汽車磷化生產(chǎn)線改造成硅烷化前處理生產(chǎn)線的分析
姚重慶，裴一慶
（鎧龍東方汽車有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000）
摘要：為了適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保要求，需要降低現(xiàn)有汽車涂裝線前處理成本并減少公害，有必要對(duì)現(xiàn)有汽車磷化生產(chǎn)線進(jìn)行
升級(jí)改造，主要介紹了硅烷化前處理技術(shù)原理、工藝流程、涂裝質(zhì)量、成本控制及環(huán)保性。
關(guān)鍵詞：汽車；涂裝；磷化生產(chǎn)線改造；硅烷化前處理技術(shù)；無(wú)磷
中圖分類號(hào)：TQ639 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1007-9548（2017）09-0057-03
Analysis of Automobile Production Line into Reconstruction of Phosphating
Silanizatio Pretreatment Production Line
YAO Chong-qing, PEI Yi-qing
(Kailong Dongfang Automobile Co., Ltd., Wuxi 214000, Jiangsu, China)
Abstract: In order to meet the needs of market competition and the requirements of environmental
protection, reduce the existing car coating line before processing costs and reduce pollution, it is necessary
for upgrading existing auto phosphating production line. This article mainly from the silanization pretreatment
technology principle, technological process, coating quality, cost control and environmental protection are
analyzed.
Key words: automobile; painting; upgrading phosphating production line; silane pretreatment technology;
phosphate-free
—— — — — — — — — — — — — — — — — — —
收稿日期：2017-04-01
作者簡(jiǎn)介：姚重慶（1980—），男，本科，工程師，主要從事汽車涂裝車
間前處理電泳線的規(guī)劃及設(shè)計(jì)工作。E-mail:yaochongqing@163.com。
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通過(guò)表 1 對(duì)比分析可知，采用綠色環(huán)保硅烷前處
理工藝替代現(xiàn)有的磷化工藝，能徹底消除 Zn、Mn、Ni
等有害物質(zhì)，少渣或無(wú)渣，資源利用率高，可在室溫下
處理，且處理快速，工藝簡(jiǎn)化，設(shè)備投入小，是前處理技
術(shù)的發(fā)展方向。
2 硅烷工藝控制要求及成本分析
2.1 白車身質(zhì)量控制
相比傳統(tǒng)磷化，硅烷化處理酸性弱、成膜較薄，對(duì)
底材遮蓋性較差，電泳后缺陷較明顯。若現(xiàn)有汽車涂裝
線的磷化工藝改造成硅烷工藝，主要從以下幾個(gè)方面
表 1 硅烷與磷化工藝對(duì)比
長(zhǎng)期驗(yàn)證過(guò)的成熟工藝
含 Zn、Ni、Mn 等重金屬
鋅系磷化工藝 硅烷化處理工藝
可使用磷化現(xiàn)有設(shè)備投槽
環(huán)境友好，不含鎳
需要二級(jí)板式熱交換器持續(xù)加熱 無(wú)持續(xù)加熱
工藝處理時(shí)間一般為120~180s 工藝處理時(shí)間60s、120s、240s，彈性大
高濃度廢水排放多 高濃度廢水排放少
磷化渣的處理成本高 幾乎無(wú)渣
處理鋁板需特殊工藝 對(duì)車身鋁板無(wú)比例限制
酸洗除渣，維護(hù)多 無(wú)需酸洗，維護(hù)少
1）硅烷與磷化的膜層結(jié)構(gòu)
磷化膜層與硅烷結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1 ~ 2。
2）硅烷的環(huán)保優(yōu)勢(shì)
磷化液中的鎳與防腐性能有關(guān)，磷化液的顏色越
綠，表示鎳含量越高，而鎳是一種對(duì)人體有害的重金屬，
它會(huì)減弱人體免疫功能、引發(fā)慢性中毒，還可能傷害人
體的中樞神經(jīng)，引起嚴(yán)重的病變，甚至致癌。據(jù)國(guó)際癌癥
研究中心公布的資料，鎳可以引起許多常見(jiàn)的癌癥如口
腔癌、鼻咽癌、直腸癌以及肺癌，統(tǒng)計(jì)表明，其發(fā)病率直
接與外界環(huán)境中的鎳含量成正比。相比磷化液，硅烷溶
液是無(wú)色透明的，完全不含鎳這種有害重金屬。
3）硅烷工藝流程更靈活
事實(shí)證明完全可以把設(shè)備陳舊的磷化生產(chǎn)線改造
成硅烷工藝生產(chǎn)線，除了對(duì)磷化線進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估
和徹底酸洗之外，一般不需要對(duì)槽體和設(shè)備進(jìn)行大幅度
的調(diào)整改動(dòng)，也不需要額外增加其他的設(shè)備。PSA 集團(tuán)
在巴西、西班牙以及法國(guó)本土成功運(yùn)行硅烷工藝的生產(chǎn)
線，沒(méi)有一條是新線。在工序的選擇上，硅烷沒(méi)有表調(diào)這
道工序，而是把表調(diào)槽改成了純水洗槽，表調(diào)的溢流系
統(tǒng)是獨(dú)立的，不能往前溢流，但是改成純水洗后可以和
前面的工業(yè)水洗串聯(lián)起來(lái)，形成逐級(jí)溢流系統(tǒng)，節(jié)約用
水資源。常規(guī)磷化和硅烷工藝流程如圖 3 所示。
4）硅烷與磷化工藝時(shí)間比較
硅烷與磷化工藝對(duì)比見(jiàn)表 1 所列。硅烷工藝對(duì)生
產(chǎn)線規(guī)劃更具彈性。整車磷化生產(chǎn)線的工藝時(shí)間一般
設(shè)定為 2.5 ~ 3.5 min，但是硅烷的處理工藝時(shí)間可根
據(jù)實(shí)際需要最短調(diào)整到 1.0 min，在線速度較慢的生產(chǎn)
線上，4.0 ~ 5.0 min 的處理時(shí)間也能接受，所以在生產(chǎn)
節(jié)拍的規(guī)劃設(shè)計(jì)上，硅烷提供了更大的彈性空間。
圖 1 磷化膜膜層
圖 2 硅烷膜層
圖 3 磷化工藝與硅烷工藝流程
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控制白車身的車身質(zhì)量。
1）打磨控制：焊裝工序打磨需采用 400 # 以上砂紙，
試驗(yàn)證明采用 400 # 以下的砂紙且打磨深度在4 μm 以
上的打磨印，硅烷處理后電泳無(wú)法進(jìn)行遮蓋。
2）鐵屑、焊渣等雜質(zhì)控制：在焊裝車間就要對(duì)顆粒
物（鐵屑、焊球、焊渣等雜質(zhì)）進(jìn)行控制，每輛車的顆粒
控制在 5 g 以下。
3）銹蝕控制：出現(xiàn)銹蝕的白車身是不能直接進(jìn)入
前處理電泳線的，必須經(jīng)過(guò)打磨把銹跡處理干凈，才能
進(jìn)入涂裝過(guò)程。在白車身未到涂裝工序之前消除銹蝕
和氧化皮是最有效的，為了更好地對(duì)白車身進(jìn)行防護(hù)，
建議在制作初期就要注意加強(qiáng)涂油防護(hù)，建立合理的
庫(kù)存和周轉(zhuǎn)周期，減少工件與水汽、加工介質(zhì)接觸反應(yīng)
的時(shí)間，避免或減輕銹蝕程度。對(duì)焊縫周邊產(chǎn)生的氧化
皮應(yīng)控制焊接，減少焊接熱影響區(qū)，或采用點(diǎn)焊工藝減
少氧化皮的產(chǎn)生。
4）油污控制：前處理工序若不能完全去除白車身
表面的油污，會(huì)造成硅烷成膜不完全、電泳縮孔缺陷，
影響涂裝質(zhì)量。要求車身表面涂油均勻，不能有流痕，
最好控制在 2 g/m 2 以內(nèi)。
2.2 硅烷工藝對(duì)磷化設(shè)備的改造要求
現(xiàn)有汽車磷化工藝若改造成硅烷工藝，前處理線
需在洪流水洗、預(yù)脫脂、脫脂工位增加除鐵屑裝置，如
磁性分離機(jī)、懸液分離器+紙袋過(guò)濾機(jī)、袋式過(guò)濾器
（帶磁棒），目的就是把白車身攜帶的顆粒物清除干凈。
表調(diào)槽需改成純水洗槽，純水要求電導(dǎo)率＜10 μS/cm。
出槽后增加一道純水噴淋（過(guò)車感應(yīng)）?，F(xiàn)在表調(diào)槽無(wú)
過(guò)濾裝置，改成硅烷工藝后需增加帶式過(guò)濾器（帶磁
棒）。
磷化槽現(xiàn)在的循環(huán)量能滿足硅烷工藝要求，但需
徹底對(duì)磷化槽進(jìn)行酸洗，尤其是管路，若管路中的殘?jiān)?/span>
不能清洗干凈，則必須更換管路。磷化換熱器可以保
留，在極端天氣（低溫）下需對(duì)槽液進(jìn)行加熱，磷化除渣
是紙帶式的，建議改成硅烷工藝后更換成板框式壓濾
機(jī)。磷化改成硅烷工藝后，在槽出口增加一道純水霧化
噴淋（過(guò)車感應(yīng)）。為了保持槽液的穩(wěn)定性，加料需要滴
加泵（過(guò)車感應(yīng)滴加）。
后面幾道水洗槽的要求和磷化水洗一樣，但硅烷
槽后的水洗需要增加防銹劑加料設(shè)備。
2.3 成本分析
硅烷和磷化的成本比較（包括廢水處理）：
以年產(chǎn)能 10 萬(wàn)輛汽車的前處理生產(chǎn)線為例，主要
從廢水處理、能源消耗、設(shè)備維護(hù)、硅烷藥劑來(lái)分析硅
烷化處理工藝的運(yùn)行成本。按照一個(gè)涂裝車間雙班制
生產(chǎn)，每班生產(chǎn) 8 h，產(chǎn)能為 25 JPH，全年生產(chǎn) 300 d
計(jì)算，全年產(chǎn)能可達(dá)到 12 萬(wàn)臺(tái)。以每臺(tái)車 90 m 2 計(jì)算，
全年的生產(chǎn)面積約為 1 080 萬(wàn) m 2 。
2.3.1 廢水處理成本
磷化液在磷化后水洗達(dá)到溢流動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，廢水
中含磷酸根約 1.5×10 -3 ，鋅鎳錳約 3.0×10 -4 ，每 t 廢水處
理費(fèi)用約為 8 元。
硅烷中不含磷及鋅鎳錳，硅含量約 4.0×10 -5 ，鋯含
量約 2.0×10 -4 ，硅烷后水洗達(dá)到溢流動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，廢水
總含硅 4.0×10 -6 ，鋯含量約 2.0×10 -5 ，每 t 廢水處理費(fèi)用
約為 1 元。
按照車身涂裝面積每 m 2 約產(chǎn)生 2 L 水計(jì)算，全年
約處理 21 600 t 廢水，硅烷工藝比磷化工藝廢水處理
可約節(jié)省費(fèi)用 15 萬(wàn)元/a。
2.3.2 熱能消耗
磷化工藝溫度 45 ~ 55 ℃，以磷化工藝溫度 45 ℃
計(jì)算，磷化熱能消耗大約在 0.075 元/m 2 。
硅烷工藝溫度 25 ~ 35 ℃，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，硅烷
基本不需要加熱，平均硅烷熱能消耗約 0.015 元/ km 2 。
按照年產(chǎn) 12 萬(wàn)臺(tái)車，每臺(tái)車 90 m 2 計(jì)算，全年生
產(chǎn)面積為 1 080 萬(wàn) m 2 ，硅烷工藝可節(jié)省約 65 萬(wàn)元/a。
2.3.3 電能消耗
10 萬(wàn)產(chǎn)能汽車涂裝生產(chǎn)線磷化槽的加熱循環(huán)泵
為 37 kW+18.5 kW，若改成硅烷，可關(guān)掉 1 臺(tái) 18.5 kW
的水泵，以單價(jià) 1 元/kW·h 計(jì)算，可節(jié)省約 9 萬(wàn)元/a。
2.3.4 耗水量
采用硅烷工藝后，前道表調(diào)工序要改成純水洗工
序，形成逆向溢流，節(jié)約了水洗的用水量。
2.3.5 維護(hù)成本
為了避免磷化渣的二次污染導(dǎo)致漆膜質(zhì)量缺陷，
磷化槽液需定期進(jìn)行除渣，并且要定期對(duì)磷化液倒槽，
倒槽后要用酸洗去除磷化槽、循環(huán)管路、噴嘴、板式換
熱器內(nèi)的磷化渣。以年產(chǎn) 10 萬(wàn)輛汽車的磷化生產(chǎn)線為
例，每年設(shè)備清洗所需的化學(xué)品藥劑費(fèi)用約為 5 萬(wàn)元
（磷化槽 1 次/a，板式換熱器 4 次/a），酸洗后的廢液水
處理成本約為 20 萬(wàn)元。
硅烷槽液幾乎無(wú)渣，不需要對(duì)硅烷槽及管路進(jìn)行
酸洗，減少了設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，可減少費(fèi)用約 25
萬(wàn)元/a。
2.3.6 硅烷藥劑成本對(duì)比
綠色環(huán)保硅烷化處理的化學(xué)品成本比磷化高
50%左右。
以年產(chǎn) 10 萬(wàn)輛汽車的涂裝前處理生產(chǎn)線為例，通
過(guò)分析廢水處理、能源消耗、設(shè)備維護(hù)、化學(xué)藥劑的成
本得出，采取硅烷工藝全年的運(yùn)行成本大約可節(jié)省
110 萬(wàn)元。在實(shí)際生產(chǎn)中，若現(xiàn)場(chǎng)工藝（下轉(zhuǎn)第 62 頁(yè)）
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（上接第 53 頁(yè)）車廠涂裝車間驗(yàn)證，漆膜在膜厚、色差、
DOI、光澤、長(zhǎng)短波等方面沒(méi)有變化。
3）燃動(dòng)成本：通過(guò)在 A/B/C 工廠的應(yīng)用，節(jié)約成本
87 萬(wàn)元/a。
4）維護(hù)成本液壓油：液壓油更換費(fèi)用（液壓泵 4 個(gè)
車間合計(jì)減少 15 928 h 的運(yùn)行，按設(shè)備保養(yǎng)要求每年
更換一次液壓油約 10 萬(wàn)元），4 個(gè)車間合計(jì)每年減少
1.8 次更換，預(yù)計(jì)節(jié)約 18 萬(wàn)元。
5）節(jié)約工時(shí)：清漆在循環(huán)中考慮換熱的影響，停止
循環(huán)后不需要 2 h 測(cè) 1 次黏度，減少黏度測(cè)量工時(shí) 1
h/d，減少每天 11 次的開(kāi)關(guān)桶蓋次數(shù)，有效預(yù)防了外界
的環(huán)境污染。
6）時(shí)間：調(diào)漆間在線外作業(yè)，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影
響，同時(shí)沒(méi)有增加作業(yè)時(shí)間。
7）其他效果：前期涂料更換濾袋時(shí)，需要單個(gè)開(kāi)關(guān)
柱塞泵，操作繁瑣，清漆實(shí)現(xiàn)間歇式循環(huán)后可以通過(guò)關(guān)
閉液壓泵來(lái)更換濾袋；取消黏度測(cè)量，減少了溶劑揮
發(fā)。 ◆
（上接第 59 頁(yè)）控制得當(dāng)，在使用硅烷工藝之后，則完
全能夠降低生產(chǎn)線的綜合運(yùn)行成本。
2.4 硅烷車身質(zhì)量控制
硅烷車身質(zhì)量主要是控制硅烷的膜重：通過(guò) pH、
促進(jìn)劑濃度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可通過(guò)溫度和鏈速度進(jìn)行
調(diào)節(jié)。各種板材的膜重為：冷軋鋼 30 ~ 100 mg/m 2 ；熱
鍍鋅 70 ~ 180 mg/m 2 ；鋁 40 ~ 80 mg/m 2 。
3 結(jié)語(yǔ)
目前磷化技術(shù)發(fā)展遇到了瓶頸，為了降低成本和
適應(yīng)節(jié)能環(huán)保要求，有必要對(duì)汽車涂裝現(xiàn)有磷化生產(chǎn)
線升級(jí)改造成硅烷化前處理生產(chǎn)線，硅烷工藝已在國(guó)
內(nèi)神龍汽車、東風(fēng)乘用車、北汽等汽車公司的涂裝線上
成功應(yīng)用，前處理化學(xué)品和電泳漆也具有良好的配套
性。若磷化工藝升級(jí)改造成硅烷工藝，僅需重點(diǎn)考慮以
下問(wèn)題：
1）磷化槽液的排放與處理；
2）磷化管路的清洗與更換；
3）設(shè)備改造是否能達(dá)到硅烷工藝要求；
4）設(shè)備升級(jí)改造周期及對(duì)生產(chǎn)的影響；
5）純水制造設(shè)備能力是否滿足生產(chǎn)需求。 ◆