汽車車身陰極電泳涂裝工藝控制要點

前 　言

電泳涂裝前必須對工件進行表面前處理 , 以除去其表面的油污、銹蝕 , 并形成結(jié)晶致密的磷化膜 ,然后再進行電泳涂裝 , 在工件表面沉積一層均勻的無缺陷的涂層 , 經(jīng)烘烤完成電泳涂裝工藝。汽車車身陰極電泳涂裝工藝一般由電泳涂裝前處理、電泳涂裝、電泳后清洗、電泳涂膜的烘干等四道主要工藝 ( 或工序 ) 組成 , 在生產(chǎn)時對電泳涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場和電泳槽液的控制至關(guān)重要。

1 　電泳涂裝工藝

1. 1 　前處理

汽車車身金屬零件涂裝前處理主要包括脫脂、除銹、除氧化皮及化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理 ( 磷化、氧化、鈍
化 ) 。首先應(yīng)清洗掉各種污物 ( 如油污、銹、氧化皮、焊渣、金屬屑等）隨后進行化學(xué)處理（磷化、鈍化），并進行充分水洗 , 以洗掉前處理藥品、磷化沉渣等 , 最后用去離子水洗。所用去離子水水質(zhì)要好 , 電導(dǎo)率應(yīng)不大于 25 μ S/cm, 并確保車身的滴水電導(dǎo)率不大于 50 μ S/cm 。

車身經(jīng)前處理后油污未洗凈而帶入電泳槽內(nèi)會影響電泳質(zhì)量 , 產(chǎn)生縮孔、針孔 ; 銹不除掉 , 磷化不上 , 還易產(chǎn)生電泳涂膜的異常附著 , 且在涂膜下能繼續(xù)擴蝕 ; 氧化皮不除凈 , 則不導(dǎo)電 , 泳涂不上 ;焊渣、金屬屑、前處理藥品、磷化沉渣不除凈而帶入電泳槽 , 則會影響槽液穩(wěn)定性和涂裝質(zhì)量。

實踐證明 , 車身陰極電泳涂裝前的磷化膜應(yīng)具備以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) : 外觀為結(jié)晶細小、致密、均勻、無銹蝕、無沉渣沉積的淺灰色膜層 ; 磷化膜質(zhì)量應(yīng)在 2 ～ 3 g/m2 范圍內(nèi) ; 結(jié)晶細度應(yīng)小于 10 μ m; P 比在85% 以上 [ 即膜中 Zn 2 Fe(PO 4 ) 2 · 4H 2 O 含量高 , 耐堿性好 ] 。在車身進行電泳涂裝前 , 磷化膜表面可全干或全濕 ( 無水珠 ) 進入電泳槽 , 為了節(jié)能 , 取消了涂裝前處理后電泳涂裝前的烘干工序。

1. 2 　電泳涂裝

其工藝條件包括以下四個方面 13 個條件 :

（1） 槽液的組成方面 : 固體分、灰分、 MEQ 值和有機溶劑含量 ;

（2）電泳條件方面 : 槽液溫度、泳涂電壓、泳涂時間;

（3）槽液特性方面 : pH 值、電導(dǎo)率 ;

（4）電泳特性方面 : 庫侖效率、最大電流值、膜厚和泳透力。

其中泳涂電壓和時間、槽液的固體分、溫度、pH 值和電導(dǎo)率是現(xiàn)場控制和管理的主要項目。

1. 2. 1 　固體分

電泳涂料 ( 或槽液 ) 在 110 ℃以下烘干時所留下的不揮發(fā)部分稱為電泳涂料 ( 或槽液 ) 的固體分 , 它是電泳涂裝的主要工藝參數(shù)之一。隨著生產(chǎn)的進行 , 槽液的固體分不斷下降 , 為使電泳涂膜的質(zhì)量穩(wěn)定 , 電泳槽液的固體分需嚴格控制在一定的范圍內(nèi) , 在陰極電泳槽液中固體分應(yīng)控制在 19%± 1% 范圍內(nèi)。

1. 2. 2 　pH 值、電導(dǎo)率

它們是電泳槽液的兩大特性值 , 對電泳特性、槽液的穩(wěn)定性和涂裝效果都有較大的影響 , 因此 ,應(yīng)將槽液的 pH 值、電導(dǎo)率嚴格控制在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。不同品種的陰極電泳涂料都有特定的 pH值范圍 , 以保持槽液和涂裝質(zhì)量的穩(wěn)定。

陰極電泳槽液系酸性體系 , 需保證適量的酸度以保持槽液的穩(wěn)定。當(dāng) pH 值高于規(guī)定值時 , 槽液的穩(wěn)定性逐漸變差 , 嚴重時產(chǎn)生不溶性顆粒 , 槽液易分層、沉淀 , 電導(dǎo)率下降 , 堵塞陽極隔膜和超濾膜 , 涂膜外觀變差 , 尤其水平面有顆粒 , 小的像針尖狀 , 大的手摸凸出。隨著酸量增加（pH值降低） ,槽液的溶解性增強 , 但對涂膜的再溶性和對設(shè)備的腐蝕性增大 , pH 值在 5. 9 以上時 , 對設(shè)備的腐蝕可大為緩和。

不同品種陰極電泳涂料的槽液電導(dǎo)率也有最佳的控制范圍 , 基于電導(dǎo)率的微小變化 , 如 ± 100μ S/cm 將不會影響涂膜性能 , 故一般控制范圍為 ± 300 μ S/cm 。槽液的電導(dǎo)率過高或過低對涂膜厚度、外觀和泳透力有影響 , 隨槽液電導(dǎo)率的增高 ,泳透力也隨之增高 , 膜厚也相應(yīng)增厚。當(dāng)槽液電導(dǎo)率偏高時 , 可用去離子水置換超濾液來降低 , 例如對 300 t 槽液用去離子水替代 20 t 超濾液 , 可使槽液電導(dǎo)率下降 100 μS/cm 。

1. 2. 3 　泳涂電壓

泳涂電壓有一定的范圍 , 超出泳涂電壓上限一定值后 , 在沉積電極上的反應(yīng)加劇 , 產(chǎn)生大量氣體，使沉積的涂膜炸裂 , 絕緣層被破壞 , 產(chǎn)生異常附著，這一電壓值稱為破壞電壓。低于泳涂電壓下限一定值時 , 幾乎泳涂不上涂膜 （或沉積與再溶解涂膜量相抵消），這一電壓值稱為臨界電壓。電泳工作電壓介于臨界電壓和破壞電壓之間。泳涂電壓是電泳涂裝的重要工藝參數(shù)之一 , 在其他泳涂條件不變的情況下 , 泳涂膜厚和泳透力隨泳涂電壓增高而增厚和提高 , 在生產(chǎn)實踐中常借助調(diào)整泳涂電壓來控制涂膜厚度。

為獲得優(yōu)良的涂膜外觀和較高的泳透力 , 在生產(chǎn)實踐中一般起始電壓低一些 , 以減輕電極反應(yīng) ;隨后電壓高一些 , 以提高內(nèi)腔縫隙表面的泳涂質(zhì)量。例如在垂直升降的泳涂設(shè)備上 , 起始 15 ～ 30 s電壓低一些 , 隨后升到該漆的工作電壓 , 這也稱為“軟啟動 ” , 同時也為了降低通電時的脈沖電流。在連續(xù)式帶電入槽的電泳線上 , 電壓分段控制 , 最少分為兩個區(qū)段 , 約 1 /3 的前極板為第一區(qū)段 ; 后2 /3 為較高電壓的第二區(qū)段。

1. 2. 4 　槽液溫度和電泳時間

槽液溫度、電泳時間和泳涂電壓是電泳涂裝的三個基本工藝條件 , 經(jīng)過調(diào)試 , 選擇最佳值后 , 在穩(wěn)定的電泳涂裝線上是保持穩(wěn)定不變的。陰極電泳槽液一般控制在（28±1）℃范圍內(nèi) , 在厚膜陰極電泳涂裝中推薦采用較高的槽液溫度 , 一般在 29 ～35 ℃范圍內(nèi) (PPG 公司推薦的條件 ) 。

在電泳涂裝過程中 , 電能轉(zhuǎn)變的焦耳熱和攪拌產(chǎn)生的熱會使槽液溫度上升 , 為使泳涂質(zhì)量穩(wěn)定 ,必須將槽液溫度控制在 ± 1 ℃范圍內(nèi)。隨槽液溫度增高 , 涂膜增厚 , 槽液溫度升高易使有機物的水溶液變質(zhì)加速 , 對槽液的穩(wěn)定性不利。槽液溫度低對槽液的穩(wěn)定性有利 , 可使涂膜變薄 , 當(dāng)?shù)陀?15. 5℃時 , 濕涂膜的黏度大 , 被涂物面的氣泡不易排出 ,因而易產(chǎn)生薄膜弊病。槽液溫度對泳透力也有影響 , 通常在較低溫度下得到的漆膜泳透力較高。電泳時間是指被涂物浸在槽液中通電 ( 成膜 )時間 , 通常在 2 ～ 4 min 之間 , 時間一旦設(shè)定 , 將不再變動 , 除非有提高或降低生產(chǎn)線速度的需要。

1. 3 　電泳后清洗工藝

電沉積在被涂物表面的涂膜具有水不溶性 , 能經(jīng)受超濾液和水的沖洗 , 附著在表面上的槽液可用水沖洗下來。在電泳涂裝工序后可立刻進行清洗( 即在被涂物出槽時 ) 。電泳后清洗有以下目的 :回收槽液 , 提高電泳涂料的利用率 ( 在封閉清洗場合涂料利用率可達 95% 以上) ;提高和改善涂膜表面質(zhì)量 ; 減輕打磨工作量 , 從而提高涂層的耐腐蝕性。電泳后清洗工藝一般由下列工序組成: (1)槽上零次清洗 : 在被涂物出槽口或溢流槽上 , 用去離子水、新鮮超濾 (UF) 液或循環(huán)超濾液噴霧淋洗 ( 單排或雙排噴管) ,被涂物出槽至清洗的間歇時間小于 1 min; (2) 用循環(huán)超濾 (UF) 液沖洗 30 ～ 40 s, 瀝液時間最多 60 s; (3) 用循環(huán)超濾 (UF) 液浸洗 ( 全浸沒、浸入即出 ) ; (4) 用新鮮超濾 (UF) 液在 UF 浸洗槽出口端淋洗 , 瀝液時間不小于 60 s; (5) 用循環(huán)去離子水浸洗 ( 或噴洗 30 ～ 40 s) , 瀝水 10 s;(6) 最終用新鮮去離子水淋洗 ( 單排或雙排噴管) ,瀝水時間不小于 60 s 。有的涂料公司還推薦在清洗工序 (3) 和 (4) 之間增加一道循環(huán)超濾液沖洗。

以上是典型的封閉式汽車車身電泳后清洗工藝 , 采用噴浸結(jié)合方式 , 以提高車身內(nèi)表面和焊縫的清洗質(zhì)量 , 消除二次流痕。車身電泳后清洗質(zhì)量與清洗次數(shù)、清洗液的壓力和流量、噴嘴的狀態(tài)和清洗液的清潔度等有關(guān) , 在工藝設(shè)計時應(yīng)認真考慮 , 在生產(chǎn)運行中應(yīng)將噴嘴調(diào)整到最佳狀態(tài)。

1. 4 　電泳涂膜的烘干工藝

陰極電泳涂料屬于熱固化性涂料 , 必須在規(guī)定的較高溫度下固化 , 其烘干過程包括 : 溶劑 ( 水分 )揮發(fā)、涂膜熱融化、高溫?zé)峁袒齻€階段。由于電泳涂膜本身含水 ( 溶劑 ) 少 , 又經(jīng)吹干、晾干 , 所以其烘干過程與熱固性粉末涂料相仿 , 可直接進行高溫烘干。另外 , 陰極電泳涂膜在熱固化過程中 ( 當(dāng)涂膜溫度達 110 ℃以上時 ) 有熱分解產(chǎn)物 , 產(chǎn)生較多的油煙 , 在較高溫度下較長時間的烘干 , 能使涂膜變薄 2 ～ 3 μ m, 膜的平整度明顯提高。

烘干條件 ( 工件溫度和烘干時間 ) 對陰極電泳涂膜的固化十分重要 , 低于規(guī)定溫度和烘干時間則不能固化 , 嚴重影響涂膜性能。品種不同的陰極電泳涂料的涂膜烘干條件也不同 , 應(yīng)根據(jù)涂料廠的推薦和試驗確定。一般來說 , 在最低的烘干溫度和時間下能使所有車身金屬件上的涂膜都干透 , 并保持有優(yōu)良的耐腐蝕性、力學(xué)強度和附著力 , 該烘干溫度和時間就可認為是合適的烘干條件。

如果電泳涂膜未烘干 , 則會嚴重影響涂膜的性能 , 如涂膜的力學(xué)性能、附著力、耐腐蝕性、抗石擊性和耐崩裂性能。如果烘干溫度過高 , 烘干時間過長 , 則又會產(chǎn)生過烘干 , 輕時會影響中涂或面漆在電泳底漆層的附著力 , 嚴重時涂膜變脆 , 甚至脫落。正確評估電泳涂膜的干燥程度 , 對確保車身涂裝質(zhì)量十分重要 , 在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)經(jīng)常觀察涂膜的色澤變化 , 來判斷涂膜的干燥程度。如車身涂膜出烘干室時處于熱態(tài)、不冒煙、不粘 , 即涂膜已基本干透。

2 　電泳涂裝的控制要點

為獲得穩(wěn)定、高質(zhì)量的電泳涂膜 , 必須對電泳涂裝工藝進行嚴格的科學(xué)管理 , 其控制要點包括新設(shè)備投產(chǎn)管理、新配槽液的管理、生產(chǎn)現(xiàn)場管理和電泳槽液的管理四大部分 , 在此主要介紹正常生產(chǎn)時陰極電泳涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場和電泳槽液的管理兩部分。

2. 1 　陰極電泳涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場控制要點

為確保生產(chǎn)的正常進行和獲得穩(wěn)定的涂裝質(zhì)量 , 電泳涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場必須對設(shè)備、槽液和生產(chǎn)環(huán)境進行嚴格的科學(xué)管理并做好記錄 , 其控制要點和檢測頻率見表 1 。

2. 2 　陰極電泳槽液的控制要點

槽液控制包括槽液特性、電泳特性、雜質(zhì)離子含量、涂膜特性等的控制 , 必須定期測定 , 做好記錄 , 并做出變化曲線 , 發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象 , 應(yīng)立即采取措施加以解決。

3 　結(jié) 　語

陰極電泳涂裝是一種特殊的涂膜形成方法 , 在實際應(yīng)用中顯示出高效、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟等特點。現(xiàn)今在汽車車身涂裝領(lǐng)域采用陰極電泳涂裝涂底漆的達 90% 以上 , 已成為提高汽車車身使用壽命( 耐腐蝕性 ) 和提高市場競爭力的主要手段之一。