浅谈锆盐硅烷复合处理对冲压件板材检测工具选择

李军平 贾帅锋 李琦

摘 要：文章结合锆盐硅烷复合处理工艺与传统磷化差异、电泳工艺、冲压件检测工艺，通过对比使用硬油石、软油石、砂纸、砂网对板材处理后锆盐硅烷复合处理效果，选择出更适合锆盐硅烷复合处理工艺的冲压件检测工具。

关键词：锆盐硅烷复合处理;油石;砂网;磷化

中图分类号：TH706  文献标识码：A  文章编号：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

鋯盐硅烷复合处理是近几年衍生出的新涂装前处理工艺，跟磷化处理工艺存在明显差异，尤其对白车身板材洁净度和平整度要求极高，众所周知，汽车板材在经过冲压后，会出现变形、凹坑、凸包等表面质量问题，由于形变量较小，需采用检测工具对板材进行检测。故本文通过研究某汽车主机厂采用的检测工具打磨对锆盐硅烷复合处理的影响，来分析锆盐硅烷复合处理对检测板材油石的要求。

1 锆盐硅烷复合处理工艺概述

1.1 锆盐硅烷复合处理工艺介绍

薄膜化处理工艺主要包括钛锆化、硅烷化、锆盐硅烷复合处理，钛锆化和硅烷化主要区别在于两者成膜原理不同，钛锆化成膜属于物理结合，硅烷成膜技术则依靠特定的化学键分别与板材和树脂涂料结合，形成稳定的化学键。锆盐硅烷复合处理则是硅烷化和钛锆化体系复合改性的新型前处理工艺，其涂膜耐蚀性和附着力性能都强于前两者，也相对降低氟离子使用含量，进而降低对环境和设备的危害。

某汽车主机厂薄膜化处理工艺采用的是锆盐硅烷复合处理工艺，其相对于传统的磷化工艺之间的差异见下表1：

通过上表可知锆盐硅烷复合处理工艺存在以下优点：对设备的要求低，不含有重金属，能耗消耗少，排放少且废渣少，可同时处理多种板材，期间管理控制操作简单。也可以看出锆盐硅烷复合处理存在以下缺点：对板材外观质量要求非常高，形成的膜厚要远小于传统磷化，可将板材表面缺陷放大化。

1.2 锆盐硅烷复合处理成膜机理

锆盐硅烷复合处理工艺其主要使用的药剂名称为：s211、s210、s2108、s212四种药剂。s211是无机组分，主要是锆盐，提供硅烷成膜的主要成分;s210是有机组分，主要是硅烷，在溶液中水解形成Si-OH硅醇基团，进而形成共价键三维网状结构;2108是提高氟离子的，通过控制氟离子浓度来稳定锆盐，s212是通过提高槽液pH值，提供成膜环境。

锆盐硅烷复合处理工艺成膜方式存在两种，第一种成膜方式：利用氟锆盐和氟钛酸的水解反应生成氧化锆溶胶，然后在高PH环境下沉积在板材表面，形成致密的纳米级涂膜。

成膜方程式：

第二种成膜方式：硅烷在槽液中发生水解反应，生成硅醇，硅醇可与板材表面的氧化物或羟基发生缩水反应性成Si-O-Me（Me表示金属）吸附于板材表面，槽液中多余的羟基通过和硅醇基团进行缩合反应形成Si-O-Si键，从而形成最终的硅烷膜;

成膜方程式：

由于硅烷化薄膜和钛锆化薄膜结构不同，因此在二者的交叉成膜情况下最终形成了无定型的复合膜层，进一步提升涂层的耐腐蚀性能和附着力性能。

2 电泳工艺概述

2.1 电泳工艺简介

电泳根据被涂物的极性和电泳涂料的种类分为阴极电泳和阳极电泳。被涂物作为阴极，电泳涂料选用阳离子型，则称之为阴极电泳;被涂物作为阳极，涂料选用阴离子型，则称之为阳极电泳。电泳主要包括以下四种电化学现象：电解、电泳、电沉积、电渗。

电泳使用的药剂主要为：颜料、树脂、中和剂，其中颜料作用主要为成膜时负责填充间隙和增加漆膜遮盖力;树脂是主要的成膜物质，提升漆膜性能;中和剂用来调整槽液稳定，提供成膜环境。

2.2 阴极电泳工艺流程介绍

某公司采用的电泳工艺为阴极电泳，其工艺流程为：洪流冲洗预脱脂脱脂第一水洗第二水洗第一纯水洗锆盐硅烷复合处理第二纯水洗第三纯水洗阴极电泳UF1UF2UF3第四纯水洗沥水烘干。

2.3 阴极电泳成膜机理

阴极电泳的成膜机理为：带有正电荷的树脂离子，在直流电场的作用下，向着作为阴极的被涂物方向游动（电泳），由于受到阴极电解后产生的OH-影响，涂料离子在被涂物表面聚结（电沉积）。在电流的影响下，刚刚沉积的含有大量水分的湿膜发生脱水现象（电渗），使湿膜的不挥发成分大大提高，进而湿膜电阻不断增加，脱水后的湿膜则牢牢的粘附于底材表面，经过UF液洗去表面的浮漆和烘干后，形成了最终的电泳漆涂层。

3 冲压件检测工艺概述

3.1 冲压件检测方法简介

冲压件的外观检测主要为触摸检查、油石打磨、柔性砂网打磨、除油检查四种方法。触摸检查对操作员工经验要求比较高;油石打磨的使用手法不熟练和选取油石粒度不合适的情况下会导致板材划伤;柔性砂网对于变形缺陷检查效果不明显;除油检查操作步骤繁多，效率低下。

某主机厂使用的检测方法主要为油石打磨，极少部分使用柔性砂网打磨。

3.2 油石打磨检测方法

油石检查可以准确的检查出冲压件外表面的的坑、包、变形的缺陷位置，以及缺陷在修复过程中的变化情况。其操作要求如下：

（1）使用前对油石表面脏污进行清理;

（2）运行过程中要与板材表面紧密贴合，力度均匀适中;

（3）运行中听到异响时立即停止移动，对油石表面进行清理后才可以继续操作;

（4）检查曲面时，弧度的大小与油石倾斜角度成正比，检测后用手重新感受一下;

（5）运行轨迹宽度需超过油石宽度一半;

（6）运行距离要根据检查位置调整，不能过长或过短。

3.3 柔性砂网检测方法

柔性砂网检测面积大，对手法要求简单，可以轻易检测出板材外表面坑、包、麻点等问题所在具体位置，由于覆盖面积较大，对于细微变形、波纹不容易发现。检测项目相对于油石打磨存在一定差异。其操作要求如下：

（1）使用前对板材表面进行擦拭;

（2）将砂网平铺手掌内，不能存在褶皱;

（3）运行过程中与板材表面紧密贴合;

（4）当砂网检测效果降低时应及时更换砂网。

4 研究过程

4.1 涂装车身问题现状

某汽车主机厂涂装车间采用锆盐硅烷复合处理工艺，在经过前处理电泳过后，车身电泳漆面外观出现白色线条，触摸时手感明显（见图1），对该部位不进行打磨的情况下，在经过3C1B面漆工艺时，线条痕迹无法覆盖（见图2），外观质量不满足交付要求，导致修饰线体无法正常进车过线甚至停线。

4.2 原因分析

经过对入涂车身外观质量跟踪，发现白车身个别区域存在明显划痕，用手触摸时，有明显手感。经过对焊装车间和冲压车间板材外表面的调查，最终锁定原因为车身板材经过硬100#油石打磨后（见图3），造成板材外表面形成划痕（见图4），外表面粗糙度增加。在锆盐硅烷复合处理过程中，由于板材表面粗糙度的增加，造成成膜物质堆积，进而导致成膜不均匀。在电泳成膜过程中，该位置因锆盐硅烷复合处理所聚集的成膜物质，使该区域电阻增大，导致电泳漆过程中颜料树脂运动受阻，成膜不均匀，经烘干后，该位置出现橘皮现象，漆膜颜色相对于其他区域较浅。

4.3 检测工具选择验证过程

4.3.1 油石打磨后对打磨位置进行打磨并对比效果

取180#砂纸对油石打磨位置进行打磨，将原有油石打磨后的划痕打磨平整（见图5），经过锆盐硅烷复合处理和电泳，烘干后，打磨区域电泳漆膜表面白色线条印记消失，但砂纸打磨区域电泳漆膜颜色变浅，部分位置电泳漆膜出现橘皮状（见图6），触摸有手感。

结果证明用打磨机打磨后可以消除油石打磨后产生的漆膜外观不良，但是也会带来新的质量问题，而且采用砂纸打磨会增加材料成本和人工成本。故采用打磨机打磨的方法并不是我们想要的最优方案。

4.3.2 采用软油石替代硬油石效果对比

取400#软油石替代硬油石（见图7）对板材进行检测打磨，打磨后状态与硬油石打磨相比，线条印记明显更浅，表面粗糙度也有明显改善（见图8），经过锆盐硅烷复合处理和电泳，烘干后，电泳漆膜外观出现白色线条印记（见图9），个别印记触摸时仍然存在手感。经过面漆喷涂后，大部分区域可悲覆盖，个别印记仍然无法覆盖。

结果证明使用软油石作为冲压件检测工具，漆膜白色印记无改善，且部分印记存在手感，喷涂后面漆无法实现完全覆盖，不满足电泳漆膜外观质量要求，故此方案仍非最优方案。

4.3.3 采用柔软圆盘砂网替代软油石效果对比

取800#圆盘砂网替代软油石对冲压件进行检测打磨，打磨后板材表面呈镜面状，基本无打磨印记，表面粗糙度变化不明显（见图10），经锆盐硅烷复合处理和电泳，烘干后漆膜外观无印记（见图11），该区域电泳漆膜颜色与周边颜色一致。

结果证明圆盘砂网替代硬油石作为冲压检测件与锆盐硅烷复合处理工艺匹配性更好，而且圆盘砂网在使用时要求相对简单，易于操作员工掌握。

5 结论

通过上面的三轮验证，我们可以发现，锆盐硅烷复合处理工艺对板材外观质量要求极为苛刻，尤其是表面粗糙度。对比三轮验证过程中板材在经过检测工具打磨后状态，也从侧面反映了，锆盐硅烷复合处理工藝形成的复合膜层是非常薄的，而且其成膜反应是持续的，因为板材表面的划伤，导致划伤区域与锆盐硅烷复合处理溶剂接触面加大，故此区域成膜物质会不同程度的堆积形成薄膜，最终因成膜不均匀导致电泳过后漆膜出现印痕。板材的完整性对于锆盐硅烷复合处工艺质量起着很大的影响，本文告知我们在选择配套的打磨工具时，应首先考虑打磨工具对板材表面破坏程度，破坏程度越小，与锆盐硅烷复合处理工艺匹配性越高，当然免打磨是最好的。

如今，某汽车主机厂已要求冲压车间及外协件厂家将冲压件检测工具由100#油石切换为800#圆盘砂网，经批量生产，目前漆膜外观质量稳定。

参考文献

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