電泳涂膜氣泡縮孔原因分析及解決方案淺析

邱昌勝

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

電泳涂膜氣泡縮孔原因分析及解決方案淺析

邱昌勝

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

陰極電泳涂裝因具有高效、優(yōu)質(zhì)、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在汽車工業(yè)涂裝中獲得廣泛運(yùn)用。文章通過某條涂裝生產(chǎn)線汽車大頂電泳漆膜產(chǎn)生氣泡縮孔質(zhì)量問題的解決，找出造成電泳漆膜氣泡縮孔的主要原因是電泳過程中產(chǎn)生的氫氣氣體沒有及時(shí)排出，解決措施是調(diào)整電泳槽底部循環(huán)噴嘴的方向。指出在涂裝車間前處理電泳槽體設(shè)計(jì)階段，根據(jù)不同的前處理電泳輸送方式，電泳槽底部循環(huán)噴嘴方向設(shè)計(jì)的規(guī)范性，從而避免電泳漆膜氣泡縮孔質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

涂裝；電泳槽；氣泡縮孔；噴嘴

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-125-03

引言

電泳涂裝是工業(yè)涂裝中運(yùn)用最為普遍的一種涂裝方法，汽車車身幾乎100%采用陰極電泳涂裝底漆。在汽車涂裝過程中，陰極電泳涂裝是一個(gè)非常復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，主要包括電解、電泳、電沉積、電滲四個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程。陰極電泳涂裝中被涂物車身作為陰極，車身在電泳涂膜形成的過程中，電解水產(chǎn)生的氫氣以氣泡形式在車身表面富集，影響正常的涂膜沉積，從而在電泳涂膜表面生成深淺、大小不一的凹坑，或露出基材的孔洞電泳漆膜缺陷，即電泳涂膜氣泡縮孔。本文以某公司涂裝生產(chǎn)線試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)電泳涂膜氣泡縮孔質(zhì)量問題進(jìn)行原因分析及問題整改，從而實(shí)現(xiàn)電泳生產(chǎn)線合理設(shè)計(jì)及科學(xué)管控的過程。

1、問題描述

某汽車涂裝生產(chǎn)線前處理投槽之后，在小批量試生產(chǎn)拉動(dòng)過程中，發(fā)現(xiàn)車身經(jīng)過前處理電泳以及電泳烘房烘干后，車身大頂部位電泳漆膜表面存在氣泡縮孔漆膜弊病，目視表現(xiàn)為深淺、大小不一的凹坑以及露出基材的孔洞，縮孔狀態(tài)如圖1和圖2所示。電泳縮孔質(zhì)量問題的出現(xiàn)，不僅增加電泳漆膜打磨工作量，而且電泳涂膜縮孔部位由于打磨造成電泳膜厚不足，存在車身早期生銹的風(fēng)險(xiǎn)，降低車身防腐蝕性能。

圖1 深淺、大小不一的凹坑

圖2 露出基材的孔洞

2、問題調(diào)查及原因分析

2.1 問題調(diào)查

該涂裝生產(chǎn)線為新建涂裝線，主要生產(chǎn)轎車和SUV車型，節(jié)拍為42JPH，生產(chǎn)線前處理電泳工段工藝流程如圖3所示。

圖3 前處理電泳工段工藝流程

圖4 Ro-Dip輸送方式現(xiàn)場圖片

圖5 Ro-Dip輸送方式原理圖

前處理電泳為連續(xù)式生產(chǎn)線，采用翻轉(zhuǎn)式Ro-Dip輸送方式，Ro-Dip即全旋反向浸漬輸送技術(shù)，全旋指車身可以360度自由旋轉(zhuǎn)，反向浸漬指車身入槽時(shí)旋轉(zhuǎn)180度后底部向上，尾部向前，反向前進(jìn)。Ro-Dip輸送系統(tǒng)先將車身鎖緊在滑橇上，再將滑橇鎖緊在一根可以360度旋轉(zhuǎn)的承載軸上在生產(chǎn)線中運(yùn)行的一種輸送方式。此輸送方式優(yōu)點(diǎn)為車身可在電泳槽體內(nèi)360度翻轉(zhuǎn)，內(nèi)腔槽液得以充分流動(dòng)，從而消除內(nèi)腔頂蓋氣泡，解決內(nèi)腔電泳膜厚偏薄的問題，生產(chǎn)的車身電泳漆膜均勻性好，防腐能力提高，并且在空間利用及產(chǎn)能提升方面有很大的優(yōu)勢。如4.5-5.0米長的轎車車身前處理、陰極電泳涂裝線選用Ro-Dip輸送方式，在處理過程中能使車身旋轉(zhuǎn)360度，車身上表面朝下，外表水平面的顆粒大幅度減少，處理面積可達(dá)100%，槽液帶出量可減少90%左右，設(shè)備長度可縮短20～30%，浸槽容積與其它輸送方式相比，可縮小20～40%。缺點(diǎn)為由于車身在槽內(nèi)位置導(dǎo)致車身水平面排氣效果差，若鏈速過快，車身在出入槽做翻轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，槽液攪動(dòng)幅度過大，槽內(nèi)電泳漆的氣泡溶解量變大，易產(chǎn)生車身漆膜氣泡縮孔。

2.2 原因分析

在陰極電泳涂裝中，電泳涂料電解生成陽離子型膠體涂料粒子，水電解生成H+和OH-，被涂物車身作為陰極，在陰極車身周圍放出氫氣，在陽極周圍放出氧化性很強(qiáng)的氧氣，陽極呈現(xiàn)很強(qiáng)的酸性，產(chǎn)生陽極溶解。電泳涂裝的機(jī)理見圖6。

圖6 電泳涂裝機(jī)理

以某SUV車型為例，電泳涂料單臺消耗量約7.8kg/臺，電泳漆平均固體份為40%，庫倫效率為30mg/C，電泳過程中產(chǎn)生氫氣的重量約1g，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氫氣的體積約11.2L，假設(shè)氫氣的直徑為1mm，一臺SUV電泳過程產(chǎn)生的氫氣數(shù)量約2.14*107個(gè)。氣泡受到浮力的驅(qū)動(dòng)，氣泡會(huì)向上，在電泳槽內(nèi)附于車身水平面的下部，受到表面張力的作用，使得氣泡不容易移動(dòng)，在車身水平面富集及停留。這些氫氣泡隔離開車身與電泳槽液，使得電沉積無法正常進(jìn)行，最終導(dǎo)致車身表面形成電泳氣泡縮孔缺陷。如果節(jié)拍越高，生產(chǎn)車輛越密的情況下氣泡孔越來越多，同時(shí)UF流量計(jì)中的氣體會(huì)越多。

3、對策的制定及實(shí)施

3.1 提高電泳流平性

理論上，通過在電泳槽液中添加一定量的流平助劑或補(bǔ)給溶劑，可以調(diào)整涂膜的流平效果，電泳濕膜上的凹坑、孔洞，在電泳瀝水以及電泳烘干過程中，會(huì)得到一定程度上的流平，凹坑、孔洞會(huì)變淺，但是實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在電泳槽內(nèi)添加一定量的補(bǔ)給溶劑及流平助劑，泳板后電泳試板濕膜表面氣泡縮孔有一定的下降，但是沒有完全消除。

3.2 減少氫氣的產(chǎn)生

通過調(diào)整整流電源電壓設(shè)定，一段電壓由190V降低至150V，二段電壓由270V升高至280V，降低電泳反應(yīng)過程的峰值電流，降低電泳反應(yīng)過程的電化學(xué)反應(yīng)速度以及車身水平面氣泡產(chǎn)生的速度，但是通過現(xiàn)場調(diào)整，效果不明顯。

3.3 調(diào)整槽體循環(huán)管路噴嘴方向

電泳涂裝過程中，隨著被涂物涂膜析出，涂膜電阻也隨之增大，膜厚增加速度及電流值隨之下降。

電泳涂膜最先在被涂物電位最高的表面生成，隨著外板涂膜電阻的上升，涂料粒子即在沒有生成涂膜的內(nèi)板析出。電流、涂膜厚度和涂膜電阻間的關(guān)系如圖7所示。

圖7 電泳涂裝時(shí)電流、膜厚和濕膜電阻的關(guān)系

由圖7可見，電泳前半段時(shí)間內(nèi)電流較大，膜厚增速最快，產(chǎn)生的氫氣較多，需要有效的避免此階段氫氣在車身水平面的聚集，就可以有效改善電泳車身水平面氣泡縮孔缺陷。

圖8 電泳槽攪拌噴嘴布置

為避免此階段氫氣在車身水平面的聚集，我們采取如下措施：

1）調(diào)整槽體底部循環(huán)攪拌噴嘴的方向，使其對車身水平面有一定的沖擊效果；

2）增加側(cè)部攪拌噴嘴的數(shù)量，在保證槽液表面層流的同時(shí)，增加對車身水平面和側(cè)面的沖擊。如圖8所示：

4、結(jié)論

縮孔是涂裝生產(chǎn)過程中常見的漆膜弊病之一，無論是翻轉(zhuǎn)式RODip輸送方式，還擺桿輸送方式，陰極電泳過程中，水電解產(chǎn)生的氫氣聚集在車身表面，均易在車身表面形成大小不一的氣泡縮孔，不僅影響車身外觀質(zhì)量，而且露底縮孔破壞了涂膜的完整性，尤其是電泳縮孔，打磨很容易打磨露底，降低車身電泳漆膜質(zhì)量，影響車身的防腐性能。因此對電泳漆膜縮孔缺陷應(yīng)立足于預(yù)防、加強(qiáng)涂裝現(xiàn)場管理，把縮孔問題控制在設(shè)計(jì)前期，通過有效的管控措施防止問題的發(fā)生。造成涂裝生產(chǎn)線電泳縮孔的原因是很復(fù)雜的，而且很多原因可能是同時(shí)存在的，結(jié)合本文氣泡縮孔分析總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，希望對相關(guān)從業(yè)人員有一定的參考價(jià)值。

[1] 吳吉霞,李艷霞.電泳漆膜縮孔原因分析及解決方案淺析.涂料工業(yè).2014年底9期.

Cause analysis and solution of electrophoretic bubble shrinkage defect

Qiu Changsheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Cathodic electrophoretic coating has been widely used in automotive industry because of its advantages of high efficiency, high quality, safety, environmental protection and economy. This paper solve bubble shrinkage quality problems through a large top automobile coating production line mainly caused by the electrophoretic, find the electrophoretic shrinkage of the bubble is the gas generated during electrophoresis without timely discharge, solution is to adjust the tank bottom circulation nozzle direction. The electrophoresis tank design stage in the painting workshop, according to the different treatment before electrophoresis transmission, standard electrophoresis tank bottom circulation nozzle design direction, to avoid the shrinkage of bubble electrophoresis coating quality problems.

Coating; electrophoresis bath; bubble; crater; nozzle

U472.4

A

1671-7988 (2017)10-125-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.042

邱昌勝，(1984-)，男，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事汽車涂裝工藝及涂裝設(shè)備的研究。