纳米技术正在迅速征服越来越多的应用领域，现在已经进入工业油漆车间，特别是前处理过程。在金属零件到达油漆车间之前，一种新的极薄涂层*可以消除重金属和磷酸盐，减少设备污染，并降低能源消耗。该涂料与所有常用的粉末和湿式涂料系统兼容，只需进行最小的修改就可以与现有设备一起使用。

更好的生态性能和防腐蚀性能

金属预处理的现行工业标准已经实施了大约一个世纪。该工艺包括铁磷化，有时随后进行冲洗，以进一步保护腐蚀或钝化。虽然磷酸铁工艺已被证明具有良好的性能，但众所周知，工艺废水的磷含量很高。经常维护罐需要去除磷“污泥”，工艺废水可能需要在释放之前进行处理。磷是一种有助于维持植物生长的常见营养物质，但湖泊和河流中的磷含量过高，会创造一个鼓励藻类过度生长的环境，从而对生态系统有害。随着藻类的生长，它们产生了很高的化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，耗尽了可用的氧气供应，从而威胁到其他水生物种的生存。

这种基于纳米技术的新型转换涂层基于钛或锆等金属的氧化物，不使用镍、锰、铬或铅等受管制的重金属。它也不含任何有机成分，这意味着COD和BOD负荷为零。由于不需要处理重金属或磷酸盐，新工艺在生态可持续性方面迈出了一大步。

这项新技术在性能上也有很大的提高。纳米陶瓷涂层的厚度仅为20 ~ 30纳米(nm)，比传统的铁磷化涂层(通常为50 ~ 100 nm厚)要薄得多，但防腐蚀性能和涂料附着力明显更好。通过对钢和铝基材进行对比测量，证明了这些特性，这些基材经过铁磷化或纳米陶瓷涂层处理，然后再涂上不含tgic的聚酯粉末。通过ISO 9227标准的盐雾测试进行了防腐测试，并使用ISO 2409标准的交叉测试评估了油漆附着力。在所有基材上，基于纳米技术的转换涂层在划痕处表现出最小的锈蚀蠕变，并在盐雾测试中取得了更好的结果。在钢衬底上，腐蚀蠕变减少到铁磷化蠕变的九分之一(1.5 mm与14.0 mm相比)(见表1)。

该涂层可以通过喷涂或浸渍工艺应用，以生成包含纳米颗粒的连续高密度无机层。金属基板上涂层的结构可以用原子力显微镜检查。显微照片显示，纳米涂层增加了表面积，为涂料提供了比铁磷化更大的表面附着力(见图1)。表面上纳米陶瓷结节的较小尺寸最大限度地减少了表面覆盖缺陷的机会，因此，腐蚀失效。

一个清洁和高效的过程，Kesseböhmer

基于纳米技术的转化涂层已经在数百家制造商的设施中使用，并成功地通过了许多工业环境和不同工厂条件下的多年连续生产。Kesseböhmer组就是一个例子。在德国Osnabrück附近的Bohmte工厂，Kesseböhmer为知名品牌消费品制造商生产零售家具和展示系统。百分之九十的零件由钢制成，其余由铝制成。该厂配备了一条粉末涂装生产线，运行速度为4米/分钟，每小时可达到200平方米的涂装表面产量。连续预处理喷涂线由碱性清洗、漂洗、预处理、去离子水漂洗四个区组成。当铁磷化工艺被新的纳米技术工艺取代后，该公司立即看到了改善。

在Kesseböhmer网站上负责整个喷漆过程的埃贡·斯特尔瓦格(Egon Stellwag)说:“转换过程很顺利。”“最大的好处是，由于加热要求低，我们节省了大量的能源成本。喷嘴不再堵塞，该区域不需要用压力带式过滤器来清除污垢，这在过去是一个标准要求。这意味着我们在维护和处理上花费的时间和金钱要少得多。”

Stellwag还对转换涂层的质量充满热情。“由于粉末颜色的变化，生产线每天都要停几分钟。在过去，我们在预处理零件上形成了锈膜。有了新涂层，这就不再是问题了，”他说。

经过预处理的表面具有金色或银色的微光，这进一步有助于质量控制过程。Stellwag说:“转换涂层是可见的，在很大程度上取决于材料，这使得过程中的视觉检查更容易。”

优质粉末涂料的新竞争机会

另一个使用纳米陶瓷涂层的项目从2004年秋天开始在瑞典Nassjö的先进涂料企业Quality Powder coating (QPC)运行，该公司专门生产高端涂料，并为宜家(Ikea)等主要客户提供产品。该公司的突出之处在于它可以处理长达7米的大尺寸工件。QPC是一家快速发展的公司，坚信新的转换涂层技术。

“我们是一家小公司，但我们做的是大生意，”QPC董事总经理罗杰Fröhjd说，他认为转向纳米陶瓷涂层的决定是一个关键举措，将帮助他的公司进一步发展。“有了新的涂层，我们采用了一种不仅能产生高质量结果，而且使用更简单的工艺。它的表现也更好，这是赢得更多坚持高标准的客户的理想前提。”

在七段预处理工艺中，取消了铁磷化后的后冲洗(钝化)阶段，同时取消了铁磷化所需的热量。但纳米陶瓷涂层工艺仍然提供了更好的质量结果(见图3)。

QPC在实验室对新型转化涂层进行了分析。“现在的部件比铁磷化干净得多，”Fröhjd断言。“这项新技术使我们能够提供高度可靠的工艺和优质的喷漆部件。”Fröhjd对使现有生产线适应新工艺所需的低投资特别满意。“我们所需要做的就是买一个新的给药泵。这种转变再顺利不过了。”

伊莱克斯的环境可持续性和降低成本

在明尼苏达州圣克劳德的伊莱克斯家用产品公司(Electrolux Home Products)，可以看到另一个成功实施新技术的例子，该公司是立式和紧凑型冰柜的制造商。该公司此前曾采用磷酸铁涂料预处理工艺。几年前，圣克劳德市收紧了对生产工厂废水中磷酸盐含量的限制。如果工厂继续使用磷酸铁涂料预处理工艺，这一监管变化将要求伊莱克斯安装一个现场废物处理设施，耗资数百万美元。

伊莱克斯排放的磷酸盐几乎全部来自两条涂料前处理线。每条生产线都使用碱性清洁剂、磷酸铁和非铬后处理，都含有一定水平的磷酸盐。为了实现工厂显著减少磷酸盐排放的目标，必须在不影响产品质量的情况下全部更换这些产品。

该公司转而使用不含磷酸盐的清洁剂，并用新的基于纳米技术的预处理工艺取代了磷酸铁和后处理化学品。这些改变实际上消除了工厂废水中的磷，并避免了投资水处理设施的需要。新的涂料预处理工艺不仅满足所有性能标准，包括500小时盐雾和湿度加速老化测试，而且还提供了许多加工优势，从而大大节省了每年的成本。例如，该工厂能够停止使用其化学后处理和其中一个水冲洗阶段。由于无磷转换涂层几乎消除了油罐内的污泥堆积，因此喷嘴清洗和化学清洗等维护要求也大大降低。此外，环境温度过程允许工厂在转换涂层阶段关闭燃烧器，减少了工厂的能源消耗。

“结果非常好。伊莱克斯公司的制造工程师迪克·劳埃德说:“我们在运营成本上节省了很多钱，而且我们实现了我们的环保目标。”

可持续技术飞跃

经验表明，与传统的预处理工艺相比，基于纳米技术的新型转化涂层减少了对环境的影响，提高了工艺效率，并获得了更好的结果。采用新涂层的公司还可以从大量的成本节约中获利，这可以使他们在全球市场上具有主要的竞争优势。基于这些优点，新技术可以被视为整个金属行业表面处理的真正突破。


*Bonderite NT-1，由汉高提供。有关金属预处理技术的更多信息，请电子邮件Bonderite.NT@henkel.com或访问www.BonderiteNT.com．