二元無鎳磷化新工藝在重型載貨汽車車身上的應用

摘 要：介紹了重型載貨汽車駕駛室前處理技術現狀及發展趨勢，通過材料的反應機理分析、工藝試驗、產品跟蹤及環保跟蹤驗證了可行性，驗證和應用一種新型無鎳磷化方式，為重卡駕駛室推進清潔生產，踐行綠色發展理念，實現高質量發展提供參考。

關鍵詞：重卡；駕駛室；磷化；含鎳廢水；涂層性能；環保；綠色

隨著中國經濟的不斷發展，人們意識到高質量發展絕對不能以犧牲環境為代價。進入21世紀以來，國家加強了對工業“三廢”的排放要求。駕駛室涂裝三元磷化過程中含“鎳元素（Ni）”的廢水一直是困擾環保的一大難題。鎳元素不論是對人的健康，還是對環境的危害都很大，鎳鹽會經由呼吸道進入人體體內，引發肺水腫等大量的并發癥嚴重還會導致呼吸系統癌。

為強化源頭治理，從生產工藝源頭消除一類污染物，發展清潔生產，加快實現綠色低碳發展。

行業現狀及發展趨勢

目前，商用車各大汽車廠涂裝前，均采用磷化處理工藝來提高涂層的附著力和耐腐蝕性，普遍采用成熟的鋅（Zn）、錳（Mn）以及鎳（Ni）三元磷化工藝。

近年來，隨著綠色涂裝的發展，以凱密特爾為首的硅烷薄膜前處理日趨發展，硅烷技術在開發之初就考慮到了“三廢”排放問題，與三元磷化技術相比在環保方面優勢明顯，目前主要應用于白色家電、汽車零部件、普通工業等一些耐久性能要求不高的行業，因為它的環保性，便捷性以及成本優勢，得到了快速推廣。

但相較于傳統工藝，薄膜前處理工藝尚存一些共性問題，還有很多方面需要提升和改進。具體各方對比見表1。

基于以上原因，考慮到商用車板材、生產線的特點、管理模式及涂層耐久性能等各方因素，各大商用車應用硅烷工藝的很少。迫于環保壓力，行業上也在探索另外一條技術路徑：厚膜環境友好型前處理工藝即二元（無鎳）鋅系磷化工藝。

原理分析

鎳（Ni）具有使鋅鹽磷化膜結晶微細化效果，特別是提高與鍍鋅底材的附著力和涂裝性能的重要金屬，取掉鎳后，通過采用新的表面調整劑，使結晶微細化，在磷化膜中含有替代Ni的別的金屬，得到含有鎳的鋅鹽磷化膜的性能大體上相同的磷化膜。

由于稀土元素外層電子的特殊性，使其具有較大的離子半徑，易極化跟變形，更容易吸附在基材表面，提供更多的活化點，并起到誘導結晶形態的作用。不同表面調整條件下的磷化膜結晶形貌（SEM1000倍）如圖1所示。

通過磷化劑自身的改良，加入新型稀土促進劑，加速磷化成膜過程，使結晶細化，穩定P比在較高水平；采用偶聯劑，彌補晶間縫隙，增加磷化膜與電泳涂層間的附著力，從而增強無鎳磷化膜的防腐蝕性。磷化膜防腐蝕性對比實驗（3.5%NaCl溶液，300-1000mV，30min）如圖2所示。

無鎳磷化膜與電泳涂層的附著力原理，如圖3所示。

從原理上分析，二元（無鎳）鋅系磷化原材料技術路線可行，可進行相關的試驗和驗證。

生產線及廢水處理適應性

原三元磷化生產線及廢水處理均適應于二元（無鎳）鋅系磷化，不需進行改造。

質量指標的策劃和驗證

關于磷化更換需要如何進行確認無相應的國標或行業標準，需根據實際需要自行策劃，在保證生產線適應性及廢水處理的適應性的基礎上，對二元（無鎳）鋅系磷化劑的應用開展必要的工藝試驗，保證實施后產品的性能。

采用磷酸鹽系液體表面調整，與無鎳二元磷化體系配套。從變更后影響的范圍為依據開展各項工藝試驗，按四大類——磷化膜性能、與電泳線生產線配套能力、與電泳漆膜配套性能、涂層綜合性能開展工藝試驗策劃，具體見表2。

通過試驗分析，二元無鎳磷化與三元磷化自身的各項性能及與電泳配套、整個涂層體系配套后性能均滿足要求，對比試驗結果如表3所示。二元無鎳磷化與三元磷化過烘干對比試驗測試結果如表4所示，對產品質量無影響。

排放指標的模擬試驗驗證

因鎳錳共生、不銹鋼槽體等影響，二元磷化液中含有微量鎳，含量約為2mg/L。以二元磷化液為試驗對象，按現有磷化廢水三級處理流程開展小試試驗，記錄各級檢測結果。具體檢測結果見表5。

從以上結果分析，二元無鎳磷化廢液按目前方法三級處理后，鎳離子指標低于GB11912-89《水質鎳的測定》工業廢水最低檢出濃度，滿足要求。采用二元無鎳磷化可保證排放指標。

系統清洗切換

為保證盡快切換，滿足排放要求，降低混槽帶來的風險，采用洗槽后重投的方式組織各項工作，具體策劃見表6。

為保證切換的順利進行，對清洗和廢水處理進行了相關試驗，對清洗槽體過程中的清洗液進行驗證，保證清洗液對槽體的腐蝕可控。選用與槽體相同材料的不銹鋼試片進行腐蝕性試驗，結果見表7。

考慮到每個槽體的清洗時間在24h之內，各種清洗劑及磷化劑對槽體無影響。

清洗過程中用到鎳離子捕捉劑，測試、鎳離子捕捉劑對好氧池活性污泥內微生物的影響。原水沉淀物活性污泥 2%投入鎳離子捕捉劑投入微生物狀態 1小時后微生物狀態如圖4所示。

驗證結果為清洗對槽體無腐蝕，鎳離子捕捉劑對好氧池活性污泥內微生物無影響。對所有清洗的槽體及管路取樣送三方檢測機構，保證系統清洗徹底后投槽。

工藝切換、跟蹤和驗證

系統清洗完成后，進行了二元磷化的切換，按要求進行了重新投槽，確定的投槽后具體工藝參數見表8。

代號說明：D3：酚酞，D11：溴酚藍，T11：0.1N氫氧化鈉，T20：0.1N硫酸，G-205：氨基磺酸，D321：二甲酚橙，T230：0.01M EDTA，G320：PH為5的緩沖液，G59：15%鹽酸。

為保證二元磷化切換后，工序質量得到有效控制，完成槽液切換后，對生產現場工序質量實施了分階段控制。

第一階段為跟蹤驗證階段。持續時間2個月的跟蹤。只要生產，每個工作日檢測槽液參數，并隨線掛板，進行電泳涂膜的附著力及硬度測試，同時對槽液溫度進行監測，間接驗證二元磷化槽液的穩定性；第二階段，正常監測階段。生產穩定后，進行日常及周期監測。

產品質量穩定后，對過程參數進行了固化，在線檢測參數見表9，周期檢測參數見表10。

從正式投入生產，至今共生產駕駛室8000余臺，前處理效果良好，工藝穩定，生產中無不良反饋，產品磷化質量無問題。

二元（鋅、錳）磷化工藝切換，運行穩定后，對相關槽體水質進行了檢測，未檢出一類污染物，具體見表11。

結語

本文針對磷化工藝創造性的提出了自鈍化體系概念，用獨特結構的有機硅烷偶聯劑及稀土元素等物質，有效的規避了二者不兼容的問題，是傳統三元（鋅、鎳、錳）磷化工藝的升級技術，經過充分的試驗和驗證，固化了工藝參數，達到了應用新型的低碳環保型二元（鋅、錳）磷化液在產品性能不降低的基礎上，達到了鎳元素零排放的目的。

本文對涂裝磷化材料創新應用具有切實的指導意義。