板材粗糙度對(duì)水性3C1B 工藝所得涂層短波的影響 及改善方法探討

王振國(guó)

（江西五十鈴汽車(chē)有限公司，江西 南昌 330001）

漆面外觀直接影響到汽車(chē)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各汽車(chē)廠為提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)涂裝質(zhì)量愈加重視。橘皮是評(píng)價(jià)車(chē)身面漆質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，顯著影響人們的視覺(jué)效果。橘皮值可分為測(cè)量結(jié)構(gòu)尺寸大于0.6 mm的長(zhǎng)波以及小于0.6 mm 的短波。影響面漆橘皮的主要因素有面漆的流平性和底材的粗糙度，其中車(chē)身板材、電泳及中涂對(duì)短波的影響最為明顯，而色漆及清漆對(duì)長(zhǎng)波的影響明顯。

1 問(wèn)題說(shuō)明

某主機(jī)廠涂裝車(chē)間采用低溫三元磷化與配套前處理工藝，電泳采用超高泳透力電泳工藝，面漆采用水性3C1B(三涂一烘)自動(dòng)噴涂工藝，主要工序如下：洪流沖洗→預(yù)脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→表調(diào)→磷化→水洗1→水洗2→純水洗1→純水洗2→電泳→UF(超濾)水洗1→UF水洗2→UF水洗3→純水洗1→純水洗2→電泳烘烤→涂PVC 膠→PVC 膠預(yù)烘烤→車(chē)身打磨→鴕鳥(niǎo)毛擦凈→中涂靜電自動(dòng)噴涂→閃干→色漆靜電自動(dòng)噴涂→閃干→清漆靜電自動(dòng)噴涂→面漆烘烤→檢查精修。

前處理主要工藝參數(shù)：對(duì)于脫脂，溫度45 °C，游離堿7.5 點(diǎn)；對(duì)于表調(diào)，pH = 9；對(duì)于磷化，溫度40 °C，總酸25.0 點(diǎn)，游離酸0.9 點(diǎn)，促進(jìn)劑2.5 點(diǎn)。電泳工藝參數(shù)：電壓245 V，溫度31.5 °C，電泳槽液電導(dǎo)率1 500 μS/cm，pH 5.8，固體分22%，灰分17%。采用ABB 公司IRB5500 壁掛式機(jī)器人，噴涂參數(shù)見(jiàn)表1。但在批量生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)了產(chǎn)品面漆的短波經(jīng)常超過(guò)20 的問(wèn)題。

核查現(xiàn)場(chǎng)工藝后，發(fā)現(xiàn)噴漆室溫度穩(wěn)定在(23 ± 2) °C，相對(duì)濕度穩(wěn)定在(65 ± 5)%，涂料的黏度、溫度 也均在工藝要求范圍內(nèi)，涂料使用時(shí)間在一周以內(nèi)，機(jī)器人仿型、參數(shù)設(shè)置均無(wú)變化。在確認(rèn)自動(dòng)噴涂過(guò)程無(wú)變化，面漆短波仍然超標(biāo)的情況下，問(wèn)題原因指向了電泳以及車(chē)身板材。

表1 機(jī)器人噴涂參數(shù) Table 1 Parameters of robot spraying

2 解決問(wèn)題的過(guò)程

2.1 原因分析

2.1.1 打磨電泳涂層對(duì)短波的影響

為了分析電泳狀態(tài)對(duì)涂層短波的影響，選取4 臺(tái)同時(shí)過(guò)線的車(chē)，使用不同型號(hào)的砂紙對(duì)電泳層進(jìn)行打磨。從表2 可知，打磨降低了電泳層的粗糙度，砂紙型號(hào)越細(xì)，打磨后電泳的平整度越高，涂層短波就越小。但在生產(chǎn)過(guò)程中，整車(chē)打磨會(huì)導(dǎo)致顆粒等涂膜弊病，降低電泳層的耐蝕性，增加人工成本。在量產(chǎn)型汽車(chē)生產(chǎn)線中，通過(guò)打磨改善短波的方案可行性較差。

表2 不同砂紙型號(hào)打磨后電泳涂層的短波值 Table 2 Short-wave value of electrophoretic coating polished with different sandpapers

2.1.2 電泳粗糙度對(duì)面漆短波的影響

在確定改善電泳粗糙度能很好地改善涂層短波的情況下，為了降低管理成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，采用Mar Surf PS1 粗糙度儀對(duì)車(chē)身板材粗糙度以及對(duì)應(yīng)位置的電泳粗糙度進(jìn)行監(jiān)控，并測(cè)量對(duì)應(yīng)位置上涂層的短波，部分監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。為了方便理解三者之間的關(guān)系，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾森相關(guān)系數(shù)分析[1]。

表3 部分不同粗糙度實(shí)驗(yàn)板的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Table 3 Experimental results of some different roughness test plates

從圖1 可知，所有監(jiān)控車(chē)身的電泳件粗糙度與面漆短波的皮爾森相關(guān)系數(shù)(r)等于0.924，在相同噴涂工藝下，電泳粗糙度與面漆短波呈極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。電泳結(jié)構(gòu)尺寸在0.6 mm 以下的微觀平整度無(wú)法被100 μm 左右的涂層填充平整，造成電泳粗糙度越高，面漆短波越大。由于自動(dòng)化噴涂工藝控制穩(wěn)定，室體溫濕度、流平時(shí)間、烘烤溫度曲線、涂層厚度等因素變化小，對(duì)成膜外觀影響小[2]，因此皮爾森相關(guān)系數(shù)較高。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)電泳粗糙度控制在0.32 μm 以下時(shí)，面漆短波可控制在20 以內(nèi)。

2.1.3 板材粗糙度對(duì)電泳粗糙度的影響

從圖2 可知，板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森關(guān)系數(shù)為0.891，說(shuō)明在相同工藝條件下，板材粗糙度與電泳粗糙度有極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。超高泳透力電泳漆膜的粗糙度比傳統(tǒng)陰極電泳漆膜略大，其厚度僅為15 μm，較薄，填充性差，導(dǎo)致板材粗糙度越高，電泳粗糙度也越高。但由于電泳粗糙度受“L”效應(yīng)和水洗效果影響[3]，降低了板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森相關(guān)系數(shù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)板材粗糙度小于1.00 μm 時(shí)，電泳粗糙度可控制在0.32 μm 以下。

圖1 電泳粗糙度與短波的皮爾森相關(guān)性曲線 Figure 1 Pearson correlation curve of electrophoretic coating roughness and short wave value

圖2 板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森相關(guān)性曲線 Figure 2 Pearson correlation curve of metal sheet roughness and electrophoretic coating roughness

2.1.4 板材微觀形貌對(duì)面漆微觀形貌的影響

采用掃描電鏡觀察面漆與板材橫截面時(shí)發(fā)現(xiàn)，涂層的微觀起伏波紋與板材基本一致(見(jiàn)圖3)。當(dāng)涂層膜厚為100 μm 左右，涂層結(jié)構(gòu)尺寸在0.6 mm 以下的微觀平整度與板材微觀平整度呈正相關(guān)，正相關(guān)程度與涂層厚度有關(guān)，涂層越厚，相關(guān)性越差。而水性3C1B 涂裝工藝整體膜厚較小，涂料的填充性較差，因此板材微觀平整度越差，涂層平整度就越差，涂層短波也就越高。

圖3 涂層與板材橫截面的微觀形貌 Figure 3 Cross-sectional micro-morphology of metal sheet and coating

2.2 改善短波的措施

在確認(rèn)面漆短波受板材粗糙度影響較大后，通過(guò)與板材供應(yīng)商溝通，明確了要令涂層短波低于20，板材粗糙度需小于1.00 μm 的要求。但由于板材供貨周期有3 個(gè)月，在更換板材前為保證產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)團(tuán)隊(duì)嘗試通過(guò)調(diào)整中涂、清漆膜厚等措施來(lái)改善面漆短波。

2.2.1 中涂膜厚對(duì)短波的影響

中涂的填充性對(duì)板材微觀平整度有改善作用。從表4 可知，中涂越厚，涂層短波越小，但中涂膜厚超過(guò)22 μm 后，改善效果不明顯。中涂主要起填充的作用，但對(duì)尺寸較大的微觀形貌填充不足，膜厚超過(guò)20 μm 后，提高中涂膜厚對(duì)降低短波的貢獻(xiàn)變??；且由于水性漆的特性，中涂過(guò)厚會(huì)伴隨針孔、邊角起泡等涂膜弊病的發(fā)生，增大涂料使用量，增加生產(chǎn)成本。綜合考慮，中涂膜厚控制在22 μm 效果最好。

表4 中涂膜厚對(duì)涂層短波的影響 Table 4 Effect of midcoat thickness on short wave value of coating

2.2.2 清漆膜厚對(duì)短波的影響

由于涂層越厚，板材粗糙度對(duì)短波的影響就越小，因此擬通過(guò)增大清漆膜厚來(lái)提高涂層整體膜厚，改善涂層的短波。從表5 可知，清漆越厚，涂層短波越低，且改善效果越來(lái)越明顯。增加清漆膜厚能有效提高涂層整體填充性，減輕板材粗糙度對(duì)涂層的影響，從而降低涂層的短波。在確保不產(chǎn)生流掛等涂膜弊病，以及綜合考慮成本的情況下，將清漆膜厚控制在50 μm 效果最好。

表5 清漆膜厚對(duì)涂層短波的影響 Table 5 Effect of varnish thickness on short wave value of coating

3 結(jié)語(yǔ)

在不進(jìn)行人工干預(yù)的情況下，板材粗糙度越大，涂層短波越高，降低板材粗糙度能有效改善涂層短波。在使用超高泳透力電泳漆與水性3C1B 涂裝工藝的情況下，要將涂層短波控制在20 以內(nèi)，板材粗糙度需控制在1.00 μm 以內(nèi)。為改善涂層短波，細(xì)砂紙打磨電泳層能有效改善電泳層的微觀平整度，但該法不適用于自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)線。提高涂層整體膜厚能有效降低底材粗糙度對(duì)涂層短波的影響，但會(huì)增加涂料成本?？傮w來(lái)說(shuō)，控制板材粗糙度是一個(gè)改善涂層短波很好的方法。