汽车车身阴极电泳涂装工艺控制要点

前 　言

电泳涂装前必须对工件进行表面前处理 , 以除去其表面的油污、锈蚀 , 并形成结晶致密的磷化膜 ,然后再进行电泳涂装 , 在工件表面沉积一层均匀的无缺陷的涂层 , 经烘烤完成电泳涂装工艺。汽车车身阴极电泳涂装工艺一般由电泳涂装前处理、电泳涂装、电泳后清洗、电泳涂膜的烘干等四道主要工艺 ( 或工序 ) 组成 , 在生产时对电泳涂装生产现场和电泳槽液的控制至关重要。

1 　电泳涂装工艺

1. 1 　前处理

汽车车身金属零件涂装前处理主要包括脱脂、除锈、除氧化皮及化学转化膜处理 ( 磷化、氧化、钝
化 ) 。首先应清洗掉各种污物 ( 如油污、锈、氧化皮、焊渣、金属屑等）随后进行化学处理（磷化、钝化），并进行充分水洗 , 以洗掉前处理药品、磷化沉渣等 , 最后用去离子水洗。所用去离子水水质要好 , 电导率应不大于 25 μ S/cm, 并确保车身的滴水电导率不大于 50 μ S/cm 。

车身经前处理后油污未洗净而带入电泳槽内会影响电泳质量 , 产生缩孔、针孔 ; 锈不除掉 , 磷化不上 , 还易产生电泳涂膜的异常附着 , 且在涂膜下能继续扩蚀 ; 氧化皮不除净 , 则不导电 , 泳涂不上 ;焊渣、金属屑、前处理药品、磷化沉渣不除净而带入电泳槽 , 则会影响槽液稳定性和涂装质量。

实践证明 , 车身阴极电泳涂装前的磷化膜应具备以下质量标准 : 外观为结晶细小、致密、均匀、无锈蚀、无沉渣沉积的浅灰色膜层 ; 磷化膜质量应在 2 ～ 3 g/m2 范围内 ; 结晶细度应小于 10 μ m; P 比在85% 以上 [ 即膜中 Zn 2 Fe(PO 4 ) 2 · 4H 2 O 含量高 , 耐碱性好 ] 。在车身进行电泳涂装前 , 磷化膜表面可全干或全湿 ( 无水珠 ) 进入电泳槽 , 为了节能 , 取消了涂装前处理后电泳涂装前的烘干工序。

1. 2 　电泳涂装

其工艺条件包括以下四个方面 13 个条件 :

（1） 槽液的组成方面 : 固体分、灰分、 MEQ 值和有机溶剂含量 ;

（2）电泳条件方面 : 槽液温度、泳涂电压、泳涂时间;

（3）槽液特性方面 : pH 值、电导率 ;

（4）电泳特性方面 : 库仑效率、最大电流值、膜厚和泳透力。

其中泳涂电压和时间、槽液的固体分、温度、pH 值和电导率是现场控制和管理的主要项目。

1. 2. 1 　固体分

电泳涂料 ( 或槽液 ) 在 110 ℃以下烘干时所留下的不挥发部分称为电泳涂料 ( 或槽液 ) 的固体分 , 它是电泳涂装的主要工艺参数之一。随着生产的进行 , 槽液的固体分不断下降 , 为使电泳涂膜的质量稳定 , 电泳槽液的固体分需严格控制在一定的范围内 , 在阴极电泳槽液中固体分应控制在 19%± 1% 范围内。

1. 2. 2 　pH 值、电导率

它们是电泳槽液的两大特性值 , 对电泳特性、槽液的稳定性和涂装效果都有较大的影响 , 因此 ,应将槽液的 pH 值、电导率严格控制在工艺规定的范围内。不同品种的阴极电泳涂料都有特定的 pH值范围 , 以保持槽液和涂装质量的稳定。

阴极电泳槽液系酸性体系 , 需保证适量的酸度以保持槽液的稳定。当 pH 值高于规定值时 , 槽液的稳定性逐渐变差 , 严重时产生不溶性颗粒 , 槽液易分层、沉淀 , 电导率下降 , 堵塞阳极隔膜和超滤膜 , 涂膜外观变差 , 尤其水平面有颗粒 , 小的像针尖状 , 大的手摸凸出。随着酸量增加（pH值降低） ,槽液的溶解性增强 , 但对涂膜的再溶性和对设备的腐蚀性增大 , pH 值在 5. 9 以上时 , 对设备的腐蚀可大为缓和。

不同品种阴极电泳涂料的槽液电导率也有最佳的控制范围 , 基于电导率的微小变化 , 如 ± 100μ S/cm 将不会影响涂膜性能 , 故一般控制范围为 ± 300 μ S/cm 。槽液的电导率过高或过低对涂膜厚度、外观和泳透力有影响 , 随槽液电导率的增高 ,泳透力也随之增高 , 膜厚也相应增厚。当槽液电导率偏高时 , 可用去离子水置换超滤液来降低 , 例如对 300 t 槽液用去离子水替代 20 t 超滤液 , 可使槽液电导率下降 100 μS/cm 。

1. 2. 3 　泳涂电压

泳涂电压有一定的范围 , 超出泳涂电压上限一定值后 , 在沉积电极上的反应加剧 , 产生大量气体，使沉积的涂膜炸裂 , 绝缘层被破坏 , 产生异常附着，这一电压值称为破坏电压。低于泳涂电压下限一定值时 , 几乎泳涂不上涂膜 （或沉积与再溶解涂膜量相抵消），这一电压值称为临界电压。电泳工作电压介于临界电压和破坏电压之间。泳涂电压是电泳涂装的重要工艺参数之一 , 在其他泳涂条件不变的情况下 , 泳涂膜厚和泳透力随泳涂电压增高而增厚和提高 , 在生产实践中常借助调整泳涂电压来控制涂膜厚度。

为获得优良的涂膜外观和较高的泳透力 , 在生产实践中一般起始电压低一些 , 以减轻电极反应 ;随后电压高一些 , 以提高内腔缝隙表面的泳涂质量。例如在垂直升降的泳涂设备上 , 起始 15 ～ 30 s电压低一些 , 随后升到该漆的工作电压 , 这也称为“软启动 ” , 同时也为了降低通电时的脉冲电流。在连续式带电入槽的电泳线上 , 电压分段控制 , 最少分为两个区段 , 约 1 /3 的前极板为第一区段 ; 后2 /3 为较高电压的第二区段。

1. 2. 4 　槽液温度和电泳时间

槽液温度、电泳时间和泳涂电压是电泳涂装的三个基本工艺条件 , 经过调试 , 选择最佳值后 , 在稳定的电泳涂装线上是保持稳定不变的。阴极电泳槽液一般控制在（28±1）℃范围内 , 在厚膜阴极电泳涂装中推荐采用较高的槽液温度 , 一般在 29 ～35 ℃范围内 (PPG 公司推荐的条件 ) 。

在电泳涂装过程中 , 电能转变的焦耳热和搅拌产生的热会使槽液温度上升 , 为使泳涂质量稳定 ,必须将槽液温度控制在 ± 1 ℃范围内。随槽液温度增高 , 涂膜增厚 , 槽液温度升高易使有机物的水溶液变质加速 , 对槽液的稳定性不利。槽液温度低对槽液的稳定性有利 , 可使涂膜变薄 , 当低于 15. 5℃时 , 湿涂膜的黏度大 , 被涂物面的气泡不易排出 ,因而易产生薄膜弊病。槽液温度对泳透力也有影响 , 通常在较低温度下得到的漆膜泳透力较高。电泳时间是指被涂物浸在槽液中通电 ( 成膜 )时间 , 通常在 2 ～ 4 min 之间 , 时间一旦设定 , 将不再变动 , 除非有提高或降低生产线速度的需要。

1. 3 　电泳后清洗工艺

电沉积在被涂物表面的涂膜具有水不溶性 , 能经受超滤液和水的冲洗 , 附着在表面上的槽液可用水冲洗下来。在电泳涂装工序后可立刻进行清洗( 即在被涂物出槽时 ) 。电泳后清洗有以下目的 :回收槽液 , 提高电泳涂料的利用率 ( 在封闭清洗场合涂料利用率可达 95% 以上) ;提高和改善涂膜表面质量 ; 减轻打磨工作量 , 从而提高涂层的耐腐蚀性。电泳后清洗工艺一般由下列工序组成: (1)槽上零次清洗 : 在被涂物出槽口或溢流槽上 , 用去离子水、新鲜超滤 (UF) 液或循环超滤液喷雾淋洗 ( 单排或双排喷管) ,被涂物出槽至清洗的间歇时间小于 1 min; (2) 用循环超滤 (UF) 液冲洗 30 ～ 40 s, 沥液时间最多 60 s; (3) 用循环超滤 (UF) 液浸洗 ( 全浸没、浸入即出 ) ; (4) 用新鲜超滤 (UF) 液在 UF 浸洗槽出口端淋洗 , 沥液时间不小于 60 s; (5) 用循环去离子水浸洗 ( 或喷洗 30 ～ 40 s) , 沥水 10 s;(6) 最终用新鲜去离子水淋洗 ( 单排或双排喷管) ,沥水时间不小于 60 s 。有的涂料公司还推荐在清洗工序 (3) 和 (4) 之间增加一道循环超滤液冲洗。

以上是典型的封闭式汽车车身电泳后清洗工艺 , 采用喷浸结合方式 , 以提高车身内表面和焊缝的清洗质量 , 消除二次流痕。车身电泳后清洗质量与清洗次数、清洗液的压力和流量、喷嘴的状态和清洗液的清洁度等有关 , 在工艺设计时应认真考虑 , 在生产运行中应将喷嘴调整到最佳状态。

1. 4 　电泳涂膜的烘干工艺

阴极电泳涂料属于热固化性涂料 , 必须在规定的较高温度下固化 , 其烘干过程包括 : 溶剂 ( 水分 )挥发、涂膜热融化、高温热固化三个阶段。由于电泳涂膜本身含水 ( 溶剂 ) 少 , 又经吹干、晾干 , 所以其烘干过程与热固性粉末涂料相仿 , 可直接进行高温烘干。另外 , 阴极电泳涂膜在热固化过程中 ( 当涂膜温度达 110 ℃以上时 ) 有热分解产物 , 产生较多的油烟 , 在较高温度下较长时间的烘干 , 能使涂膜变薄 2 ～ 3 μ m, 膜的平整度明显提高。

烘干条件 ( 工件温度和烘干时间 ) 对阴极电泳涂膜的固化十分重要 , 低于规定温度和烘干时间则不能固化 , 严重影响涂膜性能。品种不同的阴极电泳涂料的涂膜烘干条件也不同 , 应根据涂料厂的推荐和试验确定。一般来说 , 在最低的烘干温度和时间下能使所有车身金属件上的涂膜都干透 , 并保持有优良的耐腐蚀性、力学强度和附着力 , 该烘干温度和时间就可认为是合适的烘干条件。

如果电泳涂膜未烘干 , 则会严重影响涂膜的性能 , 如涂膜的力学性能、附着力、耐腐蚀性、抗石击性和耐崩裂性能。如果烘干温度过高 , 烘干时间过长 , 则又会产生过烘干 , 轻时会影响中涂或面漆在电泳底漆层的附着力 , 严重时涂膜变脆 , 甚至脱落。正确评估电泳涂膜的干燥程度 , 对确保车身涂装质量十分重要 , 在生产现场应经常观察涂膜的色泽变化 , 来判断涂膜的干燥程度。如车身涂膜出烘干室时处于热态、不冒烟、不粘 , 即涂膜已基本干透。

2 　电泳涂装的控制要点

为获得稳定、高质量的电泳涂膜 , 必须对电泳涂装工艺进行严格的科学管理 , 其控制要点包括新设备投产管理、新配槽液的管理、生产现场管理和电泳槽液的管理四大部分 , 在此主要介绍正常生产时阴极电泳涂装生产现场和电泳槽液的管理两部分。

2. 1 　阴极电泳涂装生产现场控制要点

为确保生产的正常进行和获得稳定的涂装质量 , 电泳涂装生产现场必须对设备、槽液和生产环境进行严格的科学管理并做好记录 , 其控制要点和检测频率见表 1 。

2. 2 　阴极电泳槽液的控制要点

槽液控制包括槽液特性、电泳特性、杂质离子含量、涂膜特性等的控制 , 必须定期测定 , 做好记录 , 并做出变化曲线 , 发现不正常现象 , 应立即采取措施加以解决。

3 　结 　语

阴极电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法 , 在实际应用中显示出高效、优质、安全、经济等特点。现今在汽车车身涂装领域采用阴极电泳涂装涂底漆的达 90% 以上 , 已成为提高汽车车身使用寿命( 耐腐蚀性 ) 和提高市场竞争力的主要手段之一。