李维勇 贾年红 林开颜

瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司 浙江省温州市 325200

1 研究背景

我公司弹簧制动气室产品主要应用于公交车及商用车的制动系统，我公司弹簧制动气室产品的市场占有率为世界领先。弹簧制动气室端盖零部件表面处理采用的是喷塑工艺。端盖在表面喷塑后，涂层表面产生有颗粒状的外观缺陷，该产品在每月不良品记录中，这类缺陷达到不良品总量的85.68%，且很长时间没有得到彻底解决。导致弹簧制动气室端盖零件在磷化处理后，在喷塑前还要经过人工机械擦拭等辅助手段才能确保产品外观质量。由此造成了增加在线的擦拭产品的人员最少在3名以上，效率较低，且还不能100%确保产品外观无颗粒的质问题量。为此，质量部门成立了质量攻关小组，对缺陷产生原因进行了深入分析：

经分析发现，造成外观质量缺陷的主要原因是喷塑前的前处理锌系磷化工序存在问题，特别是磷化液的选配和使用不当所造成磷化膜表面有未完全清洗掉的磷化渣颗粒。

磷化工艺是铁件类零件在喷塑、喷漆、电泳等表面涂装前的重要前处理工序。该产品磷化膜的用途主要是作为增强涂装膜层与工件间结合力，提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性，磷化膜还需要具有一定的防腐性。弹簧缸端盖在磷化后喷涂前，需要将两个螺纹进行遮避不喷涂，最终喷涂烘烤完成后下件时，在螺纹处采用涂防锈油的方式进行防腐，因此，该产品对磷化膜的防腐性也有一定的要求。考虑到产品的具体要求及经济性，锰系磷化效率太低磷化渣多，铁系磷化膜、锆系及硅烷类转化膜裸膜的防锈能力差，因此，对于我公司产品仍需要采用锌系磷化来处理。为确保产品质量，提升生产效率，技术中心成立了以工程研发部门牵头的课题研究小组，对弹簧制动气室端盖磷化工艺展开研究攻关，在锌系磷化体系的的基础上，解决锌系磷化的无渣化或少渣化。

2 项目目标：解决弹簧制动气室端盖锌系磷化液不匹配带来的各类缺陷

2.1 研发内容

2.1.1 磷化槽液分析

（a）从以上图片可以发现，涂装生产线上使用的市售锌系磷化液在产品磷化后产生很多的磷化渣，且磷化渣具有很强粘性，在喷淋管、喷淋棚内壁等部位均有很厚结块的磷化渣，在1个星期左右磷化棚体内磷化渣就得积累很多、很厚。

（b）磷化槽里渣多，虽然槽液（清洗槽）每天更换，喷嘴安排每天清理，但该磷化渣很粘，很难清理，导致磷化膜表面上的磷化渣水洗不能彻底清洗干净，磷化膜经烘烤干水份后，渣就粘在工件表面，很难擦拭不到位，最终会导致颗粒状物附着在弹簧缸端盖表面，喷塑后的产品就出现了大量的表面颗粒不良品。

（c）与原磷化液供应厂家沟通，厂家也安排相关技术人员到现场，通过控制调整槽液参数，每班做一次槽液维护，每班化验两次等手段，磷化液采用自动添加方式，在线跟踪了一个月，仍没有解决此问题，磷化槽中磷化渣还是很多，磷化膜表面磷化渣也清洗不净，说明是磷化液本身不太适应该线的生产要求。

（d）最终研究发现：该磷化液需在40-50℃条件下使用，酸度低（游离酸在0.8-1.0，总酸度在20-25），如使用在常温条件下来做磷化，酸度过低磷化膜不能完成成膜，产品易泛黄，上膜不佳，而要保证磷化质量，只有将游离酸提高（1.8-2.5之间，总酸度提高到30-35），但酸度越高，产生的磷化渣就越多，消耗磷化液也就多，最终导致磷化膜表面不良且运行成本高。

2.1.2 解决措施

在真因明确了以后，决定对涂装生产线磷化液提出改进。因市面上找不到恰好适合我司产品的常温锌系磷化液，故研究后决定，对此种常温锌系磷化液自己研究开发，参照中温磷化液配方，研制适合我司产品的常温磷化液配方，替代现行的常温磷化液。

2.1.3 研制过程

在原中温磷化配方的基础上，进行配方优化改进，增减各种药品的配比数量，增减硝酸镍。经几个月的反复实验，终于摸索出适合我公司生产线的常温磷化液的配方和磷化工艺参数：配槽总酸度45点，游离酸2.2点，温度为常温，磷化时间5分钟。

磷化后的产品磷化膜为灰色，外观均匀；磷化膜按产品检验标准经硫酯铜滴定检验、耐蚀性检测（中性盐雾试验NSS）等均为合格。

2.1.4 放大实验

在实验室完成常温磷化液的配方研制，并检验合格后，将采用该配方配制的磷化液放在手动磷化线上进一步放大实验验证：

（a）自制磷化液的配制：利用搅拌罐（1吨容积），将硝酸锌、马日夫盐、硝酸镍等药品进行称取所需的数量，再依序加入进行搅拌溶解、熟化，得到磷化液浓缩液。

（b）促进剂的配制：亚硝酸钠按50%的比例进行配制。

（c）按5%的比例进行开槽，连续生产使用了15天，得到的产品磷化膜均匀，结晶细致，无灰和颗粒吸附，且槽液参数易于控制，总酸度保持在29-45点，游离酸0.9-1.5点。

（d）组织评价：组织公司相关技术、工程、质量、生产人员对磷化及喷塑的产品的进行评价（评价磷化膜外观、涂层附着力、耐蚀性等），对试产半个月的情况进行总结，大家一致同意继续做批量性的放大试验。

2.1.5 批量试生产验证

自配的常温磷化液在手动磷化线上的放大实验完全合格后，组织了在喷塑生产线的批量生产确认验证。验证是在正常生产的喷塑线前处理磷化槽里完成，目的是验证自制锌系常温磷化液在正常生产线的应用是否稳定，槽液磷化渣是否得到有效控制，磷化膜上的磷化渣是否清洗干净，以及表面最终处理（喷塑等）后的产品外观表面是否真正得到改善，以及螺纹处涂油的磷化膜盐雾性能是否得到满足等。验证周期为半个月，严格按自配磷化液的工艺要求进行生产，每天实施跟踪检查，并做好相关过程的质量记录：

（1）磷化液和促进剂浓缩液的配制和添加。

（a）先加1/3体积的水，按前述已验证好的配比方案投入所需药品，将水加到所需液位，再开启搅拌机搅拌，确保药品完全溶解后，再熟化30分钟，然后用泵打到药品添加桶；（b）自动添加：根据工艺要求，每天加入磷化液80-100Kg，促进剂5-6kg，调整输液管流量大小，在生产中缓慢滴入。

（2）磷化液槽液使用参数的最终确定：

最终明确的槽液控制工艺参数：游离酸：（0.6-2.2）点，最佳控制点为（1.0-1.2）点；总酸度：（18-35）点， 最佳控制点为（20-25）点；促进剂气值点：（3-6）点，最佳控制点为（4-5）点。

（3）效果验证：

（a）除渣机停用状态，开线半个月，清理时槽底只有1cm左右厚度的渣；半个月倒槽清理一次，1个人只要2小时即可清理完毕，这与原来每天都要做槽液清理维护的状况相比已得到了极大的改善；（b）磷化渣易于清洗，磷化后的零件经线上喷淋清洗后无磷化渣，取消磷化烘干后的擦拭工序，减少了至少3名擦灰操作员工，且提升了工效；（c）抽检弹簧制动气室端盖磷化膜的表面质量和耐蚀性：磷化后的产品表面形成均匀、结晶细致、表面无颗粒的灰色磷化膜。

（d）抽检弹簧制动气室端盖磷化膜的耐蚀性：涂油后的磷化膜盐雾测试后96小时无生锈，满足了产品工艺质量要求。

（e）评审总结：组织公司相关技术、工程、质量、生产人员对在自动生产线的磷化及喷塑的产品的进行评价（评价磷化膜外观、涂层附着力、耐蚀性等），磷化膜外观结晶细致，喷塑后的端盖螺在裸露的磷化膜上涂上防锈油，满足72小时中性盐雾测试无红锈的要求。对批量验证的情况进行总结，对应用情况评审通过，要求在后续的应用中要继续做好效果跟踪。

2.1.6 固化措施

对策经全面验证实施有效后，技术中心针对弹簧制动气室端盖涂装处理的自制常温磷化液从配方、配制方法、过程控制计划、工艺规程、作业指导书等文件进行了编制和修订，编制了弹簧制动气室端盖生产线磷化液、前处理检测和添加记录表单、槽液与设备维护记录表以及喷淋压力记录等过程控制用表，将对策措施进行全面巩固后指导后续生产。

3 研究成果

（1）成果一：通过对磷化液的研制，磷化前处理工艺得到了极大改善，弹簧制动气室端盖最终表面处理（喷塑等）后的外观质量缺陷得到了解决，过程控制水平得到提升。从2020年9月正式投入生产应用到2021年8月，一年来的统计显示，产品质量达到了设定的质量目标值：①满足生产过程磷化后不需要擦灰的要求；②磷化膜满足作前增强涂层结合力的要求，喷涂层防腐性的盐雾要求，磷化后的螺纹处涂防锈油后达到防腐的盐雾要求。

（2）成果二：与原外购的液相比，弹簧制动气室端盖生产线的自制磷化液的性能得到很大提升， 减少了擦灰操作维护人员和清理成本，减少了槽液清理和倒槽的频次，减少了至少3名员工。

（3）成果三：磷化液的使用成本得到大幅下降，节省操作人员及倒槽次数等，可节省成本额达到70万元/年。

4 项目总结

弹簧制动气室端盖喷涂后的颗粒问题，通过将常常温锌系磷化液的进行研发，终于攻克了各种技术难题，成功研发出符合我公司弹簧制动气室端盖的前处理磷化液，完成了预定目标，取得了可喜成绩。弹簧制动气室端盖自配常温锌系磷化液的优点总结起来有如下几点：

（1）浓缩液、促进剂配制和添加方便；（2）槽液使用范围宽、质量稳定；（3）产渣少、易于清洗；（4）省人省时；（5）用量少、费用低。

同时，在弹簧制动气室端盖汽车零部件质量改进研发过程中，团队成员以及生产线员工得到了充分的锻炼和学习成长，主要有以下心得：

● 小组成员综合能力得到提升，学会利用内部有限资源去解决问题；

● 成员团队意识和节能降耗的思想更加成熟；

● 对弹簧制动气室端盖生产线磷化液的配方设计及质量改进积累了丰富的经验；

● 通过现场的培训指导，提高了生产员工的素质，如生产人员对缺陷的判断，槽液维护人员进一步学会了磷化液添加及故障处理方法等，提升了项目管理人员的工作激情。