輕卡車架電泳漆膜附著力不良的原因分析及解決方案

向麗琴，吳吉霞

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

輕卡車架一般由4 ~ 6 mm厚的熱軋鋼板經沖壓成型、鉚接或焊接而成。車架屬于車下部件，使用條件苛刻，對防腐性能的要求極高。早期熱軋鋼板涂裝的主要流程為“酸洗除氧化皮→沖壓成型→清洗或磷化→烘干→浸涂瀝青底漆→烘干→浸涂瀝青清漆”，后來改為水性浸涂和陽極電泳，目前的典型涂裝工藝則是磷化后陰極電泳涂裝或噴涂粉末涂料，涂層的耐蝕性顯著提高，并且符合環(huán)保要求[1]。其中陰極電泳涂裝因其安全、環(huán)保、涂料利用率高、可自動化生產、漆膜防腐性能好等優(yōu)點，已被絕大部分輕卡生產廠家用于車架涂裝[2]。

1 問題描述

某輕卡車架涂裝生產線為新建生產線，在前處理、電泳投槽后開展工藝調試和質量驗證時發(fā)現(xiàn)部分車架電泳漆膜附著力不良。如圖1所示，在按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》測試時附著力大于1級，不滿足附著力小于等于1級的要求，并且個別未劃格的區(qū)域也能被粘貼的膠帶拉掉(見圖2)。

圖1 車架電泳漆膜劃格試驗結果Figure 1 Cross-cut test result of electrophoretic coating on truck frame

圖2 車架電泳漆膜非劃格區(qū)被膠帶粘貼掉漆Figure 2 Exfoliation of electrophoretic coating after removing the adhesive tape at the area without cross cut

該涂裝生產線為商用車車架涂裝線，主要生產輕卡車架和客車底盤車架，生產節(jié)拍為64 UPH(指每小時生產的車架數(shù))，前處理電泳為步進式，采用自行小車輸送方式，一掛4個車架。具體工藝流程為：熱水洗→脫脂→水洗→表面調整→磷化→水洗→去離子水洗→陰極電泳→超濾液洗→去離子水洗→電泳烘干→下線。

同一掛生產的車架，相同部位的漆膜附著力有的合格，有的不合格；同一臺車架，不同部位的漆膜附著力有的合格，有的不合格。總之，漆膜附著力不良現(xiàn)象沒有規(guī)律。

2 原因分析

導致電泳涂裝附著力不良的因素有很多，最常見的有脫脂不良，漆膜烘烤不足而固化不完全。另外，底材與前處理不匹配，磷化成膜質量差，工件電泳前被污染，電泳槽液顏基比失調，電泳漆膜過烘烤等，都有可能導致電泳漆膜附著力不良。

核對脫脂、表調、磷化、電泳等前處理工序的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)它們都在管控范圍之內；對涂裝過程進行排查，排除了電泳涂料導致附著力不良；檢查電泳烘干狀態(tài)，排除了烘烤不足或者不良。因此，從車架涂油量、脫脂效果、磷化成膜質量、基板表面質量等方面著手，進行逐一分析。

2.1 車架涂油過量

車架工件表面涂油量非常大，部分工件存在淌油、滴油的情況(見圖3)，導致涂裝前脫脂負擔重，存在除油不凈的風險。

圖3 車架表面涂油狀態(tài)Figure 3 Greased surfaces of truck frame

2.2 脫脂效果不良

因車架工件為灰黑色，在現(xiàn)場觀察時條件有限，脫脂后目視無法準確判斷工件表面是否除油干凈。于是收集現(xiàn)場車架各部件所用油品，并定量涂抹在200 mm × 100 mm的普通車架熱軋鋼試板表面，放置7 d后采用現(xiàn)場脫脂工作液進行除油試驗，溫度(50 ± 1) °C，游離堿度(10 ± 1)點，以約120次/min的頻率手工擺動，脫脂時間根據(jù)脫脂效果而定，為3 ~ 5 min。試板表面油脂被完全除凈時表面水膜連續(xù)，潤濕率(指水膜面積占總面積的百分數(shù))為100%；反之，水膜不連續(xù)，潤濕率小于100%。除油時間越短，而潤濕率越高，除油效果就越好。

從表1可知，部分油品難以除凈，如7號、8號、10號等，此類油品使用在工件上后，在涂裝過程中可能存在脫脂效果不良的現(xiàn)象，最終引起漆膜附著力不良的質量問題。

表1 涂覆不同油品的試板除油不同時間后的潤濕率Table 1 Wettability of specimens coated with different oils after degreasing for different time

2.3 磷化效果不佳

為了進一步分析磷化是否對電泳漆膜附著力產生不良影響，采用車架縱梁沖孔邊角料(屬于普通熱軋鋼板，氧化膜未去除)為基板，在現(xiàn)場隨線進行磷化，并用Hitachi TM4000plus掃描電鏡(SEM)觀察磷化膜的表面形貌。如圖4所示，磷化效果不佳，磷化膜稀疏、不連續(xù)，晶粒粗大，呈支狀和片狀，表面存在大量裂縫和破損的缺口，但是缺口處的磷化膜完整，呈均勻致密的粒狀。

圖4 車架普通熱軋鋼板上磷化膜的掃描電鏡圖像Figure 4 SEM image of phosphating film on hot-rolled steel sheet of truck frame

采用寶鋼的水洗拋丸熱軋鋼板(簡稱BMD板)隨線磷化。從圖5可知，BMD板表面的磷化膜呈均勻、致密的粒狀結構，顆粒尺寸約為2 μm。

圖5 車架BMD板磷化膜的掃描電鏡圖像Figure 5 SEM image of phosphating film on BMD sheet of truck frame

熱軋鋼板表面一般存在致密的氧化膜，在沖壓成型、鉚焊、轉接等過程中部分氧化膜會破損和脫落。圖4中的缺口應該就是氧化膜破損脫落所致，該處磷化成膜良好，形貌與BMD板表面磷化膜相近。氧化膜未破損處的磷化膜形貌則較差。

對車架涂裝前縱梁表面沖壓缺陷取樣分析，如圖6所示，樣片表面存在明顯的沖壓缺陷，在掃描電鏡下觀察可見部分氧化膜已脫落，呈疏松的片狀分布。這說明氧化膜與基材之間的結合力不良，直接對其電泳所得的漆膜附著力也就不良。

圖6 車架表面氧化膜被破壞部位的數(shù)碼照片(a)和電子顯微圖像(b)Figure 6 Digital photo (a) and electron micrograph (b) of oxide film at the defective area on the surface of truck frame

對車架普通熱軋鋼板表面不同部位的氧化膜進行批量打磨或不打磨，隨線涂裝后檢測電泳漆膜附著力。結果顯示，氧化膜被打磨去除的部位上電泳漆膜的附著力100%為0級，而氧化膜未打磨區(qū)域的漆膜附著力不合格。這進一步證明了普通熱軋鋼板表面氧化膜的存在是導致車架電泳漆膜附著力不良的關鍵因素。

3 解決措施

3.1 車架工件油品管控

嚴格管控板材從生產、儲存到沖壓成型過程所用的防銹油和拉延油品，統(tǒng)一采用經過涂裝確認的適宜油品，嚴格規(guī)范和控制各環(huán)節(jié)的涂油量，防止涂油過量。

3.2 車架普通熱軋鋼板上氧化膜的清除

為保證車架涂層的初始附著力和長期防腐性能，磷化前必須清除普通熱軋鋼板表面的氧化膜。

普通熱軋鋼板氧化膜的去除方法有化學法、機械法以及化學法與機械法相結合?；瘜W法一般指酸洗，酸洗板表面質量好、防腐性能佳，但酸洗過程存在酸污染，如在涂裝區(qū)域內操作，酸霧對涂裝設備危害大。傳統(tǒng)機械法一般為干式拋丸或噴砂，獲得的板材表面較粗糙，防腐性能不如酸洗板。新型濕式拋丸在水下進行，得到的板材表面質量好，粗糙度可控，效果與酸洗接近。有些時候去除氧化膜是在出廠前由鋼材廠家統(tǒng)一進行，也有些時候是由車架及零部件生產廠家負責。國內少數(shù)鋼材廠家已實現(xiàn)濕式拋丸量產，如太鋼的ESP技術和寶鋼的BMD技術。

本工藝的生產線在設計時并未規(guī)劃拋丸線，初投產階段所有車架板材均為普通熱軋鋼板。全系改用寶鋼BMD板后氧化膜的去除率在99%以上，車架電泳漆膜附著力不良的問題得以解決。

4 結語

車架電泳涂裝要取得良好的防腐蝕涂層，在生產過程中應對人、機、料、法、環(huán)、測等各個環(huán)節(jié)進行嚴格把關，吸取行業(yè)內前輩們已達成的共識和積累的經驗，盡可能防止涂裝失效。