分享磷化工艺与陶化工艺的应用
磷化 陶化

发布于 2024-06-16 11:48:39

随着国家对工业环保的重视，越来越多的企业开始寻找环保创新之路，为企业能够继续生存打下坚实基础。钣金制作行业表面喷涂的前处理将面临环保政策的严峻考验，生产废水经污水处理后的排放浓度能否达到国家《污水综合排放标准》将迎来新的挑战。

磷化工艺

磷化工艺常用于镀锌板、热镀锌板、镀铝锌板、冷轧碳钢板的前处理工序，其处理流程为：预脱脂→主脱脂→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→干燥→喷涂。其中，脱脂主要是依靠脱脂剂对金属基材表面污物的溶解作用，依靠表面活性剂对污物润湿、渗透、分散等物理作用，使污物成为可溶解或者可分散的，达到金属表面清洁。表调是用磷酸肽胶体溶解处理，由于胶力表面能很高，对金属表面有极强的吸附作用，胶体的微粒吸附在金属表面上，形成一层均匀的吸附层，磷化时这层极薄的吸附层就是一层分布均匀、数量极多的磷酸盐结晶晶核，因而促进结晶均匀快速形成，限制了大晶体的生长，结果就促使了磷化膜的细化和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚度，同时也能够消除钢铁表面状态差异对磷化质量的影响。磷化是指在金属基材表面形成一层致密的磷酸盐膜，膜层形状为结晶型，工件在离开清水面后，因其表面良好的均匀润湿性而在 30s内呈现水膜连续不破的一种状态。锌系磷化膜颜色呈灰色、灰黑色。

陶化工艺

陶化工艺常用于镀锌板、热镀锌板、镀铝锌板、冷轧碳钢板、3 ～6系铝板以及不锈钢304、410、430的前处理工序，其处理流程为：预脱脂→主脱脂→水洗→水洗→陶化→水洗→水洗→干燥→喷涂。其中，陶化是指酸性溶液中的电化学反应生成惰性氧化物胶体，在金属(铁、锌、铝及其合金)表面凝聚沉积（根据溶胶、凝胶原理形成一种溶胶粒子结构，溶胶粒子具有很强的凝聚功能）。随着反应的进行，逐渐形成三维网状的溶胶结构，凝聚沉积转化成具有纳米级的有机或无机复合转化膜。陶化膜外观呈均匀金黄色，甚至为蓝紫色。

陶化与磷化的工艺对比

⑴工艺简单化：陶化工艺中取消了表调工序，省去了复杂的除磷部分，操作过程中只需要监测pH 和锆点，pH=4.8～5.5，而且药剂添加量相比磷化有较大的减少。

⑵节能：陶化回流水可进行循环使用，成本低、系统长度缩短，容易控制、质量稳定，符合工业环保理念。

⑶环保：磷化液中含有磷、锌、镍、锰等重金属元素，含有硝酸盐、亚硝酸盐等致癌物质，需要面临环保和繁琐的污水处理工艺等多重压力；陶化液中不含有磷、锌、镍、锰等重金属元素，污水处理量少，可缓解环保压力，节省污水处理成本，优异的环保工艺不产生有害物质。

⑷沉渣：磷化工艺有大量沉渣产生，沉渣容易堵塞喷淋管道，维护成本相对较高，且对设备使用寿命有一定影响。陶化属微渣或无渣处理，几乎不涉及对喷淋设备的清理和维护，排放物和淤渣无磷无渣无毒害及重金属；磷化沉渣量不超过 2.5g/m2，陶化沉渣量不超过50mg/m2。

⑸ 磷化工艺 pH为2 ～3，陶化工艺pH为4.8～ 5.5，陶化工艺酸碱性指标明显低于磷化工艺。

⑹适用范围广：陶化工艺可用于多种金属的处理，冷轧板、镀锌板、电镀锌板、铝板均可混线处理。

陶化与磷化的试验对比

结合两种前处理液不同的性能，分别对304不锈钢板、铝板、镀锌板、镀铝锌板和碳钢板五种基础素材进行前处理，随后，喷涂丙烯酸树脂涂料，固化并冷却后，对样件进行附着力、抗冲击、耐腐蚀性能测试。其中，测试要求：附着力为 0级，耐冲击为随线试40kg/cm，耐腐蚀性为 240h、单面不超过2mm；参考标准：附着力参照 GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，耐冲击参照GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击性测定法》，耐腐蚀性参照GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》；涂层厚度：80 ～120μm。

⑴附着力测试结果对比，如图1所示，图1中“○”表示不合格，由图 1可知，磷化工艺附着力两项不合格，陶化工艺附着力一项不合格。

图 1 附着力测试结果对比

⑵抗冲击测试结果对比，如图2所示，图2中“×”表示不合格，由图 2可知，磷化工艺抗冲击三项不合格，陶化工艺抗冲击一项不合格。

图 2 抗冲击测试结果对比

⑶耐盐雾试验测试时间为 240h，结果对比如图 3所示，图3中“×”表示不合格，由图3可知，磷化工艺耐盐雾有两项不合格，陶化工艺耐盐雾有一项不合格。

图 3 耐盐雾试验测试结果对比

经过磷化工艺和陶化工艺处理后，对五种样件附着力、抗冲击、耐腐蚀性能测试结果进行统计，如表 1所示。

表1 陶化与磷化喷涂前处理工艺性能测试结果

经试验数据综合分析可知，陶化工艺适用的材质要比磷化工艺多。在附着力方面，陶化膜层的三维网状结构中由于 Si-O-Me 共价键，提高了膜层与金属基材之间的结合力。此外，硅烷聚合物带有的羟基、氨基官能团在漆膜固化过程中与漆膜发生反应，从而进一步提高了金属基材与漆膜之间的附着力，使陶化膜层中三维网状结构更加稳定，为金属基材提供了优良的耐腐蚀性能。总之，陶化工艺在环保及产品性能指标上都略胜于磷化工艺。

新型环保陶化工艺应用状况

目前新型陶化工艺已在市场上得到了大量的推广应用，生产效果也得到了相关的验证，对冷板、镀锌板、铝板、不锈钢板、镀铝锌板等多种材料可以进行共线使用，并且附着力和喷涂后500h盐雾测试效果也得到了相关验证，均有不错的效果，而且在目前环保趋势下，众多使用磷化工艺的客户也逐渐转换成陶化工艺。陶化膜外观呈现均匀金黄色，依据材料的不同或者陶化时间的不同，会有相关的颜色变化，或者为蓝紫色，或者为无色，均匀金黄色为标准颜色，如图 4所示。