超声波清洗技术在磷化处理中的应用

浏览次数：574            发布日期：2009-04-20            作者：admin

1.概述

超声波清洗器涂装前处理工艺非常重要，一般传统工艺是脱脂、水洗、盐酸除锈、水洗、中和、水洗、表调、水洗、磷化、水洗、烘干。此工艺最大弊端是对结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净，尤其是焊接组合件磷化后，其夹缝内含有的残液影响后道工序的加工。工件喷涂后，时间不长沿着夹缝出现锈蚀现象，波坏涂层表面。严重影响产品外观和内在质量。如摩托车车轮、油箱、车架、防盗门等。

针对传统工艺弊端，我们把超声波清洗应用到涂装前处理中，较好解决工艺中存在的问题。超声波清洗是在清洗液中引入超声振动以加速和加强洗涤作用的一种物理方法，在超声波“空化”效应的过程中，由空化作用产生的强大机械冲击力，使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落，达到净化物体表面的目的。由于工作表面洁净、光滑，因此极大的提高产品喷涂的外观质量。

经过近几年对超声波清洗技术在磷化处理中的研究实践，在提高产品喷涂质量，防止涂装件返锈方面，已取得良好效果。

把超声波清洗技术应用到涂装前处理，是对原有工艺设备进行的改造。现在的工艺是脱脂、水洗、超声波除锈、水洗、表调、磷化、超声波漂洗、烘干。此工艺关键是增加了两套超声波设备。由盐酸除锈改为以磷酸为介质的超声波除锈，烘干前的水洗改为超声波漂洗。

2.   超声波除锈

超声波除油除锈采用15%磷酸作介质并加入适量除油液，工作表面的氧化物及油污在超声空化场中经2-3分钟可完全清除干净，并且在其表面生成不溶性磷酸盐薄膜。如果不用水冲洗，盐酸膜在空气中也具有抗腐蚀能力。盐酸膜在磷化时起晶核作用，可形成一层良好的磷化膜提高粉末的附着力和抗蚀力。因此，磷酸除锈常用在涂装前处理中。

我们知道钢铁在热轧制时，其表面常生成一层5-10um氧化皮，通常称作鳞皮。同时钢铁在腐蚀介质中形成>50um膜通常成为铁锈。其结构主要由三部分组成，即r-Fe2O3H2O,a- Fe2O3H2O和FeOx（OH）3-2x，较稳定的外层锈层结构主要是铁的三价氧化物。磷酸是中等强度酸，对铁有较大的结合能力。它在任何浓度下都几乎没有氧化性，其挥发性很低。铁锈中Fe2O3 和Fe3O4可被磷酸溶液溶解其反应式如下：

Fe2O3+6H3PO4 —— 2Fe（H2PO4）3+3H2O

Fe3O4+8H3PO4 —— 2Fe（H2PO4）3+Fe（H2PO4）2+4H2O

由于Fe+2离子在磷酸中的溶解速度比Fe+3离子大。通过鳞皮缝渗入的磷酸在溶解Fe2O3 和Fe3O4的同时以更快的速度溶解底层的FeO,其反应如下 FeO+2H3PO4 — Fe（H2PO4）2+H2O，使鳞皮脱离基体。同时钢铁基体与磷酸发生反应但是其速度比溶解鳞皮慢。其反应式如下：Fe+2H3PO4 — Fe（H2PO4）2+H2   。在基体表面生成的气体外溢时加速撕裂和剥离较难溶解的外层鳞皮。另一方面，在超声波作用下磷酸溶液混合速度加快，使金属表面上的磷酸溶液不断更新，维持接近整体的浓度。由于超声波的“空化”效应，产生强大的机械冲击力，因而使工件表面除锈进行的快而彻底。

3.   超声波漂洗

工件在除油、除锈、水洗、表调、磷化等工艺中渗透在焊接夹缝内的液体很难排出，且水洗不能完全清除干净，在湿热条件下夹杂物极易造成工件泛黄、生锈。如果这些残液在烘干过程中不能完全干固，随后粉末喷涂以高温烘干时，残液由于热膨胀的作用将渗出焊缝，影响涂料与金属表面的结合，造成涂层的附着力下降甚至脱离。对此问题，一般工厂采用高压喷淋及多次水洗，或是改变烘干工艺，提高烘干温度来解决残液在夹缝中的残留。这些办法不仅造成了水资源和能源的浪费，同时高温烘干还破坏磷化膜，降低其抗蚀能力，因此效果并不理想。而超声波漂洗则利用了超声波“无孔不入”的特点，以及“空化”作用，因此能迅速而彻底的将焊接夹缝内的残液及杂物清除干净，达到后续加工的质量要求。

4.   超声波清洗工艺参数

研究证明超声波除锈、漂洗效果好坏取决于空化作用，而空化作用的产生与超声强度有关。通常在单位面积超声功率0.3/CM2水溶介质就能产生空化。在一定范围内超声强度越大空化作用越明显，一般在清洗是功率密度选为1~1.2W/CM2为宜。

超声波振动频率对于清洗效果有很大影响，同等功率情况下低频率时易于激化空化，即16~25KHz空化作用最好。表面处理时对于油污、锈迹比较严重的大中型机械零件采用16~20KHz低频为宜，对于一些表面清洁度要求高且有盲孔、丝孔的零件采用26KHz为宜。

超声波清洗温度是影响清洗速度的重要因素，适当提高清洗温度可增加空化能力、缩短清洗时间，但超过一定温度，由于蒸气压力增加反而降低空化作用，因此必须保持一定的温度。试验表明水溶性介质一般在50℃±5效果更好。

5. 结论

超声波清洗技术应用于涂装前处理，由于不使用强酸从源头上解决了酸雾对工件、车间锈蚀问题。由于增加超声波漂洗，解决了前几道工序的焊缝含残液问题，因而极大提高工件磷化质量，同时也提高了工件的后续加工质量。