手重新感受一下;

（5）運(yùn)行軌跡寬度需超過油石寬度一半;

（6）運(yùn)行距離要根據(jù)檢查位置調(diào)整，不能過長(zhǎng)或過短。

3.3 柔性砂網(wǎng)檢測(cè)方法

柔性砂網(wǎng)檢測(cè)面積大，對(duì)手法要求簡(jiǎn)單，可以輕易檢測(cè)出板材外表面坑、包、麻點(diǎn)等問題所在具體位置，由于覆蓋面積較大，對(duì)于細(xì)微變形、波紋不容易發(fā)現(xiàn)。檢測(cè)項(xiàng)目相對(duì)于油石打磨存在一定差異。其操作要求如下：

（1）使用前對(duì)板材表面進(jìn)行擦拭;

（2）將砂網(wǎng)平鋪手掌內(nèi)，不能存在褶皺;

（3）運(yùn)行過程中與板材表面緊密貼合;

（4）當(dāng)砂網(wǎng)檢測(cè)效果降低時(shí)應(yīng)及時(shí)更換砂網(wǎng)。

4 研究過程

4.1 涂裝車身問題現(xiàn)狀

某汽車主機(jī)廠涂裝車間采用鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝，在經(jīng)過前處理電泳過后，車身電泳漆面外觀出現(xiàn)白色線條，觸摸時(shí)手感明顯（見圖1），對(duì)該部位不進(jìn)行打磨的情況下，在經(jīng)過3C1B面漆工藝時(shí)，線條痕跡無(wú)法覆蓋（見圖2），外觀質(zhì)量不滿足交付要求，導(dǎo)致修飾線體無(wú)法正常進(jìn)車過線甚至停線。

4.2 原因分析

經(jīng)過對(duì)入涂車身外觀質(zhì)量跟蹤，發(fā)現(xiàn)白車身個(gè)別區(qū)域存在明顯劃痕，用手觸摸時(shí)，有明顯手感。經(jīng)過對(duì)焊裝車間和沖壓車間板材外表面的調(diào)查，最終鎖定原因?yàn)檐嚿戆宀慕?jīng)過硬100#油石打磨后（見圖3），造成板材外表面形成劃痕（見圖4），外表面粗糙度增加。在鋯鹽硅烷復(fù)合處理過程中，由于板材表面粗糙度的增加，造成成膜物質(zhì)堆積，進(jìn)而導(dǎo)致成膜不均勻。在電泳成膜過程中，該位置因鋯鹽硅烷復(fù)合處理所聚集的成膜物質(zhì)，使該區(qū)域電阻增大，導(dǎo)致電泳漆過程中顏料樹脂運(yùn)動(dòng)受阻，成膜不均勻，經(jīng)烘干后，該位置出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，漆膜顏色相對(duì)于其他區(qū)域較淺。

4.3 檢測(cè)工具選擇驗(yàn)證過程

4.3.1 油石打磨后對(duì)打磨位置進(jìn)行打磨并對(duì)比效果

取180#砂紙對(duì)油石打磨位置進(jìn)行打磨，將原有油石打磨后的劃痕打磨平整（見圖5），經(jīng)過鋯鹽硅烷復(fù)合處理和電泳，烘干后，打磨區(qū)域電泳漆膜表面白色線條印記消失，但砂紙打磨區(qū)域電泳漆膜顏色變淺，部分位置電泳漆膜出現(xiàn)橘皮狀（見圖6），觸摸有手感。

結(jié)果證明用打磨機(jī)打磨后可以消除油石打磨后產(chǎn)生的漆膜外觀不良，但是也會(huì)帶來新的質(zhì)量問題，而且采用砂紙打磨會(huì)增加材料成本和人工成本。故采用打磨機(jī)打磨的方法并不是我們想要的最優(yōu)方案。

4.3.2 采用軟油石替代硬油石效果對(duì)比

取400#軟油石替代硬油石（見圖7）對(duì)板材進(jìn)行檢測(cè)打磨，打磨后狀態(tài)與硬油石打磨相比，線條印記明顯更淺，表面粗糙度也有明顯改善（見圖8），經(jīng)過鋯鹽硅烷復(fù)合處理和電泳，烘干后，電泳漆膜外觀出現(xiàn)白色線條印記（見圖9），個(gè)別印記觸摸時(shí)仍然存在手感。經(jīng)過面漆噴涂后，大部分區(qū)域可悲覆蓋，個(gè)別印記仍然無(wú)法覆蓋。

結(jié)果證明使用軟油石作為沖壓件檢測(cè)工具，漆膜白色印記無(wú)改善，且部分印記存在手感，噴涂后面漆無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，不滿足電泳漆膜外觀質(zhì)量要求，故此方案仍非最優(yōu)方案。

4.3.3 采用柔軟圓盤砂網(wǎng)替代軟油石效果對(duì)比

取800#圓盤砂網(wǎng)替代軟油石對(duì)沖壓件進(jìn)行檢測(cè)打磨，打磨后板材表面呈鏡面狀，基本無(wú)打磨印記，表面粗糙度變化不明顯（見圖10），經(jīng)鋯鹽硅烷復(fù)合處理和電泳，烘干后漆膜外觀無(wú)印記（見圖11），該區(qū)域電泳漆膜顏色與周邊顏色一致。

結(jié)果證明圓盤砂網(wǎng)替代硬油石作為沖壓檢測(cè)件與鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝匹配性更好，而且圓盤砂網(wǎng)在使用時(shí)要求相對(duì)簡(jiǎn)單，易于操作員工掌握。

5 結(jié)論

通過上面的三輪驗(yàn)證，我們可以發(fā)現(xiàn)，鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝對(duì)板材外觀質(zhì)量要求極為苛刻，尤其是表面粗糙度。對(duì)比三輪驗(yàn)證過程中板材在經(jīng)過檢測(cè)工具打磨后狀態(tài)，也從側(cè)面反映了，鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝形成的復(fù)合膜層是非常薄的，而且其成膜反應(yīng)是持續(xù)的，因?yàn)榘宀谋砻娴膭潅瑢?dǎo)致劃傷區(qū)域與鋯鹽硅烷復(fù)合處理溶劑接觸面加大，故此區(qū)域成膜物質(zhì)會(huì)不同程度的堆積形成薄膜，最終因成膜不均勻?qū)е码娪具^后漆膜出現(xiàn)印痕。板材的完整性對(duì)于鋯鹽硅烷復(fù)合處工藝質(zhì)量起著很大的影響，本文告知我們?cè)谶x擇配套的打磨工具時(shí)，應(yīng)首先考慮打磨工具對(duì)板材表面破壞程度，破壞程度越小，與鋯鹽硅烷復(fù)合處理工藝匹配性越高，當(dāng)然免打磨是最好的。

如今，某汽車主機(jī)廠已要求沖壓車間及外協(xié)件廠家將沖壓件檢測(cè)工具由100#油石切換為800#圓盤砂網(wǎng)，經(jīng)批量生產(chǎn)，目前漆膜外觀質(zhì)量穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳世榮.硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用進(jìn)展[J].有機(jī)硅材料，2003（5）：28-31.

[2] 石敏.硅烷化金屬表面處理的研究進(jìn)展及展望[J].金屬功能材料， 2011（6）：66-77.

[3] 吳超云.金屬表面硅烷防護(hù)膜層的研究進(jìn)展[J].表面技術(shù)，2009.38 （6）：79-82.

[4] 王作兵.淺談常用的汽車沖壓件檢驗(yàn)方法[J].汽車制造業(yè)，2020.000 （4）：12-14.