电泳涂料在汽车涂装工艺中的应用实践

电泳涂料在汽车涂装工艺中的应用实践

曾燕勤

广州立邦涂料有限公司   510000

摘要：汽车的焊接环境恶劣。电泳涂装大大提高了汽车及零件的耐腐蚀性。介绍了电泳涂装处理的方法、技术参数、控制和工艺管理。列出电泳涂装的典型质量问题，分析其原因并提出相应的对策。

        关键词：汽车电泳；涂装工艺

        引言：

        随着汽车越来越被人们认同和使用，已成为现代社会和家庭的主要交通工具，汽车的安全和质量是关系到汽车的主要性质指标。汽车车身的防腐和美观也受到关注和重视。根据汽车等级不同，汽车涂料型号和技术性能要求也不同，汽车油漆过程控制要求也不同，汽车涂装通常要经过电泳涂装、中涂涂装和面漆涂装3个工艺过程，所以其对电泳漆和面漆的要求也各有不同，现就汽车的电泳涂装过程浅谈如下。

        1 电泳涂装

        其工艺条件包括以下三个方面13个条件：(1)电泳槽液的参数项目：固体份、灰份、pH值、电导率、MEQ值和有机溶剂含量；(2)电泳条件方面：槽液温度、涂装电压、电泳时间；(3)电泳特性方面：库仑效率、最大电流值、膜厚和泳透力。

        其中涂装电压和时间、槽液的固体份、温度、pH值和电导率是现场控制和管理的主要项目。

        1.1固体份，它是电泳涂装的主要工艺参数之一。随着生产的进行，槽液的固体份不断下降，为使电泳涂膜的质量稳定，电泳槽液的固体份需严格控制在一定的范围内，大型的汽车电泳生产线，槽液中固体份常规控制在20％±1％范围内，通常，生产进入电泳槽车体一定的数量时，会自动补给定量的电泳涂料，这样，固体份数据会保持在一定范围内，车体品质也相对稳定。

        1.2 pH值、电导率

        工作液的pH值是控制工作液稳定性的最重要因素之一，一般控制在6.2±0.3范围内。阴极电泳涂装所用的工作液为弱酸性溶液，需靠适量的酸度才能保持漆的溶液状态，随酸浓度的降低（pH值升高），工作液中用以助溶的酸量减少，当pH值高于规定值时，工作液稳定性逐渐变差，并且产生不溶性颗粒；随酸浓度的增加（pH值降低），工作液的可溶性有所增加，但是如果pH值过低，可能导致被涂物再溶解和管理系统腐蚀问题。在电泳槽液通电后，带正电的涂料粒子向负极、带负电的酸根离子向正极移动，涂料粒子和酸根离子各自到达正负极后，涂料粒子失去电荷成为不溶物，析出到被涂物上。由于带正电的涂料粒子不断地被工件带走，工作液中会不断产生带负电的有机酸根离子（醋酸根离子、甲酸根离子），从而导致工作液的pH值下降。为保证最佳的涂装效果和工作液的稳定，必须在涂装过程中通过阳极系统将这些带负电的酸根离子持续不断地带出。pH值过高时，可以往工作液中均匀地、慢慢地加入适量醋酸来调低；pH值过低时，可通过放掉部分超滤液或更换阳极液来慢慢调整，同时给工作液补加部份去离子水。

1.3 电泳时间

        在电泳槽中的电泳时间是指被涂工件在工作液液面下形成涂膜（通电）的时间。这一段时间一般限定在3min左右。随涂装时间增长，漆膜厚度增厚。电泳时间增加或减少可以间接地影响漆膜表面平整和外观质量。电泳时间在电泳涂装工艺管理中起重要作用，适当提高涂装电压可缩短电泳时间，在较低涂装电压时可增长电泳时间，以保证漆膜的厚度。

     1.4涂装电压

        涂装电压有一定的范围，超出涂装电压上限一定值后，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。低于涂装电压下限一定值时，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。涂装电压是电泳涂装的重要工艺参数之一，在其他涂装条件不变的情况下，电泳膜厚和泳透力随涂装电压增高而增厚和提高，在生产实践中常借助调整涂装电压来控制涂膜厚度和泳透力。

        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涂装质量。例如在垂直升降的电泳涂装设备上，起始15～30s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；对于大型的汽车生产线，电压分为三到五段；如果是三段电压，第一段为为低压段，第二、三（加强车体泳透性）段为高压段；如果是五段（一般是汽车生产线）电压，会对车体底部、顶部、侧面有不同的电压设定，以求达到车体内板膜厚的标准，同时外板膜厚又不会过高（控制涂料成本），使车体整体膜厚相对均一性。当然，五段电压的设备，前期投入成本较高。

        2 电泳涂装的技术要点

        汽车或一般金属表面的电泳涂装，其工艺流程为：工水洗一预备脱脂一脱脂一第1水洗一第2水洗一表调一化成一第3水洗一第4水洗一钝化（有的生产线不用）一第5水洗一纯水洗一

电泳涂装一UF（超滤）1水洗一UF2水洗一UF3水洗一第4水洗一第5水洗一新鲜纯水一烘干一下线。

        被涂物的底材及前处理对电泳涂膜有极大影响。铸件一般采用喷砂或喷丸进行除锈，用棉纱清除工件表面的浮尘，用80#～120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。钢铁表面采用除油和除锈处理，对表面要求进行磷化甚至钝化处理。黑色金属工件在阳极电泳前必须进行磷化处理，否则漆膜的耐腐蚀性能较差。磷化处理时，一般选用锌盐磷化膜，厚度约1～2um，要求磷化膜结晶细而均匀。在过滤系统中，一般采用一级过滤，过滤器为网袋式结构，孔径为“25～50”μm。电泳涂料通过泵输送到过滤器进行过滤。从综合更换周期和漆膜质量等因素考虑，孔径“50”μm的过滤袋最佳，它不但能满足漆膜的质量要求，而且解决了过滤袋的堵塞问题。电泳涂装循环系统循环量的大小，直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。加大循环量，槽液的沉淀和气泡减少；但槽液老化加快，能源消耗增加，槽液的稳定性变差。将槽液的循环次数控制4次／h较为理想，不但保证漆膜质量，而且确保槽液的稳定运行。

     在电泳涂装生产中， 随着生产时间的延长，阳极隔膜的阻抗会增加，有效的工作电压下降。因此，生产中应根据电压的损失情况，逐步调高电源的工作电压，以补偿阳极隔膜的电压降。阳极是决定电泳涂装的重要设备，阳极隔膜的管理尤为重要：阳极新装时，生产线条件确定后，先检测汽车或工件电位（到达工件的实际电压），建立设备最佳状态下的数据；

定期检测电位，频率0.5-1年/次，用于跟踪阳极的工作状态；相关的生产线条件变更前后，也可进行检测，建立设备档案数据管理；如果漆膜局部发生针孔可检测电位，用于原因分析。一般阳极最高电流衰减到70%，就进行更换。

超滤系统是对涂料进行回收（也避免由于带有漆的废水造成环境污染），同时除去生产过程中带入电泳槽液的杂质离子，保证涂装质量。在此系统的运行中应注意，系统一经运行后应连续运行，严禁间断运行，以防超滤膜干枯。干枯后的树脂和颜料附着在超滤膜上，无法彻底清洗，将严重影响超滤膜的透水率和使用寿命。超滤膜的出水率随运行时间而呈下降趋势，连续工作30～40d应清洗一次，以保证超滤浸洗和冲洗所需的超滤水。电泳涂装法适用于大量流水线的生产工艺。电泳槽液的更新周期应在3个月以内。以一个年产24万台的汽车电泳生产线为例，对槽液的科学管理极为重要，对槽液的各种参数定期进行检测，并根据检测结果对槽液进行调整和更换。一般按如下频率测量槽液的参数：电泳槽液、超滤液及超滤（UF）水洗液、阳极液、循环洗液的pH值、固体含量和电导率，每天一次；灰份、有机溶剂含量，试验室小槽试验每周1-2次。

        对漆膜质量的管理，生产日，要检查车体或工件的膜厚，附着力，外观不应有缩孔、针孔、流挂、橘皮等现象，涂膜主要的性能耐腐蚀性（SST/CCT/SDT），检验标准按厂家标准，频率按厂家要求，常规按季度或年度检测。

        结束语：

        我国已经成为汽车大国，但是，汽车产品的研发和制造技术水平还处在跟随阶段，在涂装新技术的开发及应用方面还有较大差距，加强涂装新技术的研究，把握技术发展动态十分必要。汽车行业、涂装材料行业和相关装备行业应紧密合作，联合开展涂装新技术的跟踪及技术创新研究，提高涂装新技术的开发验证能力，这是提升涂装技术创新体系能力、提升新技术应用水平的有效途径。

        参考文献：

        [1]宋春.国内外阴极电泳涂料的发展.涂料工业,2019,(6):33.

        [2]康绮.新型的环保涂料———低温固化阴极电泳涂料.环境技术,2020,(1):15.

        [3]任阳栋.有机电沉积涂料的新动向.现代化工,2020.

        [4]王宏.磷化膜与阴极电泳涂膜的配套性研究.材料保护,2019,27(12):7～10.

        [5]周华.电泳涂装新工艺.北京:地质出版社,2019.55～67页.

        [6]储风.阴极电泳涂装技术的发展.材料保护,2019,28(6):15～16.