陰極電泳粗糙度的影響因素

謝國菊，王云飛，孫浩，饒秋喜

（浙江吉利控股集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315300）

翻開近代汽車工業(yè)史，獲得更強(qiáng)的防腐能力一直是人們孜孜不倦追求的目標(biāo)。從陽極電泳的誕生到逐步向陰極電泳切換，前后花了近40 年時(shí)間。時(shí)至今日，通過陰極電泳提升防腐性能已經(jīng)成了乘用車行業(yè)的通用做法。經(jīng)過這種方式處理后的車身不但具有良好的外觀及防腐性能，且涂料綜合利用率較高，環(huán)境負(fù)荷較低。隨著近些年節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)理念的推廣，B1B2 短工藝已成大趨勢，對電泳外觀的要求也愈發(fā)嚴(yán)苛。

電泳的外觀質(zhì)量較多用粗糙度的測量結(jié)果加以評價(jià)，電泳粗糙度越小，外觀質(zhì)量就越好。目前行業(yè)通用的做法是采用德國Mahr 生產(chǎn)的便攜式電泳粗糙度儀，以2.5 mm 的取樣長度，統(tǒng)計(jì)分析材料表面輪廓偏距絕對值的算術(shù)平均值Ra。該結(jié)果可被用作定量分析漆膜表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，也為提高電泳的感知質(zhì)量提供了一個(gè)客觀的定量指標(biāo)。目前大部分主機(jī)廠電泳后的粗糙度都控制在整車均值≤0.35 μm(取樣長度2.5 mm)，一般認(rèn)為當(dāng)電泳粗糙度低于該數(shù)值時(shí)，電泳外觀不會對免中涂面漆的橘皮產(chǎn)生任何影響。

影響電泳粗糙度的因素很多，如板材的種類及表面質(zhì)量、磷化膜質(zhì)量、電泳工藝過程控制、烘房升溫速率等。降低電泳漆膜的粗糙度必須從多個(gè)維度綜合考量。本文將對這些影響因素逐一加以闡述，并結(jié)合主機(jī)廠的應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證，為更好地優(yōu)化電泳粗糙度提供參考建議。

1 電泳粗糙度的影響因素

1.1 板材的影響

板材是電泳涂膜的基礎(chǔ)，板材表面的電泳粗糙度在一定范圍內(nèi)對電泳涂膜的力學(xué)性能影響不大[1]，但隨著高泳透力電泳漆的普及，底材電泳粗糙度會直接作用及影響電泳烘干后的粗糙度。目前主流主機(jī)廠板材(鍍鋅)的粗糙度都控制在1.0 μm 以下，一般是0.7～ 1.0 μm。一般而言，板材的粗糙度越高，電泳成膜后的粗糙度會越差。板材種類也對電泳粗糙度有著明顯的影響。在相同的電泳條件下，冷軋鋼板與鍍鋅板的電泳粗糙度會不一樣。

1.2 磷化膜質(zhì)量的影響

磷化膜是介于底材和電泳漆膜之間的基層，其作用是增強(qiáng)電泳漆膜的附著力。磷化微觀晶相的好壞將直接決定附著在其表面的電泳漆的質(zhì)量。磷化膜表面從微觀形態(tài)講，是由許多規(guī)則的凹凸結(jié)晶構(gòu)成，結(jié)晶尺寸和結(jié)晶覆蓋率是其中最為重要的兩個(gè)考察指標(biāo)。一般來講，要求磷化結(jié)晶的微觀尺寸不能超過5 μm，結(jié)晶覆蓋率達(dá)到100%。優(yōu)良的表面調(diào)整及磷化原材料直接決定了磷化成膜的質(zhì)量。

1.3 電泳工藝參數(shù)的影響

電泳槽現(xiàn)場施工工藝參數(shù)設(shè)置的管理直接決定電泳涂膜的質(zhì)量，現(xiàn)場的施工參數(shù)有很多，其中槽液溫度、槽液固體分及灰分、槽液pH 以及高沸點(diǎn)助劑含量等，任何細(xì)微參數(shù)的調(diào)整都會反映在電泳涂膜的粗糙度上。以下結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)，對一些影響電泳粗糙度的工藝參數(shù)進(jìn)行討論。

實(shí)驗(yàn)材料：BASF 陰極電泳漆CG800 色漿、乳液，去離子水，醋酸，高沸點(diǎn)助劑，冷軋板，等等。

實(shí)驗(yàn)儀器：泳板裝置、整流器、烘箱、膜厚儀、電泳粗糙度儀、pH 計(jì)。

實(shí)驗(yàn)過程：取電泳漆，按產(chǎn)品說明配制電泳漆槽液，攪拌熟化。

在不同槽液設(shè)置參數(shù)條件下進(jìn)行泳板實(shí)驗(yàn)，并測量泳板的粗糙度Ra(取樣長度2.5 mm)。

1.3.1 槽液溫度

從圖1 可以看出，降低槽液施工溫度有利于電泳粗糙度往好的方向轉(zhuǎn)變。槽液溫度越低，沉積反應(yīng)就越慢，電泳膜質(zhì)量也會越好；反之，溫度高，反應(yīng)快，成膜會相對粗糙。但是溫度降低會導(dǎo)致膜厚的降低，此時(shí)為了保證膜厚不變，需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整補(bǔ)償。因此為了保證整車膜厚的穩(wěn)定，必須控制溫度在指定范圍內(nèi)，而且溫度波動不能超過0.5 °C。

圖1 不同槽液溫度下的泳板電泳粗糙度Figure 1 Roughness of electrocoated plate under different bath temperatures

某主機(jī)廠電泳線為了改善電泳粗糙度，將槽液的溫度從31 °C 降至29 °C，電泳粗糙度得到了明顯的改善，整車平均電泳粗糙度從0.34 μm 降低至0.285 μm 左右。

1.3.2 槽液的pH

用醋酸調(diào)整新配槽液的pH，在不同pH 下泳板。從圖2 可以看出，只有在一定范圍內(nèi)，pH 和電泳粗糙度才呈現(xiàn)出相關(guān)性。降低pH 能有效改善電泳粗糙度，但一旦突破了這個(gè)范圍，降低槽液pH 會導(dǎo)致MEQ(中和當(dāng)量)過高，直接導(dǎo)致膜厚不足，填充性差直接會反應(yīng)到電泳粗糙度的感官質(zhì)量上。相應(yīng)地，pH 過高會導(dǎo)致成膜太快，造成局部的堆疊不均勻，電泳粗糙度也會變差。

圖2 不同槽液pH 下的泳板電泳粗糙度Figure 2 Roughness of electrocoated plate under different bath pHs

某整車廠曾通過調(diào)整槽液pH 達(dá)到了優(yōu)化電泳粗糙度的目的。該現(xiàn)場對槽液進(jìn)行殺菌處理后，電泳粗糙度偏高，后將槽液pH 從5.83 調(diào)整到5.68 時(shí)，電泳粗糙度也明顯地從0.35 μm 降低到了0.3 μm 以下。

1.3.3 高沸點(diǎn)助劑的比例

用高沸點(diǎn)助劑調(diào)整新配槽液的助劑含量，并在不同助劑含量下泳板。從圖3 可以看出，適當(dāng)補(bǔ)加助劑會達(dá)到優(yōu)化電泳粗糙度的目的，但是當(dāng)高沸點(diǎn)助劑補(bǔ)加量超過一定值時(shí)，電泳粗糙度反而變差。換言之，通過添加高沸點(diǎn)助劑來調(diào)整電泳粗糙度存在拐點(diǎn)。

圖3 不同高沸點(diǎn)助劑比例下的泳板電泳粗糙度Figure 3 Roughness of electrocoated plate at different proportions of high-boiling-point additive

1.3.4 槽液的灰分

調(diào)整新配槽液的灰分，從而改變其固體分，在不同灰分條件下泳板的粗糙度見圖4。灰分降低可以改善電泳粗糙度。該結(jié)論在多個(gè)主機(jī)廠的應(yīng)用中都得到了驗(yàn)證。要注意的是，調(diào)整槽液灰分需要考慮到對遮蓋力的影響。

圖4 不同灰分條件下的電泳粗糙度Figure 4 Roughness of electrocoated plate at different ash contents

1.4 其他影響因素

除了以上因素之外，還有別的因素會對電泳粗糙度起著明顯的影響，比如烘房的升溫速率。升溫速率越慢，電泳后的粗糙度越好，但是延長升溫速率需要考慮到烘房節(jié)拍的限制。用電泳粗糙度儀在不同的取樣長度下測量也會得到不同的測量結(jié)果，但這屬于正常的測量誤差，比如取樣長度為0.8 mm 和2.5 mm時(shí)的測量結(jié)果可能相差0.05 μm。所以在一些曲面上測量時(shí)，用2.5 mm 的取樣長度會測不準(zhǔn)，此時(shí)就應(yīng)該將取樣長度改為0.8 mm。

2 結(jié)語

本文簡要分析了陰極電泳粗糙度的影響因素，重點(diǎn)分析了幾個(gè)電泳參數(shù)對電泳粗糙度的影響，可為主機(jī)廠在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供參考。