蘇州檢測分析新型環(huán)保陶化液配方技術(shù)還原

蘇州檢測分析新型環(huán)保陶化液配方技術(shù)還原

一陶化液項目背景

鋼鐵在進行涂裝前通常需要進行前處理，包括除油、除銹等工藝，化學(xué)前處理方法通常還要在鋼鐵的表面形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，該轉(zhuǎn)化膜既有一定的防腐能力，可以避免零件在噴涂前短暫的時間內(nèi)返銹，也可以增加零件表面的粗糙度，增強涂料與基底的結(jié)合力。

目前大部分采用的是磷化工藝，隨著節(jié)能減排的不斷推進，新型無磷轉(zhuǎn)化膜（陶化膜）正在悄然取代傳統(tǒng)的磷化膜。這種新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在實驗室里已取得了成功，全面生產(chǎn)試驗正在進行中。該新型轉(zhuǎn)化膜是由無定形態(tài)ZrO₂組成的，而不是Zn₃(PO4)₂多晶體。它主要是用氧化鋯組成的納米陶瓷涂層取代傳統(tǒng)的結(jié)晶型磷化保護層，與金屬表面和隨后的油漆涂層之間有良好的附著力，耐腐蝕性能優(yōu)良。相信氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的應(yīng)用一定會給鋼鐵行業(yè)前處理工藝帶來巨大的變革。

硅烷化和陶化等無磷成膜技術(shù)的應(yīng)用，使鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)發(fā)生了重大變革。盡管這些轉(zhuǎn)化膜工藝尚未成熟，與磷化處理相比，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中還存在一些難度，但我們相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在不久的將來，這些處理技術(shù)一定會逐步取代傳統(tǒng)的磷化工藝，或者出現(xiàn)更為先進的處理工藝。

2007年以來，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在通用、沃爾沃、大眾等三家汽車公司分別進行了附著力和耐腐蝕性能的檢測，結(jié)果基本達(dá)到了各家公司的測試指標(biāo)。新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在汽車前處理上的應(yīng)用，還需做以下方面的工作。

當(dāng)前汽車前處理行業(yè)充滿挑戰(zhàn)和競爭，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格、能源和原材料成本的日益增加，以及勞動力成本的上漲，促使原材料供應(yīng)商不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的發(fā)明，給汽車前處理行業(yè)帶來了全新的發(fā)展前景。

二陶化液的組成及相關(guān)配方

 2.1陶化液的組成

1）硅烷處理劑

   水溶液中通常以水解的形式存在：硅烷水解后通過其SiOH基團與金屬表面的MeOH基（M表示金屬）的縮水反應(yīng)而快速吸附于金屬表面；一方面硅烷在金屬界面上形成Si-O-Me共價鍵。

 （1）

（2）

一般來說，共價鍵問的作用力可達(dá)70010，硅烷與金屬之間的結(jié)合是非常牢固的；另一方面，剩余的硅烷分子通過SiOH基團之間的縮聚反應(yīng)在金屬表面形成具有Si-O-Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅烷膜。該硅烷膜在烘干過程中和后道的電泳漆或噴粉通過交聯(lián)反應(yīng)結(jié)合在一起，形成牢固的化學(xué)鍵。這樣，基材、硅烷和油漆之間可以通過化學(xué)鍵形成穩(wěn)固的膜層結(jié)構(gòu)。

相關(guān)優(yōu)點：

1）不含重金屬和磷酸鹽，廢水處理簡單，可以降低廢水處理的成本，減輕環(huán)境污染。

2）不需表調(diào)，也不需要亞硝酸鹽促進劑等，藥劑用量少，可加快處理速度，提高生產(chǎn)效率，也減少了這類化學(xué)物質(zhì)的對環(huán)境污染。

3）可在常溫下進行，不需加溫，減少能源消耗。

4）一種處理液可同時處理鐵、鋁等材料，不需更換槽液，降低生產(chǎn)成本。

2.2陶化工藝

它是以鋯鹽為基礎(chǔ)在金屬表面生成一層納米級陶瓷膜。陶化劑不含重金屬、磷酸鹽和任何有機揮發(fā)組分，成膜反應(yīng)過程中幾乎不產(chǎn)生沉渣，可處理鐵、鋅、鋁、鎂等多種金屬。

1）前處理技術(shù)

2.3陶化原理：

1）酸的侵蝕使金屬表面H+濃度降低：Fe-2e—Fe²⁺，2H⁺+2e—2[H]。

2）納米硅促進反應(yīng)加速：

[SiJ：ZrO₂+4[H]—[Zr]+2H₂O

式中[Si]為納米硅，[Zr]為還原產(chǎn)物，納米硅為反應(yīng)活化體，加快了反應(yīng)速度，進一步導(dǎo)致金屬表面H+濃度急劇下降，生成的[Zr] 成為成膜晶核。

3）鋯酸根的兩級離解：

H₂ZrF₆+H⁺—ZrF₆^2-+2 H⁺

由于表面的H+濃度急劇下降，導(dǎo)致鋯酸根各級離解平衡向右移動，最終為ZrF₆^-。

4）鋯酸鹽沉淀結(jié)晶成膜：當(dāng)表面離解出的ZrF₆^-，與溶解中的金屬離子Fe²⁺達(dá)到溶度積常數(shù)Ksp時，就會形成鋯酸鹽沉淀。

Fe²⁺+ ZrF₆^2-+H₂O — FeZrF₆+2H20

鋯酸鹽沉淀與水分子一起形成成膜物質(zhì)，以[Zr]為膜晶核不斷堆積，晶核繼續(xù)長大成為晶粒，無數(shù)個經(jīng)理堆積形成轉(zhuǎn)化膜。硅烷化處理和陶化處理都可稱之為無磷成膜處理，目前市場上還有其它方式的無磷成膜處理方法，這些新技術(shù)與硅烷化或陶化處理有很多相似之處，一般都含有微量甚至不含重金屬和磷酸鹽，不需要表調(diào)，可處理多種板材等，處理時間短，可以提高生產(chǎn)效率，在節(jié)能減排方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，無磷成膜技術(shù)必將成為未來鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的主要處理方式。

2.4參考配方

三、技術(shù)優(yōu)點

1）氧化鋯轉(zhuǎn)化膜所形成的陶瓷涂層完全可以取代傳統(tǒng)的磷化膜。圖3所示的是不同轉(zhuǎn)化膜的膜厚。氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜厚只有50 nm左右，與鉻化處理膜、鐵系磷化膜、鋅系磷化膜相比，它的膜厚是最薄的。低膜厚意味著膜重低，傳統(tǒng)的磷化膜重通常為2～3 g／m2，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重只有20～200 mg／m2。因供應(yīng)商提供原材料的不同，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重也有差別，但是總體來說，要比傳統(tǒng)的磷化膜重相差200倍左右。經(jīng)過全面性能檢測，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜涂層能達(dá)到傳統(tǒng)磷化膜所達(dá)到的附著力和耐腐蝕性能。

2）可在脫脂清洗或酸洗后進行處理，耐酸堿、機械性和熱穩(wěn)定性良好。與原有涂裝工藝和涂裝設(shè)備基本相容，無需進行大的設(shè)備改造。

3）槽液非常穩(wěn)定且容易控制，平時生產(chǎn)中只需控制好溫度和pH，不像鋅系磷化那樣，每天都要定期檢測總酸、游離酸、促進劑以及鋅、鎳、錳的含量等許多參數(shù)，節(jié)省了大量的工藝管理費用。

4）工藝簡短、流程短、成膜速率很快，一般形成完整的膜只需30 s左右，大幅降低了水消耗、廢水處理、能源、人力等過程成本。另外也縮減了生產(chǎn)線的建設(shè)規(guī)模，大大減少了生產(chǎn)車間的建設(shè)面積，降低了投資費用。

5）最大程度減少了重金屬的排放，降低了水的消耗量，廢水、廢渣排放少，所形成的渣幾乎對環(huán)境沒有危害，不含磷酸鹽，無BOD、COD，工藝維護成本大大減少。

6）質(zhì)量穩(wěn)定，減少了90％以上的成渣量，工藝參數(shù)完全自動控制，適合處理多種板材：冷軋板、電鍍鋅板、熱鍍鋅板、鋅鐵合金板、鋁板等混線處理，可滿足高度自動化的涂裝車間的需要。

蘇州禾川化工新材料科技有限公司（簡稱：禾川技術(shù)），為企業(yè)，科研的生產(chǎn)研發(fā)提供專業(yè)化解決方案。禾川技術(shù)以蘇州大學(xué)為產(chǎn)學(xué)研基地，融合了中科院有機所、應(yīng)化所、浙江大學(xué)、南京大學(xué)、蘇州大學(xué)、華東理工大學(xué)等多家科研機構(gòu)與高校的外圍專家博士團隊，依托生物納米科技園、蘇州大學(xué)、中科院納米所強大的儀器測試平臺，憑借強大的科研實力，多年豐富的研發(fā)經(jīng)驗，共同建立化工材料分析中心，新材料研發(fā)中心。禾川技術(shù)致力于化工行業(yè)材料檢測、材料分析、配方還原、新領(lǐng)域新材料的開發(fā)；推進新項目整體研發(fā)進度，縮短研發(fā)周期，推動化工產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)的進程。

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