5.7.3  自泳槽液工艺及参数应如何控制？

5.7.3 自泳槽液工艺及参数应如何控制？

影响自泳沉积的工艺参数主要有：固体含量、pH值、Fe³⁺含量、氧化还原电位及沉积时间和温度等，工艺参数见表5-15。

以下以丙烯酸系自泳涂装为例说明各参数的影响。

（1）自泳槽液固体含量 自泳沉积膜厚随固体含量升高而增加如图5-30所示，C₃（固体含量）太低时（≤4%），自泳沉积所得的湿膜及干膜附着力均较差，而C₃（固体含量）太高时（＞14%），自沉积涂层的外观会略显粗糙，合适的C₃（固体含量）为（12±2）%。

表5-15 自泳沉积工艺参数

（2）槽液pH值 由于自泳沉积过程取决于槽液对金属的酸蚀速率，因此槽液的pH值直接影响自沉积涂层厚度。pH值对自沉积膜厚的影响如图5-31所示，由图可见当pH不大于3.5时，槽液的酸度变化对自沉积膜厚影响不大，此时的成膜速率主要由产生的铁离子在湿膜中的扩散速率控制。当pH值高于3.5时，由于槽液的酸度降低，产生的铁离子的量下降，导致乳液脱稳，成膜速率降低，膜厚下降。槽液合适的pH值范围为2.5～3.5。

图5-30 固体含量与膜厚关系

图5-31 pH值对自沉积膜厚的影响

（3）槽液中Fe³⁺浓度 槽液中Fe³⁺离子作为一种活化剂和乳液脱稳促进剂，可起到加速自泳沉积过程的作用，因此随着槽液中Fe³⁺的含量增高，自泳沉积膜厚相应增加，如图5-32所示。但当Fe³⁺的质量浓度超过2.4g/L时，自泳沉积湿膜的附着力降低，这是因为沉积速率太快引起湿膜包裹的水分增多的缘故。另外，Fe³⁺含量过高，也会使自泳体系的稳定性降低。为保持槽液适当的自泳活性、槽液稳定性及自沉积涂膜的性能，Fe³⁺的含量应保持在1.0～1.5g/L为宜。

（4）氧化还原电位 自泳沉积过程是首先由酸性槽液侵蚀钢材表面产生Fe²⁺离子，再由槽液中的氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，控制一定的Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电位，在自泳涂装中是一个重要的参数。实践结果表明，氧化还原电位对自泳沉积膜厚无明显影响，但对涂膜质量影响十分明显。氧化还原电位对膜厚的影响如图5-33所示。当氧化还原电位不大于170mV时，槽液中氧化剂不足，此时受侵蚀钢材界面的H⁺会形成氢气逸出，导致自泳沉积涂膜产生气泡和针孔，而显著降低自沉积涂膜的耐蚀性。因此槽液中的氧化剂应保持一定浓度，使体系氧化还原电位控制在290～350mV之间。(https://www.daowen.com)

图5-32 Fe³⁺对膜厚的影响

图5-33 氧化还原电位对膜厚的影响

（5）自泳时间 自泳沉积涂膜厚度随自泳时间和延长而增加，其影响如图5-34所示。可以根据自泳体系的活性、Fe³⁺的含量及槽液温度等工艺参数来选定合适的自泳时间，一般可控制在90～180s之间。

（6）自泳温度 槽液的温度直接影响酸蚀钢材的速度和Fe²⁺在湿膜中的扩散速度，从而影响自沉积速率及涂膜厚度，其影响如图5-35所示。随着槽液温度的提高，自泳成膜速度加快，涂膜厚度增加，一般而言，温度较低时体系成膜活性较低，易获得外观平整光滑的涂膜，而温度过高时，自泳沉积速度过快，涂膜易产生气泡与针孔，且外观较粗糙，因此自泳温度应控制在15～30℃为宜，在冬季温度过低时，可适当补充活化剂，以提高体系活性来弥补。

图5-34 自泳时间的影响

图5-35 温度对膜厚的影响

（7）烘烤温度 由于自泳沉积涂膜的含水量较高，当湿膜直接在高温烘烤时，易产生气泡与针孔而影响涂膜的耐蚀性。实践证明，丙烯酸自泳体系采用两段烘烤可获得满意的结果，第一段烘烤温度为110～120℃，时间10～15min，使湿膜中水分充分挥发。第二段烘烤温度为170℃，时间15min，使涂膜中的活性基团反应提高交联度，从而提高涂膜的耐蚀性。偏氯乙烯白泳涂膜成膜温度较低，在110～120℃，一次烘烤20～25min即可。