汽车用板的现代电泳涂装工艺

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1、 第 1 页 共 4 页 世界金属导报/2009 年/6 月/23 日/第 012 版 钢材深加工 汽车用板的现代电泳涂装工艺汽车用板的现代电泳涂装工艺 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上获 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 清除工件表面的浮尘，用 80#

2、120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。钢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 12m，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 2575m。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 50m 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。 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

3、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，以防超滤膜干枯。超滤膜的出水率随运行时间而呈下降 趋势，连续工作 3040d 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。 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

4、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: 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； 涂装效率高，涂料损失小，涂料的利用率可达 90%95%: 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； 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； 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

5、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。电第 2 页 共 4 页 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 极间距成正比，钢表面为 4070V，铝和铝合金表面可采用 60100V，镀锌件采用 7085V。 (2)电泳时间 漆膜厚度随着电

6、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 13min，大型工件为 34min。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 1530。 (4)涂料的固体分和颜基比 市售的电泳涂料固体分一般为

7、 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

8、7.58.5 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 值的上升。可采用补加低 pH 值的原液、更换阴极罩蒸馏水、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，可加入乙醇铵来调节。 (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的下降，从而导致漆膜出现 粗糙不均和针孔等弊病。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、镁等杂质正离子。 (7)工件与阴极间距离 距离近，沉积效率高；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

9、 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 代产品，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，

10、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第 3 页 共 4 页 的课题。 (4)双层电泳的开发成功是涂装过程的一次革新。因为通过二次电泳，目前使用的中涂完全

11、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 车身的抗腐蚀能力，降低了成本。此外，降低电泳漆的烘干温度，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

12、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(VOC)含量低和无高层空气污染(HAPS)的阴极电泳涂 料。无铅阴极电泳涂料(有的甚至不含锡)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

13、型与厚膜型配合车用零部件的电泳涂装。 采用超滤(UF)与反渗透(RO)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

14、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致于脱离基材表面。涂层柔韧 性测定就是评价涂层抗开裂并(或)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 种类型:化学

15、结合、机械结合和极性结合。通常是某 2 种或 3 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。 第 4 页 共 4 页 (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。