一次涂裝事故的原因分析

冉浩*，劉立建

（長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）

一次涂裝事故的原因分析

冉浩*，劉立建

（長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）

針對某次汽車熱鍍鋅板電泳后出現(xiàn)漆膜附著力不良的問題進(jìn)行了研究，通過試片模擬現(xiàn)場電泳試驗(yàn)，對電泳工藝和材料進(jìn)行了檢驗(yàn)，采用掃描電鏡和能譜儀對正常板和異常板去掉電泳漆膜后的磷化膜及其熱鍍鋅板基材進(jìn)行觀察和分析，并對正常板和異常板進(jìn)行沖壓和焊裝試驗(yàn)前后的外觀進(jìn)行對比。確定了造成電泳漆膜附著力不良的原因是使用了鈍化后的熱鍍鋅板，并從質(zhì)量管理層面上提出了解決方案。

電泳涂裝；熱鍍鋅板；鈍化；附著力

First-author’s address:Technology Center of Great Wall Motor Company Limited, Hebei Automotive Engineering and Technology Research Center, Baoding 071000, China

隨著全世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對汽車的需求及汽車品質(zhì)要求也越來越高。因此，整車銹蝕成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。為解決整車銹蝕問題，各主機(jī)廠均著手提高電泳質(zhì)量，并應(yīng)用耐腐蝕性更強(qiáng)的板材。目前，汽車采用的板材多為冷軋板、鍍鋅板、鋁板及部分塑料件，而以熱鍍鋅板的應(yīng)用最廣泛，有逐漸代替冷軋鋼板的趨勢。實(shí)踐證明，采用熱鍍鋅防腐是最有效也是成本最低的方法。熱鍍鋅具有鍍層牢固、外觀漂亮、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，長期以來被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域[1]。在長城汽車，鍍鋅板在車體外覆蓋件、地板及機(jī)艙等部位得到了全面的應(yīng)用，鍍鋅板應(yīng)用比例占整車用鋼板的 75%以上。隨著熱鍍鋅板的推廣和應(yīng)用，其在涂裝生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題也隨之而來，而電泳漆膜附著力不良就是其中之一。本文針對此問題進(jìn)行分析研究，為各汽車主機(jī)廠合理應(yīng)用鍍鋅板、解決鍍鋅板在涂裝生產(chǎn)過程中的問題提供借鑒。

1 事故描述

在某次涂裝車間現(xiàn)場批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，個(gè)別車輛在左后側(cè)圍流水槽位置的電泳漆膜粗糙。將出現(xiàn)問題的車輛左后側(cè)圍流水槽電泳異常位置分別切割成大小不一的樣片，發(fā)現(xiàn)切割試樣邊緣漆膜有嚴(yán)重的片狀剝落，對發(fā)生問題的部分進(jìn)行了附著力(根據(jù)GB/T 9286-1998標(biāo)準(zhǔn))和漆膜沖擊強(qiáng)度(根據(jù)GB/T 20624.2-2006標(biāo)準(zhǔn))的試驗(yàn)檢測，發(fā)現(xiàn)電泳漆膜呈片狀剝落和撕裂現(xiàn)象，漆膜附著力為 9級，沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)正反面均有裂紋，切割試片和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)后的照片分別見圖1a、1b。

整車局部鍍鋅板電泳表面粗糙，附著力不良，不僅嚴(yán)重影響整車的腐蝕性能，而且影響到車身漆膜的外觀質(zhì)量。為防止問題車輛流入市場，盡快確定漆膜不良的真因并解決漆膜不良的問題，筆者對此進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。

圖1 漆膜附著力不良試片進(jìn)行沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)前后的照片F(xiàn)igure 1 Photos of the test sheet with poor coating adhesion before and after impact strength test編者注：圖1原為彩色，請見C1頁。

2 漆膜附著力不良原因分析

2. 1 解決問題的思路

針對電泳漆膜附著力不良的問題，根據(jù)漆膜的生產(chǎn)工藝按照自下而上的順序?qū)栴}進(jìn)行排查和分析。首先，對電泳涂裝材料及工藝進(jìn)行問題排查，確定是否為電泳材料質(zhì)量或生產(chǎn)工藝導(dǎo)致了局部電泳脫落；其次，對前處理磷化膜的成分進(jìn)行分析，確定電泳附著力正常部位和異常部位磷化是否成膜及成分的異同；再次，對基材質(zhì)量進(jìn)行分析，確定是否由于熱鍍鋅板表面質(zhì)量異常導(dǎo)致了電泳漆膜脫落。

2. 2 問題排查

2. 2. 1 電泳涂裝工藝及材料

取30塊70 mm × 150 mm的熱鍍鋅板試片(為常規(guī)漆膜測試專用板材)，其中3塊在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行前處理后，以現(xiàn)場電泳槽液進(jìn)行電泳試驗(yàn)，27塊分別粘貼在汽車白車身表面，在現(xiàn)場進(jìn)行前處理和電泳(在出現(xiàn)問題的左后側(cè)圍流水槽位置均勻粘貼了6塊，其余在四門兩蓋、左右翼子板和側(cè)圍進(jìn)行了粘貼)。所有試片在電泳后都進(jìn)行漆膜附著力檢測，結(jié)果均為0級，全部合格。

對問題車輛的其他位置(四門兩蓋等位置)進(jìn)行漆膜附著力性能檢測，漆膜附著力均為 0級。由試片電泳試驗(yàn)和對問題車輛其他位置的檢測可知，無論在實(shí)驗(yàn)室還是在現(xiàn)場生產(chǎn)車間，電泳漆膜正常。由此可知，不是電泳材料和工藝導(dǎo)致了漆膜附著力不良。

2. 2. 2 磷化膜組分分析

借助掃描電鏡和能譜分析技術(shù)，對去掉電泳漆膜后的磷化層進(jìn)行觀察、分析，以確定電泳漆膜片狀脫落區(qū)域微觀形貌及成分。正常和異常漆膜的試片其磷化膜的表面形貌照片(放大200倍)及能譜圖見圖2。

圖2 正常和異常試片磷化膜的表面SEM照片(左)及能譜圖(右)Figure 2 Surface SEM images (left) and EDS spectra(right) of phosphating film on normal and abnormal test sheets

由圖2可知，在電泳漆膜片狀脫落區(qū)的磷化膜松散，排列雜亂，缺少磷化成膜的必要成分Mn、P等，沒有形成有效的磷化膜[2]。因此，確定電泳附著力不良是前處理異常造成磷化膜缺陷所致。為了查找前處理異常的成因，對熱鍍鋅板基材進(jìn)行了成分分析。

2. 2. 3 熱鍍鋅板表面成分分析

取現(xiàn)場電泳正常和異常的熱鍍鋅板分別進(jìn)行表面形貌觀察和能譜分析，結(jié)果見圖 3a、3b，元素測試結(jié)果見表1。由圖3、表1對正常和異常熱鍍鋅板表面分析可知，非正常熱鍍鋅板表面Si含量較正常板高出27倍左右，鋅含量較正常板降低26%左右，說明問題熱鍍鋅板表面質(zhì)量異常。

圖3 正常和異常熱鍍鋅板的表面SEM照片(左)及能譜圖(右)Figure 3 Surface SEM images (left) and EDS spectra (right) of normal and abnormal hot-dip galvanized sheets

表1 正常和異常熱鍍鋅板的元素分析結(jié)果Table 1 Elemental analysis results of normal and abnormal hot-dip galvanized sheets

2. 2. 4 外觀、沖壓和焊裝試驗(yàn)分析

對正常鍍鋅板和異常鍍鋅板進(jìn)行外觀、沖壓和焊裝試驗(yàn)對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)問題熱鍍鋅板目視外觀偏亮、發(fā)黃，正常件則光澤度較低，目視發(fā)烏；(2)在沖壓試驗(yàn)中，問題熱鍍鋅板沖壓后基本沒有沖壓痕跡，正常熱鍍鋅板沖壓后板材延展明顯；(3)在焊裝試驗(yàn)中，問題熱鍍鋅板焊點(diǎn)周圍有“爆米花狀”的裂痕，而正常熱鍍鋅板為光滑的圓環(huán)。正常鍍鋅板和異常鍍鋅板外觀及焊裝試驗(yàn)照片分別見圖4a、4b。

圖4 正常件與異常件焊點(diǎn)對比Figure 4 Comparison between welding spots of normal and abnormal parts編者注：圖4原為彩色，請見C1頁。

通過上述對電泳、磷化膜、熱鍍鋅板的表面成分分析及沖壓、焊裝工藝的對比可知，存在電泳漆膜脫落問題的熱鍍鋅板的表面質(zhì)量與正常板有明顯的不同。

2. 3 漆膜附著力異常原因分析

將調(diào)查和分析的結(jié)果反饋至熱鍍鋅板供應(yīng)商，在熱鍍鋅板供應(yīng)商現(xiàn)場進(jìn)行深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鍍鋅板表面質(zhì)量異常是由于鋼板供應(yīng)商對不同批次板材的質(zhì)量控制不嚴(yán)，在未經(jīng)鈍化處理的板材中混入了經(jīng)“鈍化”處理后的熱鍍鋅板。

熱浸鍍鋅鋼板廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、機(jī)械、電子、電器等行業(yè)，而用于家用電器、電子行業(yè)的熱鍍鋅板在生產(chǎn)完畢后，表面易發(fā)生腐蝕，容易形成暗灰色，在存貯過程中容易發(fā)生白銹或黑變，需要進(jìn)行純化處理來提高其耐腐蝕性能，延長熱鍍鋅鋼板的使用壽命[3]。傳統(tǒng)的鈍化處理一般是使用含有一定濃度六價(jià)鉻的處理液，在鍍鋅鋼板表面形成一層鉻酸鹽保護(hù)膜。而用于汽車的熱鍍鋅一般只需經(jīng)過涂油處理。兩種不同的表面處理方式?jīng)Q定了鍍鋅板表面質(zhì)量的不同，經(jīng)過“鈍化”處理后的熱鍍鋅板因板材表面失去化學(xué)活性而導(dǎo)致磷化異常，不能成膜，故電泳后漆膜無附著，從而導(dǎo)致漆膜片狀脫落。

3 解決方案

“鈍化”處理后的熱鍍鋅板因板材表面失去化學(xué)活性而導(dǎo)致磷化不能成膜是此次涂裝事故發(fā)生的真因，也反映了質(zhì)量管理中的漏洞。為了杜絕類似事件的發(fā)生，采用以下措施：

(1) 加強(qiáng)對板材供應(yīng)商發(fā)貨質(zhì)量的控制。通過將問題反饋至供應(yīng)商，供應(yīng)商通過一系列整改，做到“定廠、定線、定庫房”專區(qū)管理，規(guī)避混入鈍化熱鍍鋅板的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 加強(qiáng)主機(jī)廠對不同批次基材的檢驗(yàn)，提高熱鍍鋅板檢驗(yàn)的頻次，并增加熱鍍鋅板外觀、掛片電泳等檢測項(xiàng)目。

(3) 對品檢、技術(shù)、現(xiàn)場員工進(jìn)行識別問題熱鍍鋅板的培訓(xùn)，完善板材質(zhì)量控制流程，在入廠檢、沖壓、焊裝、涂裝等各個(gè)工序中層層把關(guān)，杜絕異常熱鍍鋅板流入。

通過以上整改措施，完全規(guī)避了異常熱鍍鋅板流入的風(fēng)險(xiǎn)，降低了因涂裝事故導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 董志洪. 我國鍍鋅板生產(chǎn)現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J]. 中國金屬通報(bào), 2009 (20): 13-15.

[2] 張圣麟, 張小麟, 馬強(qiáng), 等. Mn2+對鍍鋅板磷化的影響[J]. 腐蝕與防護(hù), 2010, 31 (6): 466-468.

[3] 黃大勇. 熱鍍鋅鋼板無鉻鈍化劑的研究[D]. 沈陽: 東北大學(xué), 2013.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Analysis on cause of a coating accident

RAN Hao*, LIU Li-jian

A research on the problem of poor film adhesion to automobile hot-dip galvanized steel sheet after electrophoretic coating was carried out. The electrophoresis process and materials were examined by hanging steel sheets at different positions of the car body in the production line. The phosphating films on normal and abnormal sheets after removal of electrophoretic coating and their hot-dip galvanized steel sheet substrates were observed and analyzed by scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy. The appearances of the normal and abnormal sheets before and after pressing and welding were compared, respectively. It was found that the cause for poor adhesion of electrophoretic coating is the use of passivated hot-dip galvanized steel sheets. Some solutions were presented from aspects of quality management.

electrophoresis coating; hot-dip galvanized steel sheet; passivation; adhesion

TQ639. 8

A

1004 - 227X (2015) 14 - 0808 - 04

2015-05-04

2015-06-02

冉浩（1983-），男，河北保定人，本科，主要研究方向?yàn)槠囃苛稀?/p>

作者聯(lián)系方式：(E-mail) qiaoqiaoranhao@163.com。