電泳顆粒問(wèn)題的分析及解決

王 林，邢汶平，龍凱峰，吳朝華 （安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽合肥 230601）

0 引言

近些年，隨著涂裝新工藝、新材料的推廣應(yīng)用，B1B2工藝和水性單涂層工藝在新建工程項(xiàng)目上得到了廣泛應(yīng)用，這兩種工藝對(duì)電泳質(zhì)量的要求更為嚴(yán)格。尤其是電泳粗糙度、縮孔、顆粒及外觀對(duì)面漆漆膜的外觀影響極大。電泳漆膜表面的顆粒不僅影響車身電泳的外觀質(zhì)量，還會(huì)導(dǎo)致電泳漆膜附著力下降。電泳漆膜表面出現(xiàn)顆粒，在噴涂面漆前需要進(jìn)行打磨處理，打磨過(guò)程中易造成電泳漆膜磨穿，嚴(yán)重影響電泳漆的防腐效果，且造成人力物力浪費(fèi)，不能完全處理的顆粒后續(xù)還會(huì)影響面漆的外觀質(zhì)量。

本公司一條新建涂裝線在批量生產(chǎn)過(guò)程中車身水平面曾出現(xiàn)大面積的電泳顆粒問(wèn)題，只能采取人工打磨補(bǔ)漆處理，后經(jīng)系統(tǒng)研究分析并采取相關(guān)控制措施后，該問(wèn)題得到有效解決，目前該生產(chǎn)線質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)，一次下線合格率達(dá)到98%左右。下面圍繞本次電泳顆粒問(wèn)題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并對(duì)解決措施進(jìn)行歸納和總結(jié)。

1 電泳漆膜顆粒的原因分析

1.1 電泳顆粒的基本概念

在烘干后的電泳漆膜表面上出現(xiàn)手感粗糙、較硬的顆粒，或肉眼可見的細(xì)小凸起或附著在物體表面的顆粒狀物質(zhì)，這種漆膜病態(tài)稱為顆粒。

1.2 白車身潔凈度對(duì)電泳顆粒的影響

板材是涂裝的基礎(chǔ)，其表面粗糙度直接影響到電泳漆膜的粗糙度。板材經(jīng)過(guò)沖壓后表面會(huì)形成一層防銹油，焊接后白車身上會(huì)產(chǎn)生焊渣、鐵屑以及包邊膠等，如果處理不干凈會(huì)直接帶入涂裝線。經(jīng)過(guò)前處理工序后，隨車身攜帶的焊渣、鐵屑以及包邊膠等微小異物部分進(jìn)入前處理和電泳槽液中，部分殘留在車身上。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，車身打磨部位較多，外表面、門縫隙處、地板處鐵屑焊渣較多，用擦拭布在車身表面擦拭一遍之后，擦拭布變黑，這表明焊裝白車身潔凈度極差；在進(jìn)行前處理槽體維護(hù)和保養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，預(yù)脫脂、脫脂、水洗1、水洗2、表調(diào)、磷化、水洗3、水洗4等槽底存在大量鐵屑和焊渣，這進(jìn)一步說(shuō)明焊裝白車身鐵屑焊渣較多、潔凈度極差。

對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)白車身鐵屑含量進(jìn)行1個(gè)月的連續(xù)追蹤，數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 白車身鐵屑含量Figure 1 Iron content of white body

由圖1可見，焊裝白車身鐵屑焊渣均在35 g/臺(tái)以上，平均值為41 g/臺(tái)，說(shuō)明焊裝車身潔凈度較差。從圖1中還可看出，焊裝白車身潔凈度控制不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較大（35～59 g/臺(tái)）。

經(jīng)對(duì)電泳車身水平面（前蓋和大頂）和垂直面進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水平面無(wú)光澤，有明顯的顆粒感；垂直面光澤度較好，無(wú)明顯的顆粒感，比較平順。在水平面隨車掛板試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有比較明顯的密集型顆粒。經(jīng)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，這些大顆粒雜質(zhì)全部都在電泳漆膜下面，說(shuō)明這些顆粒全部是在電泳之前產(chǎn)生的，與電泳之后的槽體無(wú)關(guān)；進(jìn)一步通過(guò)元素能譜分析（EDS）得知，試驗(yàn)板大顆粒的主要元素成分是鐵元素，說(shuō)明大顆粒都是鐵屑顆粒。取樣的EDS和SEM見圖2。

圖2 取樣的EDS和SEMFigure 2 EDS and SEM of sample

1.3 磷化工序?qū)﹄娪绢w粒的影響

磷化工序是用磷酸及磷酸鹽對(duì)車身表面進(jìn)行處理，生成致密、均勻的磷化膜。磷化的目的是給車身提供短期的工序間防護(hù)，防止車身表面產(chǎn)生銹蝕，提高電泳漆膜的附著力和防腐蝕能力。生產(chǎn)中要監(jiān)控的參數(shù)是游離酸度、總酸度、酸比、促進(jìn)劑濃度、槽液溫度等。

進(jìn)行磷化掛板試驗(yàn)，考察磷化工序?qū)﹄娪绢w粒的影響。取4塊鍍鋅板用酒精擦拭干凈，分別采用4種不同的方式進(jìn)行試驗(yàn)：（1）進(jìn)電泳工位之前用磁塊將樣板放置在汽車前蓋上；（2）脫脂后用磁塊將樣板塊放置在汽車前蓋上；（3）磷化后用磁塊將樣板放置在汽車前蓋上；（4）將樣板均勻放置在汽車前蓋上，正常過(guò)線。試驗(yàn)結(jié)果表明：未經(jīng)磷化處理的樣板，目視其表面較光滑，使用粗糙度儀檢測(cè)出其表面粗糙度為0.327 μm和0.333 μm；經(jīng)過(guò)磷化處理的樣板，目視其表面較粗糙，表面粗糙度分別為1.205 μm和1.417 μm，說(shuō)明磷化工序?qū)嚿硭矫娴拇植诙扔绊戄^大。將樣板均勻放置在汽車前蓋上，經(jīng)過(guò)純水1清洗后取下，在120℃的烘箱內(nèi)烘干，取樣板表面的黃色粉末顆粒進(jìn)行SEM和EDS分析（圖3）得出，其細(xì)小顆粒主要是磷化渣，從而進(jìn)一步證明車身水平面小顆粒主要是磷化渣造成的。

圖3 黃色粉末顆粒的SEM和EDS分析圖Figure 3 SEM and EDS analysis photograph of yellow powder particles

1.4 電泳工序?qū)﹄娪绢w粒的影響

陰極電泳是前處理及陰極電泳線的核心。其對(duì)磷化膜的要求是外觀均勻、致密、無(wú)返銹、高P比、耐堿性好，膜重為2～3 g/m2。目前本公司使用的是高泳透力、銳邊包覆效應(yīng)好、低溫固化的無(wú)鉛陰極電泳漆。生產(chǎn)中要監(jiān)控的參數(shù)是固含量、顏基比、MEQ（中和當(dāng)量）、有機(jī)溶劑含量、pH、電導(dǎo)率、槽液溫度、電泳電壓和電泳時(shí)間等。

細(xì)菌是陰極電泳系統(tǒng)經(jīng)常被忽略的重要因素。陽(yáng)極液循環(huán)系統(tǒng)大量細(xì)菌繁殖會(huì)堵塞極液循環(huán)管路，使陽(yáng)極管被腐蝕，電泳槽液中一般都含有殺菌劑，不會(huì)使細(xì)菌繁殖，但前處理各槽如果有細(xì)菌繁殖，被車身帶入電泳槽不僅會(huì)使電泳涂膜外觀粗糙，還會(huì)堵塞超濾系統(tǒng)，使超濾液透過(guò)量下降，導(dǎo)致超濾膜早期報(bào)廢。因此，除了對(duì)陽(yáng)極液循環(huán)系統(tǒng)要定期殺菌外，對(duì)前處理各槽也要定期殺菌。

槽液電導(dǎo)率作為電泳成膜過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)電泳膜的粗糙度有重要影響。影響電泳槽液電導(dǎo)率的因素為槽液中的雜質(zhì)離子，在電泳過(guò)程中，雜質(zhì)離子的積累一方面增加了電量的消耗，另一方面改變了槽液的特性，從而泳透力降低，使顏料分散性變差，導(dǎo)致漆膜外觀變差。磷化液或磷化渣處理不干凈，進(jìn)入電泳槽液后，就成了雜質(zhì)離子的主要來(lái)源。磷化液或磷化渣中的鋅離子和磷酸根離子會(huì)造成電泳漆膜粗糙、顆粒等弊病。采用超濾技術(shù)清除雜質(zhì)，使槽液保持潔凈是電泳生產(chǎn)過(guò)程中清除雜質(zhì)離子的有效方法。同時(shí)為保證進(jìn)入電泳槽液前的車身清洗徹底，應(yīng)控制電泳前純水洗用純水的電導(dǎo)率≤50 μS/cm。

1.5 前處理、電泳設(shè)備狀態(tài)對(duì)電泳顆粒的影響

前處理、電泳設(shè)備是指以電泳槽體為中心配備的與生產(chǎn)有關(guān)的輔助配套設(shè)施，它們的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電泳漆膜質(zhì)量有重要影響，為保證電泳漆膜質(zhì)量良好，必須確保所有與電泳有關(guān)的設(shè)備保持最優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)，保證電泳涂裝設(shè)備具備相應(yīng)的最優(yōu)功能。下面從前處理、電泳噴淋系統(tǒng)方面進(jìn)行論述分析。

磷化后的水洗主要是為了將工件表面清洗干凈，去除內(nèi)腔所帶的磷化液、磷化渣、金屬離子及其它雜質(zhì)離子等，同時(shí)保證工件清洗后的滴水電導(dǎo)率滿足電泳槽對(duì)入槽工件的要求。工件的清洗效果直接影響到電泳涂裝的質(zhì)量和電泳槽液的穩(wěn)定性。磷化后的水洗一般有自來(lái)水噴淋清洗、自來(lái)水浸漬清洗、純水浸漬清洗、純水噴淋洗、干凈純水噴淋清洗等工序。磷化后的第1道水洗一般設(shè)計(jì)為噴淋方式，這樣，槽體體積較小，便于更新水洗水，提高清洗效果。在設(shè)計(jì)中，也應(yīng)注意工件在進(jìn)入電泳槽前，外表面不要出現(xiàn)半干半濕的情況，以免產(chǎn)生漆膜弊病。為了避免出現(xiàn)此類問(wèn)題，建議在入槽前增加工件的增濕或吹干工序及其設(shè)備。對(duì)于各水洗槽，建議也安裝過(guò)濾裝置，這對(duì)防止工件上吸附磷化渣，避免工件表面出現(xiàn)顆粒、灰粒等有很大好處。

電泳噴淋系統(tǒng)也是影響電泳成膜質(zhì)量的重要因素之一。電泳噴淋系統(tǒng)包括電泳入槽加濕噴淋、電泳出槽噴淋、超濾噴淋及水洗噴淋等。車身進(jìn)入電泳槽體時(shí)，若車身存在雜質(zhì)或車身部分表干等，入槽后會(huì)導(dǎo)致車身表面電流密度不均，從而導(dǎo)致成膜膜厚不均，影響漆膜表面的平整性。電泳出槽噴淋過(guò)程中，若沖洗液pH過(guò)低及沖洗壓力不足，會(huì)導(dǎo)致漆膜返溶，從而導(dǎo)致漆膜粗糙；現(xiàn)場(chǎng)電泳噴淋壓力應(yīng)控制在0.08 MPa左右，以保證電泳漆膜平整性良好。車身在生產(chǎn)過(guò)線中，應(yīng)確保噴淋系統(tǒng)均勻噴淋到整車各個(gè)部位，避免噴淋不均導(dǎo)致車身粗糙顆粒產(chǎn)生。

目前國(guó)內(nèi)前處理輸送方式有旋轉(zhuǎn)式、擺桿式和葫蘆式。旋轉(zhuǎn)式保證了車身沒有水平面的存在，因而顆粒無(wú)法在水平面沉積，所以對(duì)電泳粗糙度沒有太大影響，而擺桿式和葫蘆式都存在一定的水平面致使顆粒雜質(zhì)在其表面沉積。本公司新建涂裝線的前處理輸送方式為直上直下自行葫蘆式，這種輸送方式導(dǎo)致車身水平面的顆粒無(wú)法通過(guò)清洗除去，再加上焊裝白車身潔凈度較差，進(jìn)一步加重了水平面顆粒的堆積。水平面槽上噴淋無(wú)法保證全面進(jìn)行沖洗。

綜上所述，可以得出本次電泳漆膜顆粒主要由白車身的鐵屑和磷化渣組成，而電泳槽液的影響相對(duì)較小。因此其控制措施需要從提升白車身潔凈度、提高車身前處理清洗效果、控制磷化渣含量等方面展開工作。

2 電泳顆粒的有效控制措施

2.1 控制板材及白車身潔凈度

汽車廠使用的板材，在生產(chǎn)下線后要求能夠長(zhǎng)期存放，存放過(guò)程中，板材表面狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化；在沖壓成型制作白車身的過(guò)程中，板材受到擠壓成型，需涂抹防銹油和拉延油，超過(guò)一定量后，清洗效果不佳，板材表面狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)嚴(yán)格控制白車身油污和鐵屑含量。油污含量可測(cè)量要求：?jiǎn)闻_(tái)車＜9.93 g；固體量（鐵屑）可測(cè)要求：?jiǎn)闻_(tái)車＜6.2 g。

2.2 控制前處理槽液潔凈度及磷化槽液參數(shù)

2.2.1 變更排水頻次

為了改善車身潔凈度，為電泳提供一個(gè)良好的磷化車身，將15 t的噴淋槽，如熱水洗、第1水洗、第3水洗和第2純水洗從原來(lái)的按化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行排放變?yōu)槊刻炫欧?次；增加槽體的更換排放次數(shù)，減少鐵屑和焊渣的殘留；減少車身攜帶的鐵屑量，提高浸洗槽的清潔度。

2.2.2 變更過(guò)濾袋更換頻次和目數(shù)

通過(guò)提高槽體過(guò)濾袋的更換頻次和過(guò)濾精度，使＞200 μm的鐵屑焊渣不會(huì)再次進(jìn)入槽體污染槽液和車身，進(jìn)一步提高車身的潔凈度，為電泳提供一個(gè)良好的磷化車身。

2.2.3 優(yōu)化磷化槽液參數(shù)

結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理，通過(guò)調(diào)節(jié)游離酸和總酸的濃度來(lái)降低磷化渣的產(chǎn)生量，按照理論計(jì)算可以得出，單臺(tái)車含渣量從原來(lái)的15 g下降到現(xiàn)在的12 g，平均下降3 g/臺(tái)，有利于水平面電泳顆粒的改善。表1為槽液參數(shù)優(yōu)化前后的對(duì)比數(shù)據(jù)。

表1 槽液參數(shù)優(yōu)化前后的對(duì)比數(shù)據(jù)Table 1 Bath solution parameters comparison before/after optimization

2.3 前處理設(shè)備優(yōu)化

2.3.1 清理磷化除渣機(jī)，保證槽液更新速度

為了更好地減少磷化渣含量，我們將磷化除渣機(jī)進(jìn)行了徹底的維護(hù)和清理，并且保持除渣機(jī)24 h不間斷循環(huán)，以保證磷化槽液的更新速度。

2.3.2 提高噴淋壓力

增大沖洗壓力，減少車身的鐵屑及焊渣。熱水洗槽和預(yù)脫脂槽的管道設(shè)計(jì)一半用于噴淋、一半用于槽液升溫，槽液升溫需要通過(guò)板式換熱器實(shí)現(xiàn)，如果要增加噴淋壓力就必須減小板換壓差、提高換熱效率。將熱水洗板數(shù)目從原來(lái)的16塊增加到35塊，換熱溫度提高5℃，壓力損失從原來(lái)的80 kPa降至20.6 kPa，為原來(lái)的1/4；預(yù)脫脂換熱板數(shù)目從原來(lái)的17塊增加到33塊，換熱溫度提高5℃，壓力損失從原來(lái)的82.5 kPa降至21.2 kPa，同樣降至原來(lái)的1/4。將壓力損失轉(zhuǎn)化為噴淋壓力，提高車身的沖洗效果，減少車身污染，提高下道槽體的清潔度。

2.3.3 改變噴嘴形狀和方向

浸洗槽上噴淋用噴嘴原先都是扁形的，噴淋水為霧化狀態(tài)，噴到車身時(shí)沖擊力很小，對(duì)車身水平面的顆粒雜質(zhì)沖洗效果較差，不能達(dá)到清洗目的。經(jīng)考察后，改變槽上噴嘴的形狀，由原來(lái)的扁形噴嘴變?yōu)轼喰螄娮?，噴淋水不再是霧化狀態(tài)，而是強(qiáng)有力的水柱狀態(tài)；并將槽上無(wú)效的噴嘴位置進(jìn)行封堵，增加其他噴嘴位置的壓力，進(jìn)一步加大對(duì)顆粒雜質(zhì)的沖洗效果。調(diào)整后，車身水平面顆粒狀態(tài)有了明顯好轉(zhuǎn)。

2.3.4 熱水洗和第2水洗槽底增加磁棒

為了進(jìn)一步減少鐵屑焊渣的含量，在熱水洗槽底增加磁棒，吸附白車身上的鐵屑，減少槽液中的鐵屑量，提高槽液潔凈度；為了減少鐵屑量并進(jìn)一步減少磷化渣量，在進(jìn)入磷化槽前的第2水洗槽底增加磁棒，減少車身水平面的鐵屑量，從而減少顆粒的產(chǎn)生。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近半年的探索和研究電泳顆粒問(wèn)題發(fā)現(xiàn)，解決問(wèn)題要堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)時(shí)、現(xiàn)物的三原則。以生產(chǎn)線實(shí)際問(wèn)題為依據(jù)，重點(diǎn)介紹了影響電泳漆膜顆粒的因素及相應(yīng)的解決措施。

影響電泳顆粒的因素眾多，只有做到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚬芾硪约皣?yán)格的設(shè)備管理，方可得到優(yōu)良的電泳漆膜。

1 趙安偉.車架電泳漆膜顆粒分析與處理［J］.上海涂料，2010（8）：39-40.

2 潘旭東.涂裝前處理對(duì)陰極電泳涂膜質(zhì)量的影響［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13（10）：45-46.