低锌含锰磷化与阴极电泳涂装 

 敖永发   高级工程师   广东省江门市诚信精细化工厂

张少华   教授        华南理工大学轻化系

[摘要]  简要介绍了阴极电泳的特点和适用范围，论述了阴极电泳对磷化的特殊要求，介绍了CXD-IDY型低锌含锰磷化剂与阴极电泳的良好配套性。

1 引 言

阴极电泳涂装是一种把被涂物作为阴极的电泳涂装方式，它通过带电高分子树脂的电泳作用，在金属表面沉积出一层类似于电镀层的漆膜，具有附着力强、耐蚀性高、装饰性好、流平性佳、泳透力强、公害少等突出优点，能够满足各种苛刻环境下使用的要求，广泛用于汽车、摩托车、自行车、家用电器、仪表仪器、五金工具、玩具和工艺品等产品涂装。

由于阴极电泳涂装对磷化的特殊要求，近年来国内外不少学者、专家对应用于阴极电泳前的磷化种类、膜层结构、工艺等发表了不少论文。这里就低锌含锰磷化与阴极电泳的配套性作进一步的讨论。

2 阴极电泳涂装对磷化的要求 

2.1抗碱性好

阴极电泳涂装过程是伴随着电解、电泳、电沉积、电渗四种连续现象的复杂物理化学过程，在这过程中会在阴极（工件）表面产生大量的OH离子，从而在磷化膜与漆膜的界面处形成一个强碱性界面层，PH值可升至11-12，甚至大于13。这种强碱层会造成磷化膜的过量溶解，导致改变磷化膜的微观结构，漆膜的附着力降低，耐蚀性变劣。阴极电泳过程中的强碱层现象，要求磷化膜的抗碱性能必须优良。这是国内外专家、学者基本一致的观点。

为了研究磷化膜的抗碱性能，为人们提供一种选择阴极电泳涂装前磷化液的方法，日本学者在对锌系磷化膜成份进行分析的基础上，提出P比概念。所谓“P”比，即P比=P/(P+H)×100% ，其中：P=磷酸锌铁（Zn2Fe(PO4)2.4HO的（100）晶面X射线衍射峰强度：H=磷酸锌（Zn3(PO4)2.4H2O的020晶面X射线衍射峰强度。

P和H两种磷化膜成份，在PH值大于11以后的溶解程度相差很大。

（如图所示）

P和H在碱中的溶解程度

H成分的溶解度在PH值大于11以后呈直线上升，而P成分的溶解度几乎没有变化。根据这一规律，磷化膜的P含量高，即P比值大，磷化膜的抗碱性能就好，在阴极电泳过程中磷化膜的溶解程度就低，与阴极电池漆膜的附着力就好，耐蚀性就高，

那么，磷化膜的P比应是多少才能满足阴极电泳涂装的需要呢？理论研究和实践证明，P比应大于85%。其磷化膜的微观结构呈柱状或粒状。所谓柱状是指磷化膜晶体呈小柱；所谓粒状是指磷化膜晶体呈小圆粒。这两种晶体磷化膜的共同特点是：膜层薄，重量轻，机械性能好，与漆膜结合力强。

获得柱状或粒状磷化膜的常用方法是从以下几个方面入手：①选用低锌磷化液，建议是低锌含锰磷化液。因为这种磷化液所形成的多晶结构复合层，与普通低锌磷化液比较其抗碱性、漆膜附着力、耐蚀性和机械性均更好；②磷化温度在30-50℃。

需要指出的是，不能把P比作为检验阴极电泳涂装前磷化膜质量的标准。这是因为①P比是在特定分析条件下所产生的独特X射线衍射强度比率，按照Miawahi的定义，P比值是精密的，不应与从磷化膜中的H和P的实际容量的比相混淆；②磷化液中加入某些元素，如Mn、Ni、Ca等元素也能改善磷化膜的耐蚀性；③磷化方式、槽液温度、槽液变化、促进剂种类及含量等都有可能影响磷化膜耐蚀性；④实践中还有出现磷酸锌膜的抗碱性也良好的现象；⑤高P比磷化膜与阴极电泳涂装后，并不能肯定等于整个涂层就有良好的耐蚀性。

2.2导电性能

阴极电泳涂装的导电率一般控制在一个规定的范围内、以保持适当的电流流动。而磷化膜是一种半导体膜。磷化膜过厚，不但结晶粗大，脆性大，孔隙率高，而且膜的电阻也大，阴极电泳涂装时电沉积效率降低，当磷化膜的厚度超过5g/m2时，阴极电泳涂装就难以正常进行；磷化膜越薄，导电性越好，但耐蚀性相应降低。综合阴极电泳时的导电性和涂层耐蚀性、机械性等要求，阴极电泳涂装时的磷化膜建议控制在2-5μ之间，且建议选用低锌含锰磷化液。

请注意，要获得磷化膜结晶的细小致密、导电性和抗碱性等综合性能均佳的磷化膜，除了采用低锌含锰磷化液外，在磷化之前还要尽量采用中性脱脂剂和钛盐表调剂。其理由有二：①碱性脱脂剂特别是强碱性脱脂剂中所含的NaOH、Na2SiO3和OP-10乳化剂等成份的水洗性差，易污染磷化液，增加磷化沉渣，中和工件表面的许多晶粒点，延长磷化时间，形成粗糙、稀松、耐蚀性低、膜重增大的磷化膜，进而不利于阴极电泳涂装；②钛盐表调剂是各种表调剂中表调作用较佳的品种，其胶体钛吸附在工件表面，可以增加晶粒成核的数目，增多磷化晶粒数量，细化磷化膜晶粒，加速磷化膜初期速度，缩短磷化时间，降低磷化温度。

2.3  表面无沉淀物

在阴极电泳涂装中，虽然在磷化后要经过多道水洗工序，但磷化膜表面残留的可溶盐过多，往往同样难以彻底清洗干净。这就会导致以下两种后果，一是这些残留可溶盐在阴极电泳漆温热条件下，容易引起漆膜早期起泡或脱落；二是可溶盐带入电泳槽中会严重污染电泳槽，降低电泳漆的性能。

减少磷化膜的沉淀物，就要求磷化液的稳定性好，悬浮在磷化液中的浮渣少。作为低锌磷化液的沉渣会比普通锌系磷化液少一些，但如果仍采用稳定性差的亚硝酸钠促进剂，也会带来不少沉渣，磷化液的稳定性不高。此外，亚硝酸钠促进剂还存在毒性大，管理难等缺陷。

提示：文中图片/文字来源江门诚信，由我司原创整理，版权归我司所有；若发现抄袭模仿追究法律责任，谢谢！