汽车电泳涂装工艺解析

　　电泳漆是最早开发的水性涂料，它的主要特点是涂装效率高、经济安全、污染少，可完全实现自动化管理。经过20多年的发展，目前第5代阴极电泳漆已在世界各地汽车厂的生产线生获得广泛应用。
　　电泳涂装的工艺特点
　　一般金属表面的电泳涂装，其工艺流程为：预清理—上线—除油—水洗—除锈—水洗—中和—水洗—磷化—水洗—钝化—电泳涂装—槽上清洗—超滤水洗—烘干—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，用棉纱清楚工件表面的浮尘，用80#~120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。刚表面采用除油和除锈处理，对表面要求过高时，进行磷化和钝化表面处理。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25~75um。电泳涂料通过立式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50um的过滤袋最佳，它不但能满足漆膜质量要求，而且解决了过滤袋的堵塞问题。将槽液的循环次数控制6~8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。
　　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。
　　超滤系统控制工件带入的杂质离子的浓度，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个月内。
　　对漆膜质量的管理，应经常检查涂膜的均一性和膜厚，外观不应有针孔、流挂、橘皮、皱纹等现象，定期检查涂膜的附着力、耐腐蚀性能等物理化学指标。检验周期按生产厂家的检验标准，一般每个批次都需检测。
　　电泳涂装与其他涂装方法相比较，具有下述特点：
　　1采用水溶性涂料，以水为溶解介质，节省了大量有机溶剂，大大降低了大气污染和环境危害，安全卫生，同时避免了火灾的隐患;
　　2涂装效率高，涂料损失小，涂料的利用率可达90%~95%。
　　3涂膜厚度均匀，附着力强，涂装质量好，工件各个部位如内层、凹陷、焊缝等处都能获得均匀、平滑的漆膜，解决了其他涂装方法对复杂形状工件的涂装难题;
　　4生产效率高，施工可实现自动化连续生产，大大提高劳动效率;
　　5设备复杂，投资费用高，耗电量大，其烘干固化要求的温度较高，涂料、涂装的管理复杂，施工条件严格，并需进行废水处理;只能采用水溶性涂料，在涂装过程中不能改变颜色，涂料储存过久稳定性不易控制。
　　影响电泳涂装的主要工艺参数
　　(1)电压
　　电泳涂装采用的是定电压法，设备相对简单，易于控制。电压对漆膜的影响很大：电压越高，电泳漆膜越厚，对于难以涂装的部位可相应提高涂装能力，缩短施工时间;但电压过高，会引起漆膜表面粗糙，烘干后易产生橘皮现象;电压过低，电解反应慢，漆膜薄而均匀，泳透力差。电压的选择由涂料种类和施工要求等确定，一般情况下，电压与涂料的固体分及漆温成反比，与两级间距成正比，钢表面为40~70V，铝和铝合金表面可采用60~100V，镀锌件采用70~85V。
　　(2)电泳时间
　　漆膜厚度随着电泳时间的延长而增加，但当漆膜达到一定厚度时，继续延长时间，也不能增加厚度，反而会加剧副反应;反之，电泳时间过短，涂层过薄。电泳时间应根据所用的电压，在保证涂层质量的条件下，越短越好。一般工件电泳时间为1~3min，大型工件为3~4min，如果被涂物件表面几何形状复杂，可适当提高电压和延长时间。
　　(3)涂料温度
　　涂料温度越高，成膜速率快，但漆膜外观粗糙，还会引起涂料变质;温度低、电沉积量少，成膜慢，涂膜薄而致密，施工过程中，由于电沉积时部分电能转化成热能，循环系统内机械摩擦产生热量，将导致涂料温度上升，一般漆液温度控制在15~30度。
　　(4)涂料的固体分和颜基比
　　市售的电泳涂料固体分一般为50%左右，施工时，需用蒸馏水将涂料固体分控制在10%~15%，固体含量太低，漆膜的遮盖力不好，颜料易沉淀，
　　涂料稳定性差;固体分过高，黏度提高，会造成漆膜粗糙疏松，附着力差。一般颜基比为1：2左右，高光泽电泳涂料的颜基比可控制在1：4.由于实际操作中，涂料的颜料量会逐渐下降，必须随时添加颜料分高的涂料来调节。
　　(5)涂料的PH值
　　电泳涂料的PH值直接影响槽液的稳定性。Ph值过高，新沉积的涂膜会再溶解，漆膜变薄，电泳后冲洗会脱膜;PH值过低，工件表面光泽不一致，漆液的稳定性不好，已溶解的树脂会析出，漆膜表面粗糙，附着力降低。一般要求施工过程中，PH值控制在7.5~8.5之间。在施工工程中，由于连续进行电泳，阳离子的铵化合物在涂料中积蓄、导致PH值上升。可采用补加低PH值的原液、更换阳极罩蒸馏水、用离子交换树脂除去铵离子、采用阳极罩等方法降低PH值等方法来解决，若PH值过低时，可加入乙醇胺来调节。
　　(6)涂料电阻
　　被涂物件从前一道工序带入电泳槽的杂质离子等引起涂料电阻值下降，从而导致漆膜出现粗糙不匀和针孔等弊病。在涂装施工中，需对涂料进行净化处理，为了得到高质量涂膜。可采用阴极罩设备，以除去铵及钙、镁等杂质离子。
　　(7)工件与阴极间距离
　　距离近、沉积率高;但距离过近，会使漆膜太厚而产生流挂、橘皮等弊病。一般距离不低于20cm。对大型而形状复杂的工件，当出现外部已沉积很厚涂膜，而内部涂膜仍较薄时，应在距离阴极较远的部位，增加辅助阴极。
　　电泳涂装的发展状况
　　(1)新一代阴极电泳漆的主要特点。PPG公司开发的第6代产品阴极电泳漆已经投放市场，已开始商业化。新一代阴极电泳漆的主要特点是：泳透率高、颜基比低、边角覆盖效果好、无铅无锡、双层电泳也已研制成功。各大公司的第5代阴极电泳漆的泳透率均有较大幅度的提高，经测定，当表面膜厚相同时，可以提高30%~40%，PPG公司开发的第6带产品，泳透率可以提高50%左右。
　　(2)边角耐蚀性好的电泳漆发展迅速。由于电化学作用和固化收缩，造成锐尖边角或毛口处的涂层特别薄，甚至几乎没有，从而形成这些部位的早期腐蚀。新一代的电泳漆，通过添加有机高聚物和无机添加剂提高了锐边的耐蚀性。用刀片在同样条件下涂装后，进行盐雾实验，当常用电泳漆已产生1130个锈点时，高边角效应的电泳漆尚无锈点产生，是典型的高边角效应电泳漆，边缘覆盖效果也十分好。
　　(3)无铅、无锡阴极电泳是电泳漆发展过程中一项重大改进。铅是一种毒性很强的元素，但在电泳漆的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面有重要作用，要去除铅和性能相似的锡是一个很难的课题。
　　(4)双层电泳的开发成功是涂装过程中的一次革新，因为通过二次电泳，目前使用中的中涂完全被省略了，从而简化了工艺，减少了人员，提高了涂料利用率，最高可达98%，并且进一步提高了车声的抗腐蚀能力，降低了成本。此外就爱你各地电泳漆的烘干温度，可以节省能源和降低加热减量。加热减量从15%左右降到了4%以下。溶剂的含量从2%~3%降到了0.4%~0.8%，大大降低了VOC的排放，用无机酸代替有机酸可以有效地防止细菌的生长。
　　阴极电泳涂装工艺经近些年的不断完善，现已成为汽车涂装中最成熟的涂底漆(或底面合一涂层)先进技术之一，阴极电泳涂料也正处于成熟的一代，为适应日益严格的环保法规，防止公害和降成本的要求，阴极电泳涂料及其涂装工艺上将有以下的革新：
　　*通过原材料的成本分析、采购计划、制造工艺的合理化及产品的新配方等各种途径，使电泳涂料在保证标准质量的基础上更廉价化。
　　*开发采用无重金属、挥发性有机物含量低和无高层空气污染的阴极电泳涂料。无铅阴极电泳涂料在欧洲已有几条车身涂装线采用。为减轻大气污染、努力降低VOC含量，目标是降到零，并消除HAPS。
　　*为节能和降成本，开发采用低温快速固化型阴极电泳涂料和低发烟、低油腻、低臭、低加热减量的阴极电泳涂料，可降低烘干室的维护成本，减少臭气、改善操作环境和地区环境。
　　*根据汽车零部件对涂层性能的不同需要，不断改善阴极电泳漆膜的性能，如为提高零部件的边角的耐腐蚀性，开发边角覆盖型与厚膜型配合车用零部件的电泳涂装。
　　*采用超滤与反渗透配套装置，实现电泳后清洗完全循环封闭，进一步提高电泳涂料的利用率，减少纯水量。
　　车身电泳漆膜现场常规质量检测项目
　　车身电泳漆膜现场常用的质量检测，主要是检查涂层光泽、涂层抗冲击强度、涂层柔韧性、涂层附着力、涂层硬度和涂层厚度等物理机械性能。(1)涂层光泽
　　在涂装施工现场，涂层光泽是一个经常要检测的项目，可以用便携式光泽仪进行检测。为了提高测量的灵敏度，对于不同的光泽度范围，应该选用不同角度的光泽仪进行测量。
　　(2)涂层抗冲击强度
　　冲击强度是测试涂层在高速负荷作用下的变形程度。涂层抗冲击的能力与其伸张率、附着力和硬度有关，样板受冲击部分距边缘距离应不少于15mm，测定涂层冲击强度时，每个样板上各冲击点的边缘距离亦不得少于15mm。
　　(3)涂层柔韧性
　　汽车在涂装后，要经常受到使其变形的外力的影响，例如在转运、装配、调试及运输过程中，甚至于外界温度的剧烈变化而引起的热胀冷缩都将引起涂层开裂以至于脱离基材表明啊。涂层柔韧性测定就是评价涂层抗开裂并从被涂物体上剥离的能力的方法之一。
　　(4)涂层附着力
　　良好的附着力对被涂产品的防护效果是至关重要的，其好坏取决于2个关键因素;一是涂层与被涂物表面的结合力;二是涂装施工质量，尤其是表面处理的质量。涂层与被涂物表面之间的结合力可分为3中类型：化学结合、机械结合和极性结合。通常是某2种或三种结合方式同时发挥作用使涂层粘附在被涂物体表面。表面处理的目的就是尽可能地消除涂层与被涂物体表面结合的障碍，提供较为粗糙的表面，加强涂层与被涂物表面的机械结合力。常用的测试涂层附着力的方法有划圈法、划格法、胶带法、拉开法等。
　　(5)涂层硬度
　　硬度是表示涂层机械强度的重要性能之一，其物理意义可理解为涂层被另一种更硬的物体穿入时所表现的阻力。
　　(6)涂层厚度
　　在汽车涂装施工过程中，亦要求控制涂层的适当厚度，否则将影响涂层的外观质量，例如一次涂得过厚易造成流挂、起皱等弊病;而涂得太薄则不易流平，且在一定的涂层厚度范围内需要涂覆的道数增加，而涂装费用也随之提高。测试涂层厚度可以随时检查涂装施工质量是否符合要求，一旦发现问题可以随时补救，从而可以避免由于涂层厚度不够而达不到防护要求的现象发生。
　　35CrMo钢管件化学镀镍工艺及质量控制
　　化学镀镍-磷合金镀层具有较高的硬度，优良的均匀性、耐磨性和耐蚀性等综合物理化学性能，广泛应用与航空、航天、汽车、电子、机械、石油、化工等领域。开采石油油田的机械管件材料为40~50um的镍-磷合金镀层。然而，在实际生产很重经常出现镀层结合力差，针孔多，厚度不匀等弊病。为此，研究在35CrMo钢管件内、外表面沉积无表面缺陷，结合力好，硬度较高的镍-磷合金镀层的工艺及质量控制方法，对石油机械的制造具有重要意义。
　　1工艺流程
　　化学除油—清洗—电化学除油—清洗—浸蚀—清洗—预热—活化—清洗—化学镀镍—磷合金—清洗—热去离子水洗—热处理—检验
　　2主要工序说明
　　2.1化学除油
　　磷酸三钠15~20g/L,金属清洗剂50~60g/L，40~50度，15~20min。
　　2.2电化学去油
　　氢氧化钠15~25g/L，磷酸三钠20~30g/L，，碳酸钠20`30g/L，80~90度，电流密度5~10A/dm2,5~10min。
　　2.3浸蚀
　　盐酸30~50ml/L,硫酸80~100ml/L.室温，1.5~3.0min。
　　2.4活化
　　室温下，在质量分数为3%~5%的稀硫酸中浸20~30s。
　　2.5化学镀镍-磷合金
　　硫酸镍450~480g/L，次磷酸钠80~100g/L，乙酸钠80~100g/L，柠檬酸钠30~40g/L，乳酸30~40
　　g/L，稳定剂0.015~0.025g/L，PH值4.4~5.0，84~88度。
　　3结合力及外观检测
　　镀层结合力用热震法测定。将化学镀镍-磷合金的管件放入电阻炉中加热至280~300度，保温30min，然后取出，放入室温的水中骤冷。观察镀层是否有针孔、麻点、结瘤等缺陷。
　　4质量控制
　　4.1镀液的维护
　　镀覆过程中及时补充与镀液温度相同的蒸馏水，以保持液面。每3~4h分析一次镀液，根据分析结果补料。每班在镀覆结束后，连续过滤镀液4H以上，并用硝酸清除槽壁、槽底、空气管表面镍的沉积物。注意防止异物进入镀液内。镀前每道清洗采用流动水，避免带入残液。
　　4.2PH值和温度的控制
　　在酸性溶液中，PH值<3时，镍不会被还原析出。随着PH值的升高，沉积率加快，PH值>6时可能产生沉淀。因此，将PH值控制在4.4~5.0。及时用稀醋酸或碳酸钠溶液调整PH值。
　　温度的提高可以加快沉积速率，但在96度以上高温下进行施镀会大大降低镀液的稳定性，使镀层质量下降，镀层结合力差，易脱落。特别当加热不均匀，且PH值偏高时，最易使镀液产生分解。所以要采用控温、搅拌装置，保证镀液温度均匀，使温度变化范围在±2度之间，并注意避免高温空载。
　　4.3镀液的搅拌和管件的移动
　　用净化的无油空气搅拌可以使温度、镀液成份均匀，防止镀液局部过热分解，有利于提高沉积速率和保证镀层的质量。
　　管件竖直吊挂于镀液中，通过机械装置上下移动，有利于排气，避免针孔，可以使镀层均匀。
　　4.4装载量
　　装载量过高或过低都会直接影响镀层的沉积速率和镀液的稳定性。装载量控制在0.5~1.0dm2/L。
　　镀槽为井式，镀槽及辅助装置根据管件受镀面积及尺寸设计。
　　4.5热处理
　　管件化学镀镍-磷合金镀层后，经热处理能提高硬度。在电炉中加热至280~300度，保温2H，然后随炉冷却。
　　5镀层性能检测
　　(1)外观色泽均匀、半光亮，无针孔等缺陷。厚度在40~50um范围内。
　　(2)结合力经热震实验观察，无气泡、开裂，结合力牢固。
　　(3)硬度测同槽同材质式样，洛氏硬度为60~69，符合设计要求。
　　(4)耐蚀性按国际GB6458-86《金属覆盖层中性盐雾试验》，试验96H，镀层无锈蚀。裂纹和起皮等缺陷。
　　6结语
　　采用本文研究的工艺和质量控制措施，以5~7um/h沉积率一次性在35CrMo钢管制件表面沉积出符合要求的镍-磷合金镀层。为石油开采工业所需机械的制造提供了一种较好的工艺方法。