鋼鐵在進(jìn)行涂裝前通常需要進(jìn)行前處理，包括除油、除銹等工藝，化學(xué)前處理方法通常還要在鋼鐵的表面形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，該轉(zhuǎn)化膜既有一定的防腐能力，可以避免零件在噴涂前短暫的時(shí)間內(nèi)返銹，也可以增加零件表面的粗糙度，增強(qiáng)涂料與基底的結(jié)合力。

目前大部分采用的是磷化工藝，隨著節(jié)能減排的不斷推進(jìn)，新型無(wú)磷轉(zhuǎn)化膜（陶化膜）正在悄然取代傳統(tǒng)的磷化膜。陶化液應(yīng)該就是所謂的鋯系、鋯鈦系、硅烷系、鋯硅烷系、等無(wú)磷金屬表面處理劑，可部分替代磷化液，主要原料為氟鋯酸鹽，硅烷偶聯(lián)劑等。

這種新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室里已取得了成功，全面生產(chǎn)試驗(yàn)正在進(jìn)行中。該新型轉(zhuǎn)化膜是由無(wú)定形態(tài)ZrO2組成的，而不是Zn3(PO4)2多晶體。它主要是用氧化鋯組成的納米陶瓷涂層取代傳統(tǒng)的結(jié)晶型磷化保護(hù)層，與金屬表面和隨后的油漆涂層之間有良好的附著力，耐腐蝕性能優(yōu)良。相信氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的應(yīng)用一定會(huì)給鋼鐵行業(yè)前處理工藝帶來(lái)巨大的變革。

硅烷化和陶化等無(wú)磷成膜技術(shù)的應(yīng)用，使鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)發(fā)生了重大變革。盡管這些轉(zhuǎn)化膜工藝尚未成熟，與磷化處理相比，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還存在一些難度，但我們相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在不久的將來(lái)，這些處理技術(shù)一定會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的磷化工藝，或者出現(xiàn)更為先進(jìn)的處理工藝。

2007年以來(lái)，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在通用、沃爾沃、大眾等三家汽車公司分別進(jìn)行了附著力和耐腐蝕性能的檢測(cè)，結(jié)果基本達(dá)到了各家公司的測(cè)試指標(biāo)。新型氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)在汽車前處理上的應(yīng)用，還需做以下方面的工作。

當(dāng)前汽車前處理行業(yè)充滿挑戰(zhàn)和競(jìng)爭(zhēng)，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格、能源和原材料成本的日益增加，以及勞動(dòng)力成本的上漲，促使原材料供應(yīng)商不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。氧化鋯轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的發(fā)明，給汽車前處理行業(yè)帶來(lái)了全新的發(fā)展前景。

水溶液中通常以水解的形式存在：硅烷水解后通過(guò)其SiOH基團(tuán)與金屬表面的MeOH基（M表示金屬）的縮水反應(yīng)而快速吸附于金屬表面；一方面硅烷在金屬界面上形成Si-O-Me共價(jià)鍵。

Si(OR)3+H2O----------Si(OH)+3ROH (1)

Si(OH)+MOH-----------SiOM+ H2O (2)

一般來(lái)說(shuō)，共價(jià)鍵問(wèn)的作用力可達(dá)70010，硅烷與金屬之間的結(jié)合是非常牢固的；另一方面，剩余的硅烷分子通過(guò)SiOH基團(tuán)之間的縮聚反應(yīng)在金屬表面形成具有Si-O-Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅烷膜。該硅烷膜在烘干過(guò)程中和后道的電泳漆或噴粉通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)結(jié)合在一起，形成牢固的化學(xué)鍵。這樣，基材、硅烷和油漆之間可以通過(guò)化學(xué)鍵形成穩(wěn)固的膜層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：①不含重金屬和磷酸鹽，廢水處理簡(jiǎn)單，可以降低廢水處理的成本，減輕環(huán)境污染。

②不需表調(diào)，也不需要亞硝酸鹽促進(jìn)劑等，藥劑用量少，可加快處理速度，提高生產(chǎn)效率，也減少了這類化學(xué)物質(zhì)的對(duì)環(huán)境污染。③可在常溫下進(jìn)行，不需加溫，減少能源消耗。④

它是以鋯鹽為基礎(chǔ)在金屬表面生成一層納米級(jí)陶瓷膜。陶化劑不含重金屬、磷酸鹽和任何有機(jī)揮發(fā)組分，成膜反應(yīng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生沉渣，可處理鐵、鋅、鋁、鎂等多種金屬。

陶化原理：

1）酸的侵蝕使金屬表面H+濃度降低：Fe-2e—Fe2+，2H++2e—2[H]

2）納米硅促進(jìn)反應(yīng)加速：

[Si]：ZrO2+4[H]—[Zr]+2H2O

式中[Si]為納米硅，[Zr]為還原產(chǎn)物，納米硅為反應(yīng)活化體，加快了反應(yīng)速度，進(jìn)一步導(dǎo)致金屬表面H+濃度急劇下降，生成的[Zr] 成為成膜晶核。

3）鋯酸根的兩級(jí)離解：

H2ZrF6+H+—ZrF62-+2H+

由于表面的H+濃度急劇下降，導(dǎo)致鋯酸根各級(jí)離解平衡向右移動(dòng)，最終為ZrF6-。

4）鋯酸鹽沉淀結(jié)晶成膜：當(dāng)表面離解出的ZrF6-，與溶解中的金屬離子Fe2+達(dá)到溶度積常數(shù)Ksp時(shí)，就會(huì)形成鋯酸鹽沉淀。

Fe2++ ZrF62-+H2O — FeZrF6+2H20

鋯酸鹽沉淀與水分子一起形成成膜物質(zhì)，以[Zr]為膜晶核不斷堆積，晶核繼續(xù)長(zhǎng)大成為晶粒，無(wú)數(shù)個(gè)經(jīng)理堆積形成轉(zhuǎn)化膜。硅烷化處理和陶化處理都可稱之為無(wú)磷成膜處理，目前市場(chǎng)上還有其它方式的無(wú)磷成膜處理方法，這些新技術(shù)與硅烷化或陶化處理有很多相似之處，一般都含有微量甚至不含重金屬和磷酸鹽，不需要表調(diào)，可處理多種板材等，處理時(shí)間短，可以提高生產(chǎn)效率，在節(jié)能減排方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，無(wú)磷成膜技術(shù)必將成為未來(lái)鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的主要處理方式。

1）氧化鋯轉(zhuǎn)化膜所形成的陶瓷涂層完全可以取代傳統(tǒng)的磷化膜。圖3所示的是不同轉(zhuǎn)化膜的膜厚。氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜厚只有50 nm左右，與鉻化處理膜、鐵系磷化膜、鋅系磷化膜相比，它的膜厚是最薄的。低膜厚意味著膜重低，傳統(tǒng)的磷化膜重通常為2～3 g/m2，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重只有20～200 mg/m2。因供應(yīng)商提供原材料的不同，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜的膜重也有差別，但是總體來(lái)說(shuō)，要比傳統(tǒng)的磷化膜重相差200倍左右。經(jīng)過(guò)全面性能檢測(cè)，氧化鋯轉(zhuǎn)化膜涂層能達(dá)到傳統(tǒng)磷化膜所達(dá)到的附著力和耐腐蝕性能。

2）可在脫脂清洗或酸洗后進(jìn)行處理，耐酸堿、機(jī)械性和熱穩(wěn)定性良好。與原有涂裝工藝和涂裝設(shè)備基本相容，無(wú)需進(jìn)行大的設(shè)備改造。

3）槽液非常穩(wěn)定且容易控制，平時(shí)生產(chǎn)中只需控制好溫度和pH，不像鋅系磷化那樣，每天都要定期檢測(cè)總酸、游離酸、促進(jìn)劑以及鋅、鎳、錳的含量等許多參數(shù)，節(jié)省了大量的工藝管理費(fèi)用。

4）工藝簡(jiǎn)短、流程短、成膜速率很快，一般形成完整的膜只需30 s左右，大幅降低了水消耗、廢水處理、能源、人力等過(guò)程成本。另外也縮減了生產(chǎn)線的建設(shè)規(guī)模，大大減少了生產(chǎn)車間的建設(shè)面積，降低了投資費(fèi)用。

5）最大程度減少了重金屬的排放，降低了水的消耗量，廢水、廢渣排放少，所形成的渣幾乎對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害，不含磷酸鹽，無(wú)BOD、COD，工藝維護(hù)成本大大減少。

6）質(zhì)量穩(wěn)定，減少了90％以上的成渣量，工藝參數(shù)完全自動(dòng)控制，適合處理多種板材：冷軋板、電鍍鋅板、熱鍍鋅板、鋅鐵合金板、鋁板等混線處理，可滿足高度自動(dòng)化的涂裝車間的需要。

預(yù)脫脂→脫脂→噴洗→浸洗→浸洗→轉(zhuǎn)化膜→噴洗→浸洗→浸洗→電泳

美碩公司研發(fā)生產(chǎn)的MD-350納米陶化劑具有技術(shù)成熟、穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。MD-350納米陶化劑是一種無(wú)磷酸鹽的環(huán)保型前處理劑， 是針對(duì)目前對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越嚴(yán)格的前處理環(huán)境下，研發(fā)的新一代環(huán)保型處理液。不含磷和重金屬，符合歐盟RoHS環(huán)保指令要求，適合于鋼鐵、鋅和鋁表面處理，在處理的工件上形成從無(wú)色、金黃色、藍(lán)色到藍(lán)紫色陶化皮膜，能增強(qiáng)涂裝的結(jié)合力和耐腐蝕性能，并和各種型號(hào)的涂料匹配。室溫 (不需要加熱)處理，適用于噴淋或浸泡處理方式。

處理的工件上形成從無(wú)色、金黃色、藍(lán)色到藍(lán)紫色陶化皮膜，能增強(qiáng)涂裝的結(jié)合力和耐腐蝕性能，并和各種型號(hào)的涂料匹配。室溫 (不需要加熱)處理，適用于噴淋或浸泡處理方式。

MD-350納米陶化劑適用于鋼鐵、鋅和鋁表面處理，在處理的工件上形成從無(wú)色、金黃色、藍(lán)色到藍(lán)紫色納米陶瓷轉(zhuǎn)化膜，增強(qiáng)涂裝的附著力和耐腐蝕性能。

預(yù)脫脂→主脫脂→ 水洗 → 純水洗 →皮膜（陶化）

→ 純水洗 →烘干→ 后處理

1.采用浸漬式或噴淋式處理

2.處理槽材質(zhì)：為不銹鋼、厚壁塑料板或碳鋼（內(nèi)有防腐襯里）制，交換器和噴嘴應(yīng)為不銹鋼或尼龍制，配管和泵應(yīng)為不銹鋼制

3.建浴（g/l）：30-40

4.陶化點(diǎn)：3-8

5.工作液PH值：3.8~5.5

6.工作溫度：10℃ ~ 40℃

7.工作時(shí)間 :0.5~ 2min

1.將清水加到空槽中八成；

2.加入陶化劑50-60L加入處理槽中；

3.拌溶解均勻；

4.補(bǔ)足余量水（自來(lái)水）至1000升，；

5.按工藝參數(shù)調(diào)整PH5.0為最佳；

1.PH值的檢測(cè)方法

用PH試紙或酸度計(jì)直接檢測(cè)工作液PH值。

2.陶化點(diǎn)的檢測(cè)方法

取陶化工作液10ml放入250ml錐形瓶中，加入20ml的試劑A(緩沖溶液)，加入試劑B溶液（掩蔽劑），加入3-5滴試劑C(指示劑)，在電爐上加熱至80-90℃，趁熱用EDTA標(biāo)準(zhǔn)液滴定，溶液由紫紅色變成亮黃色為滴定終點(diǎn)，所消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液毫升數(shù)除以10即為陶化點(diǎn)(F)。

組分	投料量（g/L）
氟鋯酸	20~50
硅	10~15
氟鈦酸	32~35
氟化鋯	15~20
KH550	2~5
氟鈦酸鈣	6~6.5
酒石酸	5~10
硝酸鈉	5~10
月桂醇聚氧乙烯醚	3~5
水	余量