電泳涂膜夾縫油縮孔原因分析及解決方案淺析

尤 永，邢汶平，吳吉霞

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601）

0 引言

陰極電泳涂裝因其安全、環(huán)保、涂料利用率高、自動(dòng)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，已被汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家廣泛采用。陰極電泳涂裝是指將工件作為陰極浸入電泳槽液中，通以直流電，伴隨電解（水電解）、電泳（正負(fù)離子移向?qū)?yīng)的電極）、電沉積（樹(shù)脂和顏料在電極上沉積）和電滲（在電場(chǎng)力的作用下，涂膜中所含的水滲析出來(lái)）等4個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。由于人、機(jī)、料、法、環(huán)等各因素現(xiàn)場(chǎng)管理的瑕疵，電泳涂膜表面通常會(huì)出現(xiàn)縮孔、針孔、顆粒等漆膜缺陷，直接影響電泳涂膜的外觀及質(zhì)量，其中電泳縮孔是汽車(chē)車(chē)身電泳涂膜常見(jiàn)的涂膜弊病之一，通常是由于底材電泳涂裝前或電泳涂裝后附著了油污等異物，導(dǎo)致烘干之后電泳涂膜形成火山口狀的凹陷現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于電泳縮孔涂膜弊病，一般采用人工打磨的方式進(jìn)行消除，不僅會(huì)影響面漆漆膜的外觀，而且會(huì)降低車(chē)身的防腐蝕性能。本研究對(duì)某公司涂裝生產(chǎn)線(xiàn)新車(chē)型試制過(guò)程中出現(xiàn)的電泳涂膜夾縫油縮孔質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行原因分析及問(wèn)題整改，從而實(shí)現(xiàn)新車(chē)型試制過(guò)程中對(duì)防銹油等適應(yīng)性材料與現(xiàn)場(chǎng)前處理電泳材料開(kāi)展配套性試驗(yàn)驗(yàn)證及管控的過(guò)程。

1 問(wèn)題描述

某公司汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)展新車(chē)型試制驗(yàn)證工作，在試制生產(chǎn)的拉動(dòng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)白車(chē)身經(jīng)過(guò)前處理電泳以及電泳烘房烘干工序后，車(chē)身車(chē)門(mén)等部位電泳涂膜表面存在火山口狀的縮孔，目視表現(xiàn)為縮孔大小、深淺不一，均為典型形狀的小圓形縮孔，并伴有明顯的油漬。車(chē)身表面縮孔形態(tài)如圖1所示，涂膜縮孔示意圖見(jiàn)圖2。電泳涂膜縮孔問(wèn)題的出現(xiàn)，增加了車(chē)間對(duì)電泳涂膜的打磨工作量，部分打磨不徹底的電泳涂膜縮孔，還會(huì)影響車(chē)身面漆的外觀質(zhì)量，而且打磨會(huì)導(dǎo)致電泳涂膜局部膜厚不足，降低車(chē)身的防腐蝕性能。

圖1 大小、深淺不一的縮孔Figure 1 Shrinkage cavity with different size and shallow depth

圖2 縮孔示意圖Figure 2 The schematic of shrinkage cavity

2 問(wèn)題調(diào)查及原因分析

2.1 問(wèn)題調(diào)查

該涂裝生產(chǎn)線(xiàn)為商用車(chē)涂裝線(xiàn)，主要生產(chǎn)輕卡駕駛室，生產(chǎn)節(jié)拍為42JPH，前處理電泳為連續(xù)式生產(chǎn)線(xiàn)，采用擺桿輸送方式，白車(chē)身進(jìn)入涂裝車(chē)間時(shí)表面比較干凈，沒(méi)有明顯的鐵屑、焊渣、銹蝕等問(wèn)題。涂裝車(chē)間前處理電泳工段工藝流程如圖3所示。

圖3 前處理電泳工藝流程Figure 3 Pre-treatment electrophoresis process

2.2 原因分析

引起電泳涂膜縮孔的原因很多：電泳槽液工藝參數(shù)異常，如顏基比失調(diào)、顏料分偏低、涂料穩(wěn)定性降低、電泳槽液溶劑含量過(guò)低、固體分過(guò)低、電壓過(guò)高等均會(huì)導(dǎo)致電泳涂膜產(chǎn)生縮孔；工件在電泳槽液中沉積反應(yīng)的速度太快，會(huì)造成工件涂膜表面產(chǎn)生的氫氣來(lái)不及排出，也會(huì)在涂膜表面產(chǎn)生縮孔；涂裝車(chē)間環(huán)境差，空氣中含有的油霧、漆霧、有機(jī)硅等物質(zhì)污染被涂物或濕電泳涂膜，造成電泳涂膜表面張力變化產(chǎn)生縮孔；前處理電泳輸送鏈中鏈條油加入過(guò)多，同時(shí)無(wú)接油盤(pán)裝置，鏈條油滴落到電泳涂膜表面或滴入電泳槽液中，也會(huì)造成電泳涂膜縮孔；脫脂過(guò)程中除油不徹底或者清洗后工件表面又落下油污等原因均會(huì)導(dǎo)致電泳涂膜產(chǎn)生縮孔。

由于造成電泳涂膜縮孔的原因很多，并且一般縮孔在濕膜狀態(tài)下不可見(jiàn)，均在電泳烘干后的干膜狀態(tài)才易被發(fā)現(xiàn)，這就給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)查找引起電泳涂膜縮孔的原因造成一定的困難。本研究采取排除法，設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)來(lái)查找引起現(xiàn)場(chǎng)電泳涂膜縮孔的原因。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 電泳槽液工藝參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)采用新一代高泳透力電泳漆，高泳透力電泳漆通過(guò)配套新的樹(shù)脂及固化劑體系、降低VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量、提高固體分及槽液溫度等措施，提高電泳槽液的電導(dǎo)率及電泳濕膜的電阻，大幅提升泳透力。如果電泳槽液工藝參數(shù)異常，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)電泳涂膜出現(xiàn)縮孔。槽液固體分偏低，可能伴隨出現(xiàn)槽液電導(dǎo)率偏低、膜厚偏薄、涂料穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)縮孔等涂膜弊??；溶劑含量過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致電泳膜厚降低、涂膜干澀無(wú)光，產(chǎn)生縮孔；顏基比偏低會(huì)導(dǎo)致涂膜表面出現(xiàn)縮孔、遮蓋力不良、涂膜光澤上升等現(xiàn)象。對(duì)電泳槽液進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明槽液各項(xiàng)參數(shù)正常，均在工藝要求的范圍內(nèi)，見(jiàn)表1。

表1 電泳槽液分析報(bào)告Table 1 Electrophoresis bath analysis report

3.2 電泳反應(yīng)速度

電泳涂裝是一個(gè)非常復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程，通電后在陽(yáng)極和陰極分別發(fā)生以下電解反應(yīng)：

陽(yáng)極：2H2O → 4H++ O2+4e-

陰極：2H2O + 2e-→ H2+ 2OH-

車(chē)身作為陰極，產(chǎn)生氫氣逸出。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，帶電粒子在槽液中泳動(dòng)，樹(shù)脂及被樹(shù)脂包裹的顏料移向陰極；酸根離子移向陽(yáng)極，移向陰極表面的樹(shù)脂與陰極產(chǎn)生的OH-發(fā)生反應(yīng)，并沉積下來(lái)：

R-NH3++ OH-→ R-NH2+ H2O

隨著以上反應(yīng)的進(jìn)行，陰極表面不斷形成疏水的涂膜，其附近的水分也不斷被消耗，同時(shí)部分水分被排斥出涂膜。由于水分從涂膜中滲出，沉積下來(lái)的涂膜含水量不斷降低。

如果電泳反應(yīng)速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致氫氣在車(chē)身表面聚集，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)整整流器電源電壓設(shè)定，將一段電壓由180 V降低至150 V，二段電壓由240 V升高至260 V，降低電泳反應(yīng)過(guò)程中的峰值電流，進(jìn)而降低電化學(xué)反應(yīng)速度，但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，效果并不明顯。

3.3 適應(yīng)性材料配套性驗(yàn)證

前處理脫脂工序中如果沒(méi)有把車(chē)身防銹油等處理干凈，或者輸送系統(tǒng)的鏈條油滴落到車(chē)身表面，有油污的部位無(wú)法涂上電泳涂膜，形成縮孔。與電泳材料直接或間接接觸，容易影響電泳涂膜產(chǎn)生縮孔的油品類(lèi)適應(yīng)性材料有沖壓油、輸送系統(tǒng)鏈條油、烘房高溫潤(rùn)滑油等。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)身使用的沖壓油、輸送系統(tǒng)鏈條油、烘房高溫潤(rùn)滑油與電泳漆開(kāi)展配套性試驗(yàn)，試驗(yàn)方法如下：

（1） 將采集來(lái)的油用二甲苯稀釋?zhuān)巯♂尡壤秊椋簃（油）/m（二甲苯）=10/90］；

（2） 取0.2 mL的二甲苯稀釋油，放到盛油用的小杯（半徑1 cm，高0.5 cm；材質(zhì)要求：能耐200 ℃高溫的錫箔紙）中；

（3） 再將0.2 mL的純水加入到上述小杯中；

（4） 按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法電泳制板（膜厚18 μm左右）；

（5） 將裝有油的小杯水平放置在電泳好的濕電泳板上；

（6） 再將以上放置小杯的電泳板水平放置在干燥爐內(nèi)固化（175 ℃，20 min）；

（7） 固化后，評(píng)價(jià)電泳涂膜的縮孔情況。

試驗(yàn)結(jié)果表明，輸送系統(tǒng)鏈條油和烘房高溫潤(rùn)滑油與電泳漆配套性良好，在一定膜厚下，涂膜表面無(wú)縮孔現(xiàn)象。車(chē)身部分外協(xié)件防銹油與電泳漆配套性較差，電泳涂膜表面有3個(gè)縮孔，且縮孔內(nèi)含有油漬。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)車(chē)身外協(xié)件防銹油是導(dǎo)致電泳涂膜產(chǎn)生縮孔的主要原因。

4 對(duì)策的制定及實(shí)施

車(chē)身存在大量鋼板重疊部位形成的夾縫，夾縫在通過(guò)前處理電泳工序后易殘存油污及液體，夾縫內(nèi)部脫脂液難以有效流動(dòng)，造成夾縫內(nèi)的殘留物不能被有效地清除，電泳后，夾縫內(nèi)的殘留物因表面張力作用難以完全瀝干，電泳烘烤時(shí)，殘留的油水混合物爆沸，從夾縫處濺出附著于車(chē)身電泳涂膜上，產(chǎn)生夾縫油縮孔。

制定的解決措施及實(shí)施情況如下：

（1） 對(duì)外協(xié)件使用的油品進(jìn)行調(diào)整：重新選擇車(chē)身外協(xié)件防銹油，更換為配套性好的車(chē)身外協(xié)件防銹油，并降低車(chē)身表面的涂油量。

（2） 電泳后增加下線(xiàn)吹水：在電泳下線(xiàn)位置，增加人工壓縮空氣吹水，把車(chē)身縫隙內(nèi)殘存的液體吹掃出來(lái)，進(jìn)行充分的瀝水。

（3） 調(diào)整電泳烘房溫度：降低電泳烘房一段爐溫，使夾縫內(nèi)殘存的液體緩慢地?fù)]發(fā)出來(lái)，避免烘干過(guò)快產(chǎn)生爆沸。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)因夾縫油導(dǎo)致的涂膜縮孔問(wèn)題得到了有效解決。

5 結(jié)語(yǔ)

涂膜縮孔是涂裝生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的弊病之一，電泳涂膜受到外界物質(zhì)污染后，最容易出現(xiàn)的涂膜缺陷就是縮孔，涂膜縮孔缺陷直接影響電泳涂膜的保護(hù)功能和后續(xù)的油漆噴涂工作，使中涂、面漆涂層得不到良好的基層，影響整個(gè)油漆涂層的外觀質(zhì)量及車(chē)身的防腐性能。在新車(chē)型開(kāi)發(fā)初期，應(yīng)對(duì)車(chē)身各個(gè)外協(xié)件使用的防銹油、電泳烘房的高溫潤(rùn)滑油等適應(yīng)性材料與前處理電泳漆開(kāi)展配套性試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)配套性有問(wèn)題的材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)或者及時(shí)更換，防止車(chē)型在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)線(xiàn)時(shí)對(duì)工藝調(diào)試及生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生不可逆的影響。

對(duì)電泳涂膜縮孔缺陷應(yīng)立足于預(yù)防，把縮孔現(xiàn)象控制在設(shè)計(jì)前期，通過(guò)有效的預(yù)防管控措施提前防止質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。造成涂裝生產(chǎn)線(xiàn)電泳涂膜縮孔的原因是很復(fù)雜的，而且很多原因可能是同時(shí)存在的，本研究針對(duì)夾縫油導(dǎo)致的電泳涂膜縮孔問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，希望對(duì)現(xiàn)場(chǎng)涂裝工藝人員有一定的參考價(jià)值。