電泳氣泡露底缺陷原因分析及解決措施

張靜宜*，張玉聰，武英杰

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

電泳氣泡露底缺陷原因分析及解決措施

張靜宜*，張玉聰，武英杰

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

分析了電泳漆膜上形成氣泡露底缺陷的原因。通過(guò)調(diào)整電泳槽中部分循環(huán)噴嘴方向，對(duì)作為陰極的車身下表面形成沖刷，可有效避免電解水產(chǎn)生的氫氣聚集，改善氣泡露底缺陷，提升漆膜質(zhì)量。

陰極電泳；氣泡；露底；槽液循環(huán)；噴嘴

First-author's address： Technology Center of Great Wall Motor Co.， Ltd.， Hebei Automotive Engineering Technology Research Center， Baoding 071000， China

陰極電泳憑借良好的施工穩(wěn)定性、優(yōu)良的漆膜防腐性，已在國(guó)內(nèi)外各汽車涂裝車間得到廣泛應(yīng)用。電泳過(guò)程中車身表面不能附著空氣，否則會(huì)形成電泳露底缺陷，故對(duì)車身入槽角度等有一定要求，但是即使入槽過(guò)程中車身表面空氣完全排出，電解水產(chǎn)生的氫氣也易在作為陰極的車身表面聚集，形成大小深淺不一，甚至完全露底的電泳缺陷，即電泳氣泡露底，嚴(yán)重影響漆膜外觀。

隨著高泳透力電泳漆的推廣，車身內(nèi)腔電泳漆膜厚顯著提高，有利于增強(qiáng)車身防腐性能，但其所需施工電壓也更高，瞬間電流加大，氫氣產(chǎn)生量也相應(yīng)增加，氣泡露底問(wèn)題便更嚴(yán)重，故需采取有效措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

1　電泳氣泡露底的產(chǎn)生

電泳漆膜的形成包含了電泳、電解、電沉積、電滲4個(gè)過(guò)程。

電泳（Electrophoresis）：陰極電泳過(guò)程即帶電樹(shù)脂和顏料粒子在電場(chǎng)作用下向陰極的移動(dòng)。

電解（Electrolysis）：導(dǎo)電液體在電流作用下分解。陰極電泳過(guò)程中，在陰極表面產(chǎn)生氫氣，陽(yáng)極表面產(chǎn)生氧氣，氣體產(chǎn)生量與電流成正比，故在電泳過(guò)程中應(yīng)避免電流突然增大，并控制槽液電導(dǎo)率在特定范圍內(nèi)，電解過(guò)程如圖1所示。

電沉積（Electrodeposition）：涂料粒子在電極上沉積。電解反應(yīng)使陰極（車身）表面形成高堿性界面，當(dāng)pH達(dá)到約12時(shí)，陽(yáng)離子樹(shù)脂和顏料與氫氧根離子反應(yīng)沉積。

電滲（Electro-endosmosis）：在用半透膜間隔的不同濃度溶液的兩端（陰極和陽(yáng)極）通電后，低濃度的溶液會(huì)向高濃度側(cè)移動(dòng)。陰極電泳過(guò)程中，在陰極表面形成 1層半透膜狀的涂膜，在電場(chǎng)作用下涂膜中的水滲出，這一過(guò)程即電滲，漆膜由親水變成憎水并致密化［1］。

圖1　電解反應(yīng)示意圖Figure 1　Schematic diagram of electrolysis

整個(gè)電泳過(guò)程中，車身表面始終會(huì)有氫氣產(chǎn)生。由于氫氣密度遠(yuǎn)低于電泳槽液密度，車身上表面和立面的氫氣在浮力作用下很容易擴(kuò)散開(kāi)；而車身下表面的氫氣卻易因浮力作用被困在車身下表面無(wú)法排出。這些氫氣泡隔離開(kāi)車身與電泳槽液，使得電沉積無(wú)法進(jìn)行，最終形成電泳氣泡露底缺陷，如圖2所示。

圖2　氣泡露底缺陷照片F(xiàn)igure 2　Photo of the bubble-caused holiday defect

2　露底發(fā)生位置

較為常見(jiàn)的2種連續(xù)生產(chǎn)方式為擺桿輸送鏈?zhǔn)胶蚏o-Dip翻轉(zhuǎn)式，其最主要的差異是：用擺桿輸送鏈?zhǔn)剑嚿碓陔娪具^(guò)程中車頂朝上，車底朝下；而用Ro-Dip翻轉(zhuǎn)式則車頂朝下，車底朝上。二者示意圖見(jiàn)圖3。

圖3　2種常見(jiàn)連續(xù)生產(chǎn)方式的示意圖Figure 3　Schematic diagrams of two common continuous production modes

由于2種生產(chǎn)方式的車頂朝向相反，故兩者的電泳氣泡露底缺陷位置也相反，具體為：對(duì)于擺桿輸送鏈?zhǔn)?，車底、機(jī)蓋和車頂下表面等位置易產(chǎn)生電泳氣泡露底問(wèn)題；而對(duì)于Ro-Dip翻轉(zhuǎn)式，機(jī)蓋與大頂上表面、車內(nèi)地板等位置易產(chǎn)生電泳氣泡露底問(wèn)題。車頂下表面、車地板等位置有內(nèi)襯、阻尼膠板、地毯等材料覆蓋，而車底一般會(huì)噴涂PVC防石擊涂層，故通常不對(duì)這些位置的電泳氣泡露底缺陷進(jìn)行處理；而發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后備箱蓋和車頂?shù)韧饴睹?，?duì)電泳漆膜平整性要求較嚴(yán)，如有氣泡露底缺陷，則需打磨和噴涂防銹底漆處理。

3　解決辦法

電泳涂裝時(shí)的電流、涂膜增厚和涂膜電阻間的關(guān)系如圖4［1］所示。

圖4　電泳涂裝時(shí)的電流、膜厚和涂膜電阻的關(guān)系Figure 4　Correlation of current applied with thickness and electrical resistance of coating

由圖 4可見(jiàn)，電泳前半段時(shí)間內(nèi)電流較大，因此產(chǎn)生氫氣較多，而此時(shí)又是膜厚增速最快的階段，如能避免此階段內(nèi)氫氣在電泳濕膜中聚集，就可有效改善氣泡露底缺陷。因此將電泳槽底部部分噴嘴的方向調(diào)整為垂直向上，形成對(duì)車身下表面的沖刷，即可有效改善露底缺陷?？紤]到循環(huán)噴嘴的主要作用是提供水平方向的推動(dòng)力以保證槽液水平循環(huán)流動(dòng)，使槽液各種成分均勻分散，防止顏料漿沉淀，而垂直向上的沖刷會(huì)阻礙水平流動(dòng)，故應(yīng)將調(diào)整的噴嘴數(shù)量降至最低。具體方案如下：

（1） 通過(guò)90°彎頭將部分循環(huán)噴嘴方向由水平調(diào)整為垂直向上，并加裝文丘里噴嘴以加強(qiáng)對(duì)車身下表面的沖刷效果。為減少對(duì)槽液流動(dòng)的阻力，應(yīng)選用弧形的90°彎頭，材質(zhì)可選用PVC或金屬，但如選用金屬，須先對(duì)其進(jìn)行前處理和電泳處理，使彎頭具備防腐與絕緣性，保證其不會(huì)污染電泳漆或破壞電泳槽襯的絕緣效果。文丘里噴嘴和90°彎頭如圖5所示。

圖5　文丘里噴嘴與90°彎頭示意圖Figure 5　Schematic diagram of Venturi nozzle and 90° elbow

（2） 調(diào)整每根管路上靠近車身正下方，即電泳槽底部管路中間位置的噴嘴。例如，1根管路上有9個(gè)噴嘴，可調(diào)整中間 3個(gè)方向?yàn)榇怪毕蛏?，其余噴嘴維持水平方向不變，這樣即可基本覆蓋車身下表面區(qū)域并形成有效沖刷，如圖6所示。

圖6　底部噴嘴示意圖Figure 6　Schematic diagram of bottom nozzles

如所需調(diào)整的噴嘴與底部防撞梁發(fā)生干涉，可通過(guò)連接2個(gè)90°彎頭繞開(kāi)防撞梁。安裝時(shí)需注意噴嘴向上沖刷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的后坐力，故必須將連接處擰緊并固定好，防止在后期使用中因連接處松動(dòng)造成噴嘴方向改變而影響沖刷效果，如圖7所示。

（3） 調(diào)整電泳槽前半段底部噴嘴。如前所述，電泳前半段時(shí)間是車身外表面主要成膜階段，也是車身外表面大量產(chǎn)生氫氣的時(shí)段，故只需調(diào)整電泳槽底部前半段的噴嘴。例如，循環(huán)管路共20根，每根管路上9個(gè)噴嘴，則可調(diào)整第3根到第10根管路中間3個(gè)噴嘴的方向。

圖7　底部噴嘴調(diào)整照片F(xiàn)igure 7　Photo of the adjusted bottom nozzles

翻轉(zhuǎn)式Ro-Dip、擺桿輸送鏈?zhǔn)骄m用以上調(diào)整方案，調(diào)整后對(duì)車身下表面沖刷效果良好，消除了下表面氣泡露底問(wèn)題，并對(duì)電泳循環(huán)影響小。改造完成1年后倒槽，未發(fā)現(xiàn)槽底出現(xiàn)電泳漆沉積問(wèn)題。

4　結(jié)語(yǔ)

陰極電泳過(guò)程中水電解產(chǎn)生的氫氣易聚集在車身下表面，無(wú)論是翻轉(zhuǎn)式Ro-Dip，還是擺桿輸送鏈?zhǔn)?，均易形成大小深淺不一的氣泡露底，影響漆膜外觀。通過(guò)調(diào)整電泳槽底部局部噴嘴方向，在未對(duì)電泳循環(huán)效果產(chǎn)生不良后果的同時(shí)，加強(qiáng)了對(duì)車身下表面沖刷，有效解決了電泳氣泡露底問(wèn)題，減少了打磨作業(yè)量，提升了電泳漆膜質(zhì)量。

［1］ 王錫春. 汽車涂裝工藝技術(shù)［M］. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2003.

［ 編輯：杜娟娟 ］

Analysis and solution for bubble-caused holiday defect of electrophoretic coating

// ZHANG Jing-yi*， ZHANGYu-cong， WU Ying-jie

The causes for holiday defect on electrophoretic coating were analyzed. The bottom surface of car body as cathode was scoured by adjusting the direction of some nozzles used for bath circulation at the tank bottom， which can effectively avoid hydrogen gathering produced by electrolysis of water. Thus the bubble-caused holiday defect is ameliorated and the coating quality is improved.

cathodic electrophoresis； bubble； holiday； bath circulation； nozzle

U465； TQ633.52

B

1004 - 227X （2015） 06 - 0335 - 04

2014-10-11

2014-12-03

張靜宜（1982-），男，河北遵化人，本科，涂裝工藝師，對(duì)電泳漆現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)有較豐富經(jīng)驗(yàn)。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） crp0722@126.com。