電泳涂料防腐能力評(píng)價(jià)方法研究

茍澤明，郭玉鳳

（1.北京長(zhǎng)城華冠汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，北京 101300；2.北京汽車股份有限公司，北京 101300）

0 引言

電泳涂料選材一直是汽車車身耐腐蝕性能管理控制工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，電泳涂料的防腐能力通常決定了整車車身的耐腐蝕性能，完善的電泳涂料評(píng)價(jià)方法對(duì)汽車企業(yè)提升整車耐腐蝕性能的管理控制有很重要的作用，本研究在總結(jié)了許多試驗(yàn)結(jié)果和參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)電泳涂料防腐能力的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。

經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)后，對(duì)劃痕樣板表面的擴(kuò)散量進(jìn)行研究是電泳涂料選材過(guò)程中的常用方法。但此法在試驗(yàn)過(guò)程中，難免會(huì)有涂層厚度不一致、劃痕深淺不一等人為因素，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)，產(chǎn)生誤差，從而影響到試驗(yàn)分析和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。此時(shí)，應(yīng)采取一些措施來(lái)盡量避免甚至消除這種誤差，這種措施被稱為試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的分析統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制。本研究主要根據(jù)高斯分布理論對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用更加客觀的分析來(lái)減小試驗(yàn)分析的誤差，對(duì)電泳涂料進(jìn)行選擇。

1 試驗(yàn)方法分析與評(píng)價(jià)方法研究

對(duì)電泳涂料的防腐性能開(kāi)發(fā)，首先要選擇合適的腐蝕試驗(yàn)方法，然后根據(jù)電泳涂料的防腐目標(biāo)制定相應(yīng)的防腐技術(shù)要求。下面以某電泳涂料的選擇為例，進(jìn)行試驗(yàn)分析，描述電泳涂料的選擇過(guò)程。

1.1 試驗(yàn)方法分析

制定電泳涂料覆蓋零部件的防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，用來(lái)滿足整車防腐技術(shù)指標(biāo)的需求，選擇適合電泳涂料考核的試驗(yàn)方法是保證達(dá)到電泳涂料防腐目標(biāo)的合理方式。

現(xiàn)階段檢驗(yàn)電泳涂料耐腐蝕性能的試驗(yàn)方法主要有：中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）、銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)（CASS）、循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)（CCT）3種。這3種腐蝕性測(cè)試方法的比較如表1所示［1］。

表1 電泳涂料常用腐蝕試驗(yàn)方法比較Table 1 Comparison among common corrosion test methods for electrophoretic coatings

1.2 試驗(yàn)部分

本研究選用的防腐等級(jí)要求為500 h中性鹽霧試驗(yàn)的擴(kuò)散量，選擇兩種不同的電泳涂料樣板，按GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算獲得其評(píng)價(jià)指標(biāo)。

參照標(biāo)準(zhǔn)ISO 17872—2007《色漆和清漆-指導(dǎo)原則，通過(guò)涂料在金屬面板的腐蝕試驗(yàn)引進(jìn)劃痕》［2］，在電泳涂料樣板上引入劃痕。涂層必須是干燥的薄片，試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)上述劃線腐蝕結(jié)果按規(guī)定的循環(huán)數(shù)進(jìn)行拍照和測(cè)量擴(kuò)散量。樣板長(zhǎng)度為150 mm，寬度為100 mm。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的篩選

采用格拉布斯方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，如果個(gè)別數(shù)據(jù)偏離平均值很遠(yuǎn)，問(wèn)題數(shù)據(jù)應(yīng)該從此組測(cè)量數(shù)據(jù)中剔除而不參與平均值的計(jì)算，這可以規(guī)避因?yàn)椴僮魇д`造成的試驗(yàn)誤差。利用格拉布斯法判斷試驗(yàn)中的問(wèn)題數(shù)據(jù)時(shí)，必須將所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部包含在內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值x和標(biāo)準(zhǔn)差s，用來(lái)對(duì)電泳涂裝樣板出現(xiàn)異常試驗(yàn)數(shù)值的概率進(jìn)行分析，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的極大值和極小值進(jìn)行篩選。

式中，n——試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)；i——試驗(yàn)數(shù)據(jù)的編號(hào)；xi——第i個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的值；x——試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值；s——試驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

按公式（3）計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算偏離值：

式中，Gi——第i個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算偏離值。

將計(jì)算偏離值Gi與格拉布斯表（表2）中給出的臨界值GP（n）進(jìn)行比較，如果Gi值大于表中的臨界值GP（n），則能判斷該測(cè)量數(shù)據(jù)是異常值，可以剔除。臨界值GP（n）與檢出水平α（與置信概率P有關(guān)）和測(cè)量次數(shù)n（與自由度f(wàn)有關(guān)）有關(guān)。定檢出水平α：如果要求嚴(yán)格，檢出水平α可以定得小一些，例如定α=0.01，那么置信概率P=1-α=0.99；如果要求不嚴(yán)格，α可以定得大一些，例如定α=0.10，則P=0.90；通常定α=0.05，P=0.95。

表2 格拉布斯表Table 2 Grubbs table

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布分析

對(duì)經(jīng)過(guò)中性鹽霧試驗(yàn)的不同電泳涂料樣品的劃痕擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行格拉布斯法篩選，提出可能引起誤差的可疑值，進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)分析。首先計(jì)算不同電泳涂料的劃痕擴(kuò)散量的平均值μ，通過(guò)平均值可以初步評(píng)判不同電泳涂料的防腐水平。

再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差σ的計(jì)算：

標(biāo)準(zhǔn)差可以反映一組電泳涂料樣板內(nèi)個(gè)體間的劃痕擴(kuò)散量的離散程度，從而對(duì)電泳涂料樣板在中性鹽霧試驗(yàn)中的劃痕擴(kuò)散量的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估電泳涂料質(zhì)量的一致性。

高斯分布是一種概率分布，它是具有兩個(gè)參數(shù)μ和σ2的連續(xù)型隨機(jī)變量的分布，記作N（μ，σ2）。第1個(gè)參數(shù)μ是服從高斯分布的隨機(jī)變量的均值，第2個(gè)參數(shù)σ2是此隨機(jī)變量的方差。服從高斯分布的隨機(jī)變量的概率規(guī)律為：取與μ鄰近的值的概率大，而取離μ越遠(yuǎn)的值的概率越??；σ越小，分布越集中在μ附近；σ越大，分布越分散。計(jì)算公式如下所示：

對(duì)兩種電泳涂料樣板的劃痕試驗(yàn)結(jié)果做了分析，如表3所示。由表3可見(jiàn)，電泳涂料1的樣板的劃痕擴(kuò)散量的最大值、最小值和平均值均小于電泳涂料2的樣板的劃痕擴(kuò)散量的對(duì)應(yīng)值，即電泳涂料1的性能要好一些。同時(shí)，電泳涂料1的樣板的劃痕擴(kuò)散量的標(biāo)準(zhǔn)差（0.13），小于電泳涂料2的樣板的劃痕擴(kuò)散量的標(biāo)準(zhǔn)差（0.17），說(shuō)明電泳涂料1比較穩(wěn)定，一致性比較好。

表3 兩種電泳涂料樣板的劃痕試驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 The scratch test results analysis of two types of electrophoretic coating samples

兩種電泳涂料樣板的劃痕擴(kuò)散量分布示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 兩種電泳涂料樣板的劃痕擴(kuò)散量分布示意圖Figure 1 The sketch map of scratch diffusion quantity distribution of two kinds of electrophoresis coating samples

由圖1可見(jiàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本符合高斯分布曲線，可以用高斯分布進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

3 防腐能力的判定

基于小概率事件和假設(shè)檢驗(yàn)的基本思想進(jìn)行判斷，小概率事件必須滿足發(fā)生概率極低（小于5%）的要求，所以可以用高斯分布計(jì)算出評(píng)估一個(gè)電泳涂料的劃痕擴(kuò)散量的最大值，在excel中的計(jì)算公式為NORM.INV（probability，mean，standard_dev），其 中probability為對(duì)應(yīng)于高斯分布的概率；mean為分布的算術(shù)平均值；standard_ dev為分布的標(biāo)準(zhǔn)差。

通過(guò)計(jì)算高斯分布函數(shù)的反函數(shù)值，得出劃痕擴(kuò)散量的理論峰值，設(shè)劃痕試驗(yàn)結(jié)果高于理論峰值的概率為5%，經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得電泳涂料1的樣板的劃痕擴(kuò)散量理論峰值為1.64 mm，電泳涂料2的樣板的劃痕擴(kuò)散量理論峰值為1.78 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述研究方法，對(duì)不同電泳涂料樣板中性鹽霧試驗(yàn)的劃痕擴(kuò)散量的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1） 利用格拉布斯法篩選試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以有效避免因操作不當(dāng)引起的試驗(yàn)誤差，提高樣本數(shù)據(jù)的可信度；

（2） 可以通過(guò)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)分析電泳涂料防腐能力的平均水平和穩(wěn)定性；

（3） 通過(guò)計(jì)算高斯分布函數(shù)的反函數(shù)值，算出劃痕擴(kuò)散量的理論峰值，從而客觀評(píng)價(jià)電泳涂料的防腐能力。

綜上所述，該研究方法對(duì)電泳涂料選材試驗(yàn)分析問(wèn)題具有指導(dǎo)意義，有一定的參考價(jià)值。

［1］馮昌川.車輛防腐性能開(kāi)發(fā)及評(píng)價(jià)方法探討［J］.表面技術(shù)，2017，46（4）：95-100.

［2］ISO 17872—2007. Paints and Varnishes-Guidelines for the Introduction of Scribe Marks Through Coatings on Metallic Panels for Corrosion Testing［S］. 2007-03.

［3］陳豪杰，劉薇薇，柳昀，等.自愈合微膠囊在電泳涂料中的應(yīng)用［J］.表面技術(shù)，2017，46（4）：114-118.

［4］陳興蘭，陳衛(wèi)東，呂赟，等.陰極環(huán)氧電泳涂料用色漿的研制［J］.上海涂料，2016，54（6）：9-12.