摘 要 ：纳米涂层技术是一项新的金属预处理工艺，它正在逐步替代传统前处理工艺（磷化和铬化），对于冷轧板、镀锌板、铝板等多种金属材质的共线表面处理具有更大的优势。
关键词 ：纳米涂层技术 ；前处理工艺 ；磷化和铬化 ；涂装生产线
0 前言
金属表面前处理一般采用磷化工艺，这种工艺带来的是磷化槽液的加温和麻烦的后续废液处理，会增加生产成本、使管理手段复杂化。而现在已应用在涂装生产线上的纳米涂层技术，在提高生产效率、降低能耗、减少排放等方面具有明显优势的同时，还可共线处理冷轧板、镀锌板、铝板等多种金属材质。
纳米涂层技术是一种基于氟锆酸、有机硅烷为基础的化学品，能在清洁的金属物质表面形成一层20~100 nm厚的纳米级化学转化涂层技术。纳米涂层表面处理是一种特种配置的化学反应性的前处理过程，它与其氧化层中的氢氧化物反应，形成很强的共价键，是一种极薄的有机层，不含任何有害重金属、磷酸盐，无任何有机成分，可为大范围的多种金属基材提供优越的防腐性能。其主要特点见表1。
1 涂装工艺
1.1 工艺流程
上件→预脱脂→脱脂→水洗1 →水洗2→新鲜自来水直喷→纳米涂层处理→水洗3→纯水洗→ 纯水直喷→水分烘干→喷粉→粉末固化→下件。工艺流程布局示意图见图1。
1.2 工艺流程参数
主要工艺流程参数见表2。
1.3 工艺控制
1.3.1 预脱脂、脱脂
前处理脱脂药剂应选用合适的碱性清洗剂，最好选用与纳米涂层药液相同的生产厂家。
经常使用的有强碱性脱脂剂和弱碱性脱脂剂，应根据不同的材质和工件污染情况来选用，镀锌板、铝板材质工件的脱脂要采用pH<10的弱碱性脱脂剂。每1 000 L槽液中化学品主要成分含量 ：
A组分 ：10 kg ；
B组分 ：1.3 kg ；
游离碱 ：3~7 mL ；
总碱/游离碱 ：<2.5。
当脱脂槽表面漂有较多油污时，加水溢流到预脱脂槽，而预脱脂槽含油过多而影响除油效果时，就应排放槽液，重新配液，要保持各参数在控制范围之内。
1.3.2 水洗1、水洗2
调整溢流量，使pH<8.5，水洗1槽溢流到水洗2
槽，每个工作日排放，以保持水净度。
水洗1的电导率控制在<2 000 μS/cm。
水洗2的电导率控制在<1 500 μS/cm。
新鲜自来水的电导率要求<350 μS/cm。
推荐：如果条件允许，水洗2最好使用纯水，纯水出水口电导率<20μS/cm，水洗2槽内的电导率<200μS/cm。
1.3.3 纳米涂层处理
每1 000 L槽液中化学品主要成分含量 ：
A组分 ：13~15 kg ；
B组分 ：10~12 kg ；
C组分 ：0.8~1 kg ；
pH ：3.8~5.5 ；
浓度 ：1%~7% ；
电导率控制在<3 500 μS/cm。
1.3.4 水洗3、纯水洗
调整溢流量，使pH<8.5，纯水洗槽溢流到水洗3槽，每个工作日排放，以保持水净度。
水洗3的电导率控制在<2 000 μS/cm。
纯水洗的电导率控制在<200 μS/cm。
纯水出水口的电导率要求<20 μS/cm。
推荐 ：如果条件允许，水洗3最好也使用纯水。
1.3.5 喷粉
选用环氧聚酯混合型粉末涂料，处理过的工件经过静电喷粉后，工件表面具有良好的耐腐蚀性和装饰性。粉末涂料的主要物理性能可参见生产厂家提供的详细数据。
1.3.6 水分烘干、粉末固化
烘干温度 ：水分烘干90~150℃可调 ；粉末固化180~210℃可调。
工件温度均匀性 ：有效温区工件上下表面温度差≤±3℃。
烘干有效时间（即保持某一固定温度区域的时间）：水分烘干10 min ；粉末固化18 min。
2 涂装设备
选用纳米涂层技术工艺时，涂装设备的设计与采用传统工艺（磷化和铬化）的原则和侧重点基本一样，但略有些不同，重点强调如下。
2.1 前处理设备
采用全喷淋式，设9个工位，7个液槽。前处理设备主要由喷淋隧道、过渡通道、喷淋液槽、喷淋管路系统、液槽加热系统、排气系统等组成。
（1）预脱脂段、脱脂段喷淋隧道采用双层结构，内侧板采用2 mm的不锈钢板，外侧板采用1.2 mm的不锈钢板制作，内外板之间填有30 mm优质岩棉保温 ；其它工艺段和过渡段喷淋隧道采用单层结构，为2 mm的不锈钢板。底板采用2.5 mm的不锈钢板制作，顶板采用1.5 mm的不锈钢板制作。
（2）为防止窜液，各工艺段之间有滴液区，设计合理，各工序间的进出口设有隔断门，棚体底淌水板前后倾斜，分段合理，以确保各不同工序段之间不窜液。
（3）水洗工位采用组合水洗并逆补，即水路从最后一道水洗逐渐溢流到前面的水槽后再排放，以节省用水。
（4）预脱脂、脱脂槽采用双层结构，内板采用2.0~3.0 mm不锈钢板制作，外保温采用1.2 mm不锈钢板制作，中间有50 mm岩棉保温。其它液槽采用单层结构，用2.0~2.5 mm不锈钢板制作。液槽安装不锈钢双层过滤网，以除去液槽中的杂质，从而减少喷嘴和水泵的堵塞。
（5）喷淋管路采用不锈钢管，选用快换V型扇型喷嘴，PP材质。喷淋泵选用优质产品，预脱脂槽、脱脂槽、水洗1槽、水洗2槽喷淋泵采用铸铁材质泵 ；纳米涂层处理工艺段及后面的工艺段喷淋泵采用不锈钢材质泵。
（6）前处理通道顶部设有排气系统和尼龙刷密封装置，防止雾气上窜腐蚀悬链和污染室内环境。
（7）预脱脂槽、脱脂槽加热装置采用槽内间接加热方式，选用进口燃烧机，燃烧室采用不锈钢制作，有足够的盘管，保证热交换效率。
（8）纳米涂层槽设有计量泵，用于补加药剂，但是滴加量比磷化要小许多。
（9）与锌系磷化相比，纳米涂层工艺不必配备沉渣处理设备和加热装置。
2.2 水分烘干和粉末固化炉
（1）结构形式 ：采用插板拼装桥式结构，燃气间接加热的全热风循环炉。
（2）加热能源 ：液化石油气（LPG），热值22 500kcal/Nm3。
（3）炉体及加热室材质 ：内板δ1.2镀锌板，外板δ1.2冷轧板，保温材料150 mm优质岩棉。
（4）燃烧机 ：进口利雅路RIELLO或德国威索Weishaupt。
（5）换热器 ：采用不锈钢热交换系统，燃烧腔采用不锈钢板制成，换热管采用不锈钢管，排烟管道采用不锈钢板通焊。
（6）炉内空气循环次数 ：3.0~5.0次/min。
（7）排风系统 ：炉体顶部设有排风系统。
2.3 其它设备
喷粉房及喷枪可选用进口或国产的产品。其它设备，如悬挂输送链、纯水设备、电控设备都是常规配制设备，在此不复赘述。
3 涂层性能检测
3.1 试验样件
为测试纳米涂层工艺的性能参数，我们准备了镀锌板、铝板、冷轧板3种长方形薄型样板，在涂装线上进行了纳米涂层工艺前处理和喷粉处理。
3.2 试验条件
试验条件参数见表3。
3.3 试验结果
试验结果与试件的材质及原表面处理状态有很大关系，板材的生产厂家、批次不同也可能会造成试验结果的不同，因此下面的数据仅供参考，不能作为依据。
1 000 h中性盐雾试验后的样件外貌见图2。
4 结语
运用环保、清洁的纳米技术处理的产品性能堪与传统磷化和铬化相媲美，甚至在某些方面还有很大地提高。随着时间的推移，人们必然会认识它并运用在实际工艺中。更方便的是在不改动现有设备的情况下，在已有的旧涂装线上就可使用纳米涂层技术。目前在国内德国化学品公司有销售这样的化学处理药剂，并且在已投入运行的项目中也得到了很好的验证。
参考文献略
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