冷軋汽車板電泳涂裝后麻點(diǎn)問題的解決

董蓓*，鄧照軍，宋乙峰

（武漢鋼鐵有限公司研究院，湖北 武漢 430081）

冷軋汽車板電泳涂裝后麻點(diǎn)問題的解決

董蓓*，鄧照軍，宋乙峰

（武漢鋼鐵有限公司研究院，湖北 武漢 430081）

通過調(diào)查某汽車涂裝線現(xiàn)場以及分析缺陷樣板的微觀形貌和元素成分，發(fā)現(xiàn)造成電泳層麻點(diǎn)的原因是冷軋鋼板表面殘留的油污導(dǎo)致磷化結(jié)晶異常，甚至不能生成磷化膜，使得后續(xù)電泳過程中電泳漆在缺陷附近沉積不均勻。通過提高脫脂液和脫脂后清洗水的pH，該問題得到有效解決。

冷軋板；車身；電泳涂裝；麻點(diǎn)缺陷；磷化；脫脂

漆膜光滑而且鮮映性好的車身總是給人耳目一新的感覺，色澤灰暗且有嚴(yán)重橘皮的車身則很難引起人們的注意。影響白車身涂裝質(zhì)量的主要工序有脫脂、表調(diào)、磷化和電泳，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都必然影響后續(xù)的油漆噴涂。而電泳工序是整個(gè)涂裝的中心環(huán)節(jié)，前面所有工序(即前處理)質(zhì)量的好壞亦將在此得到“反饋”。

某品牌汽車在生產(chǎn)一款轎車時(shí)使用了某鋼廠的冷軋板。該鋼板在沖壓成型后，其制件左/右上導(dǎo)軌內(nèi)板在電泳涂裝工序后個(gè)別部位發(fā)生麻點(diǎn)問題，需要人工進(jìn)行返修打磨，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。用戶懷疑該缺陷是由冷軋板自身質(zhì)量問題引起的，因此要求鋼廠分析缺陷產(chǎn)生的原因。通過在用戶生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并取得存在缺陷的零件樣板(如圖1所示)后，筆者所在團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地分析了該電泳缺陷的形貌特征及化學(xué)成分，找出其產(chǎn)生的原因，并提出了解決方案。

圖1 電泳麻點(diǎn)缺陷的照片F(xiàn)igure 1 Photo of hard spot defect in electrophoretic coating

1 缺陷產(chǎn)生原因分析

將樣板切成2塊10 mm × 20 mm的小樣，其中一塊用于脫漆后觀察磷化膜層，另一塊用于脫漆和脫磷化膜后觀察原板。

采用荷蘭FEI公司的Quanta400型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磷化膜的微觀形貌和晶粒尺寸，并用其自帶的能譜儀(EDS)分析元素含量。選用MOTIP 090410脫漆劑脫除電泳漆。按GB/T 9792–2003《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜 單位面積膜質(zhì)量的測定 重量法》配制脫磷化膜液。

1. 1 電泳脫漆后的微觀形貌和成分

圖2顯示了麻點(diǎn)處脫除電泳漆后的宏觀形貌?？梢娖渲行拇嬖诿黠@缺陷，放大后發(fā)現(xiàn)缺陷區(qū)域并非如脫漆前所看到的凸起狀態(tài)，而是類似于液體噴濺的形態(tài)。對缺陷1中心及其周圍正常區(qū)域2進(jìn)行形貌和成分分析，結(jié)果見圖3和表1。

圖2 脫漆后麻點(diǎn)部位的SEM照片F(xiàn)igure 2 SEM images of hard spots after stripping of electrophoretic coating

圖3 脫漆后不同區(qū)域的表面形貌及成分分析Figure 3 Morphologies and composition analyses of different areas after stripping of electrophoretic coating

表1 脫漆后不同區(qū)域的元素組成Table 1 Elemental compositions of different areas after stripping of electrophoretic coating

從表1可知，相比正常區(qū)域，缺陷處Fe元素的比例更高，而Zn和O元素的比例更低。這說明缺陷處有較多的副反應(yīng)產(chǎn)物FePO4生成，不利于Zn2Fe(PO4)3及Zn2Mn(PO4)3的形成，從而導(dǎo)致該區(qū)域的磷化膜更少。從圖3中也可以看出缺陷處的磷化膜偏薄，結(jié)構(gòu)疏松。

圖4深入顯示了正常區(qū)域與缺陷區(qū)域磷化膜的晶粒尺寸，可見兩者差別較大。正常區(qū)域的磷化膜結(jié)構(gòu)致密，晶粒尺寸在1 700 ～ 4 000 nm之間，屬于汽車廠磷化膜晶粒正常大小[1]，而缺陷區(qū)域的磷化膜結(jié)構(gòu)疏松，有斷裂現(xiàn)象，晶粒尺寸在900 ～ 2 000 nm之間，說明此區(qū)域磷化形核不充分，未達(dá)到正常的晶粒尺寸要求[2]。

圖4 不同區(qū)域處磷化膜的晶粒結(jié)構(gòu)對比Figure 4 Comparison between grain structure of phosphating film at different areas

繼續(xù)對缺陷中心的磷化膜不完整處進(jìn)行成分分析(見圖5和表2)，發(fā)現(xiàn)此處只有極少量的P、Mn和Zn元素，說明缺陷中心多處無磷化膜存在。但有大量的C元素，說明有異常物質(zhì)阻礙了磷化膜在此形成。

圖5 缺陷中心處磷化膜的形貌及成分分析Figure 5 Morphology and composition analysis of phosphating film at the central area of defect

表2 缺陷中心處磷化膜的元素組成Table 2 Elemental composition of phosphating film at the central area of defect

1. 2 褪磷化膜后的微觀形貌和成分

進(jìn)一步去除磷化膜后，觀察缺陷中心的形貌并分析其成分，結(jié)果見圖6和表3。脫膜后可以明顯看出缺陷處不是凹坑，因此排除了鋼材自身形貌造成磷化膜異常的原因。在磷化工藝參數(shù)(包括表面調(diào)整、磷化液濃度、溫度)都正常的情況下出現(xiàn)磷化結(jié)晶異常，最可能的原因是鋼板表面附著了一層物質(zhì)(包括銹蝕、夾渣或者油脂)，阻礙了磷化膜的形成[3]。因脫膜后C元素含量依然很高，O元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較脫膜前減小，基本上無其他異常元素，故排除了銹蝕的可能；由于缺陷區(qū)域基本只含有C、O、Fe元素，不存在大量的Al、Si、S等元素，因此排除了夾渣的可能。鑒于脫模后C元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)44.71%，所以確定附著物是有機(jī)類物質(zhì)。

圖6 脫磷化膜后缺陷中心處的形貌及成分分析Figure 6 Morphology and composition analysis of central area of defect after stripping of phosphating film

表3 脫磷化膜后缺陷中心處的元素組成Table 3 Elemental composition of central area of defect after stripping of phosphating film

2 缺陷問題的解決方法

咨詢現(xiàn)場工人后得知，出現(xiàn)問題的基板在使用前已存放半年之久。為防止銹蝕，汽車用板在生產(chǎn)過程中都會(huì)進(jìn)行表面涂油，而油脂如長時(shí)間不清洗會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，一般的清洗難以完全去除[4]，因此懷疑附著的有機(jī)類物質(zhì)為油污。油污可造成機(jī)械屏蔽，從而阻止活化形核，延緩成膜速率，導(dǎo)致磷化膜生長不充分，達(dá)不到正常的晶粒尺寸，甚至不能成膜，使得在后續(xù)電泳過程中，電泳涂料在缺陷附近產(chǎn)生不均勻沉積，嚴(yán)重影響漆膜的表面質(zhì)量，在外觀上表現(xiàn)出局部粗糙或者印記缺陷[5]。將脫脂液和清洗水的pH分別提升至12和8左右，以確保它們對殘留油污的清洗能力。在采取了上述措施后，該汽車廠再使用這批次的鋼板生產(chǎn)，電泳后的表面完全沒有麻點(diǎn)缺陷。

3 結(jié)語

脫脂和磷化是汽車車身陰極電泳前處理中非常重要的兩道工序。磷化膜與陰極電泳漆膜配套性是否良好，是影響整體涂漆性能的關(guān)鍵所在，而磷化前車身的表面清潔度又決定了磷化膜的完整性。建議汽車涂裝前的鋼板勿放置過長時(shí)間，同時(shí)應(yīng)根據(jù)白車身的普板與鋅板的比例調(diào)整槽液，確保汽車車身的表面潔凈度。

[1] 張學(xué)敏. 涂裝工藝學(xué)[M]. 2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007: 20-53.

[2] 陳義慶, 徐小連, 武裕民, 等. 冷軋汽車板表面狀態(tài)對磷化膜質(zhì)量的影響[J]. 鞍鋼技術(shù), 2010 (3): 13-16.

[3] 楊少華, 詹華, 汪建威, 等. 脫脂和表調(diào)對汽車用DC04鋼板鋅錳系磷化效果的影響[J]. 安徽冶金, 2012 (4): 44-47.

[4] LIANG G, SHU W G, CAI Y R, et al. Quick organic phosphating at room temperature [J]. Metal Finishing, 1997, 95 (9): 54, 56-57.

[5] 葉法軍, 李承樵. 表調(diào)對汽車涂裝磷化成膜的影響[J]. 材料保護(hù), 2006, 39 (11): 62-64.

[ 編輯：杜娟娟 ]

Solution for hard spot problem happened after electrophoretic coating on cold rolled steel sheet used for automobile

DONG Bei*, DENG Zhao-jun, SONG Yi-feng

By investigation of some automobile painting line and examination of micromorphology and elemental composition of defect samples, it was found that the cause for hard spots in electrophoretic coating is the residual greasy dirt on the surface of cold rolled steel sheet, leading to the abnormal crystallization in phosphating, and even the failure to form a phosphating film, and eventually to the ununiformity of electrodeposition near the defect in the following electrophoresis process. This problem is solved efficiently by increasing the pHs of degreasing bath and the cleaning water after degreasing.

cold rolled steel sheet; car body; electrophoretic coating; hard spot defect; phosphating; degreasing

Research and Development Centre of Wuhan Iron and Steel Co., Ltd., Wuhan 430081, China

10.19289/j.1004-227x.2017.14.011

TQ639

：B

：1004 – 227X (2017) 14 – 0777 – 04

2016–07–20

2017–02–23

董蓓（1982–），女，湖北武漢人，碩士，工程師，從事表面處理和汽車涂裝研究，發(fā)表論文數(shù)篇，多項(xiàng)國家專利被授權(quán)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) dongbei1022@126.com。