氟锆酸表面处理技术原理和应用
来源：Chinese website | 发布时间：2023年04月26日
氟锆酸表面处理技术原理、技术内容以及应用
1.氟锆酸表面处理技术原理
锆化技术采用氟锆酸作为主剂，利用氟锆酸的水解反应在金属基材表面形成一种化学性质稳定的无定型氧化物转化膜；转化膜依靠锆化物与金属基材牢固结合，同时，依靠锆化液中的高分子化合物与涂层强烈结合，从而获得高性能的金属表面皮膜，从而达到优良的附着力和防腐能力。其在冷轧板上的成膜机理如反应方程式（1）、（2）所示。
Fe+3HF?FeF3+3/2H2 （1）
H2ZrF6+2H2O?ZrO2+6HF （2）
通过反应方程式（1）的腐蚀反应，HF 被消耗，使反应（2）的平衡向右移动形成ZrO2，膜的主要成分以Zr 的氧化物和氢氧化物。在此过程中，Zr 的氧化物和氢氧化物的羟基可与高分子化合物结合，常温下可形成纳米尺寸厚度的有机—无机杂化膜。
该技术采用锆化液替代磷化液对金属表面进行预处理，省略了磷化工艺中对槽液进行加热处理的升温环节，降低了能耗。
2.关键技术
在常温条件下，锆化技术对金属表面处理的效果超越传统的加热磷化处理工艺。国内外现有的常温锆化技术广泛存在金属件二次腐蚀或返锈问题，该技术将稀土元素铈引入锆化前处理工艺，锆化液在与高分子化合物成膜过程中，铈掺杂入复合锆化膜中，使形成的纳米厚度锆化膜在结构上更为致密均匀，可有效防止处理后金属件的二次氧化，解决了常温锆化技术推广中的过度腐蚀和返锈问题。在处理中低档冷轧板时，返锈率小于0.5%，远低于国际平均水平（约40%）。
3.工艺流程
金属涂装前常温锆化处理技术与传统磷化工艺的流程对比见图1、图2。
传统磷化工艺通常为：
预脱脂→脱脂→水洗→水洗→表调→中温磷化（需加热）→封闭→水洗→水洗→水洗→水洗→干燥；
采用锆化节能技术，其工艺通常简化为：
预脱脂→脱脂→水洗→水洗→常温锆化液处理（无需加热）→水洗→干燥。
二、主要技术指标
1．能耗：0.5tce/km2处理面积；
2．工段操作温度：环境温度（5～35℃）；
3．前处理槽容量：6t～200t；
4．废水量（日）：＜3t，以6t处理槽计；
5．喷淋泵功率：44kW/h。
三、应用案例
该技术适用于轻工行业、汽车、家电、机电、建材、装备制造业、铝型材、彩涂板等金属制品行业，目前已在辽宁、浙江、江苏、山东、天津、广东等地进行推广应用，其典型用户有三菱重工，海尔（青岛）空调机有限公司、海尔开立冷冻设备有限公司、比亚迪汽车制造有限公司、日立电器有限公司、一汽大众汽车有限公司、大连爱丽丝有限公司、广州海信有限公司、中国船舶集团、中国航空航发集团、深圳富士康等企业。以建设规模为年产500万台冷藏设备，3200万m2涂装面积改造为例，对喷淋设备进行改造，改造后每年可节能4080tce，年节能经济效益472万元。
1.氟锆酸表面处理技术原理
锆化技术采用氟锆酸作为主剂，利用氟锆酸的水解反应在金属基材表面形成一种化学性质稳定的无定型氧化物转化膜；转化膜依靠锆化物与金属基材牢固结合，同时，依靠锆化液中的高分子化合物与涂层强烈结合，从而获得高性能的金属表面皮膜，从而达到优良的附着力和防腐能力。其在冷轧板上的成膜机理如反应方程式（1）、（2）所示。
Fe+3HF?FeF3+3/2H2 （1）
H2ZrF6+2H2O?ZrO2+6HF （2）
通过反应方程式（1）的腐蚀反应，HF 被消耗，使反应（2）的平衡向右移动形成ZrO2，膜的主要成分以Zr 的氧化物和氢氧化物。在此过程中，Zr 的氧化物和氢氧化物的羟基可与高分子化合物结合，常温下可形成纳米尺寸厚度的有机—无机杂化膜。
该技术采用锆化液替代磷化液对金属表面进行预处理，省略了磷化工艺中对槽液进行加热处理的升温环节，降低了能耗。
2.关键技术
在常温条件下，锆化技术对金属表面处理的效果超越传统的加热磷化处理工艺。国内外现有的常温锆化技术广泛存在金属件二次腐蚀或返锈问题，该技术将稀土元素铈引入锆化前处理工艺，锆化液在与高分子化合物成膜过程中，铈掺杂入复合锆化膜中，使形成的纳米厚度锆化膜在结构上更为致密均匀，可有效防止处理后金属件的二次氧化，解决了常温锆化技术推广中的过度腐蚀和返锈问题。在处理中低档冷轧板时，返锈率小于0.5%，远低于国际平均水平（约40%）。
3.工艺流程
金属涂装前常温锆化处理技术与传统磷化工艺的流程对比见图1、图2。
传统磷化工艺通常为：
预脱脂→脱脂→水洗→水洗→表调→中温磷化（需加热）→封闭→水洗→水洗→水洗→水洗→干燥；
采用锆化节能技术，其工艺通常简化为：
预脱脂→脱脂→水洗→水洗→常温锆化液处理（无需加热）→水洗→干燥。
二、主要技术指标
1．能耗：0.5tce/km2处理面积；
2．工段操作温度：环境温度（5～35℃）；
3．前处理槽容量：6t～200t；
4．废水量（日）：＜3t，以6t处理槽计；
5．喷淋泵功率：44kW/h。
三、应用案例
该技术适用于轻工行业、汽车、家电、机电、建材、装备制造业、铝型材、彩涂板等金属制品行业，目前已在辽宁、浙江、江苏、山东、天津、广东等地进行推广应用，其典型用户有三菱重工，海尔（青岛）空调机有限公司、海尔开立冷冻设备有限公司、比亚迪汽车制造有限公司、日立电器有限公司、一汽大众汽车有限公司、大连爱丽丝有限公司、广州海信有限公司、中国船舶集团、中国航空航发集团、深圳富士康等企业。以建设规模为年产500万台冷藏设备，3200万m2涂装面积改造为例，对喷淋设备进行改造，改造后每年可节能4080tce，年节能经济效益472万元。
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