新型汽车车身涂装前处理技术现状及发展

 1磷化工艺应用现状

    磷化是目前汽车车身前处理采用的最主要工艺。磷化技术已经有100多年的历史，最初仅仅用于短时防锈，现在作为涂装底层可以提高涂膜的附着力及涂装后的耐蚀性。

    磷化处理是使金属表面与含有磷酸二氢盐的酸性溶液接触，通过化学反应在金属表面生成稳定的、不溶性的无机化合物膜层(磷化膜)的一种表面化学处理方法。

    为了适合电泳底漆，研究人员研制出了锌/镍/锰三元体系的磷化液和低渣磷化液等；适应环保要求，研制出了常温磷化液、低温磷化液、无镍磷化液和无亚硝酸钠促进剂的磷化液等。虽然通过很多技术创新，已经降低了磷化液对环境的危害，但却不能彻底消除磷化液中含有的重金属(如锰、锌等)和磷元素对环境的影响。因此，很多新型前处理技术应运而生。

    2两种新型汽车车身前处理技术的发展趋势

    2.1金属表面硅烷处理技术的发展趋势

    金属表面硅烷处理是近几年发展起来的一种有望代替铬酸钝化和磷化的环保型汽车车身前处理技术，该技术通过硅烷分子(通式为X-R-Si(OR)n)水解后产生的硅羟基与金属和金属氧化物反应，以及硅烷分子自身的缩合反应形成无机/有机膜层，以浸泡方式或电化学辅助沉积方式在金属表面制备这种具有疏水性能的膜层，该膜层能对金属基体提供保护作用，而且能够提高金属和涂层之间的附着力。成膜过程如下：

    2.1.1在使用过程中，水解后的OXSilane分子中的SiOH基团与基体金属表面的MeOH基团形成氢键，快速吸附于基体金属表面。

    水解反应：

    2.1.2在干燥过程中，SiOH基团和MeOH基团进一步凝聚，在界面上生成Si-O-Me共价键。

    SiOH(溶液)+MeOH(金属表面)=SiOMe(界面)+H2O

    2.1.3剩余的OXSilane分子则通过SiOH基团之间的凝聚反应在金属表面上形成具有Si-O-Si三维网状结构的有机膜。

    缩合反应：

    关于硅烷与金属表面的反应机理，目前研究者伞认为是硅醇与金属表面的氧气物或水化物层发生了反应。试验证明，不带有特征官能团的硅烷无论在固相或液相中都不具有电化学活性，既不能被氧化，也不能被还原。经过硅烷处理的电极浸泡在电解质溶液中，硅烷膜能起到阻挡层的作用，阻止电解质、水和氧分子向金属界面区域渗透。

    尽管金属表面硅烷处理技术已经比较成熟，但硅烷膜的性能一一磷化膜相比还有一些差距，现在国内外各大金属表面处理剂生产公司都在全力进行有关的研究开发工作，相信硅烷处理技术将会像磷化技术一样带给汽车车身涂装一次革命性的创新。

    2.2氧化锆转化膜技术

    氧化锆转化膜技术也是前处理行业的最新发展方向之一，具有环保、节能、操作简便和成本低等磷化技术无可比拟的优点。目前，新型氧化锆转化膜技术已经在试验室取得成功，全面的生产试验正在进行当中。

    金属表面的氧化锆转化膜厚度一般为30～35nm，该种由无定形氧化锆组成的纳米陶瓷涂层与金属表面和随后的油漆涂层之间有良好的附着力，耐腐蚀性能优良。

    氧化锆转化膜主要形成在金属表面，一般采用溶胶-凝胶法对金属表面进行处理。溶胶离子通常是溶剂化的，胶粒相互交联在一起形成三维网络结构，可以把大量溶剂机械地包裹在聚集体内部，使之不再流动，变成半固体状态，这就是凝胶；如果胶体溶液中溶胶粒子的密度比溶液密度大，在重力作用下，溶胶粒子就有下沉的趋势；如果改变溶液中的某些参数，使胶粒沉积速率大于扩散速率，胶粒就会从溶液中沉淀出来，在金属表面凝聚、沉积成一种纳米氧化锆陶瓷膜涂层，主要反应如下：

    H2ZrF6+Me+2H2O=ZrO2+Me2++4H++6F-+H2↑

    Me代表铁、锌、铝或镁等基体。此反应形成一种“ZrO2-Me-ZrO2”结构的溶胶粒子，溶胶粒子具有很强的凝聚功能。根据溶胶-凝胶原理，随着反应的进行，该“ZrO2-Me-ZrO2”溶胶结构交联密度增大，继续凝聚、沉积，直至产生ZrO2纳米陶瓷转化膜。

    新型氧化锆转化膜的性能非常接近现行锌盐磷化膜质量标准的要求，因此，在相同的技术规范条件下，氧化锆处理和锌盐磷化处理两种工艺可以认为是等同的。在未来的几年内，新型氧化锆转化膜技术将会在汽车涂装生产线上得到广泛应用。