卷對(duì)卷連續(xù)電泳漆應(yīng)用性能的綜合評(píng)價(jià)方法

董昌林

（富士康科技集團(tuán)富頂精密組件(深圳)有限公司，廣東 深圳 518110）

卷對(duì)卷連續(xù)高速電鍍生產(chǎn)工藝因成本低、生產(chǎn)效率高、鍍層品質(zhì)穩(wěn)定、鍍液易管理等優(yōu)點(diǎn)而深受廣大電鍍生產(chǎn)企業(yè)的青睞。據(jù)表面處理業(yè)界統(tǒng)計(jì)，卷對(duì)卷連續(xù)電鍍生產(chǎn)工藝約占整個(gè)電子接插件產(chǎn)品表面處理方式的50%左右，并且有逐年增加之勢(shì)。傳統(tǒng)電泳漆涂層的生產(chǎn)主要以滾掛鍍?yōu)橹?，生產(chǎn)效率低，良率達(dá)不到要求，不能滿足大量生產(chǎn)的需求。將電鍍和電泳漆兩種工藝結(jié)合在一起的卷對(duì)卷連續(xù)高速處理工藝的開(kāi)發(fā)是業(yè)界的新嘗試。

筆者所在公司是傳統(tǒng)的電鍍生產(chǎn)企業(yè)，某金屬機(jī)架外表面需開(kāi)發(fā)彩色絕緣涂層，局部又要求有導(dǎo)電金屬電鍍層，因此需要在卷對(duì)卷聯(lián)機(jī)電鍍生產(chǎn)中增加電泳涂層工藝，而電泳漆開(kāi)發(fā)是新工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重點(diǎn)，在電泳漆開(kāi)發(fā)過(guò)程中共尋找到5 家電泳漆供應(yīng)商(分別記為RB、YL、RZ、HQ 和HX)。在前期廠內(nèi)產(chǎn)品大量手工實(shí)驗(yàn)中，RB 和YL 電泳漆在工件邊緣會(huì)露出客戶不能接受的金屬色而先后被淘汰，最后HQ、HX 和RZ這3 家的電泳漆(以下分別稱為A、B、C)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室評(píng)估階段，本文將介紹整個(gè)評(píng)估過(guò)程。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 配方和工藝

工藝流程主要為：電解脫脂(2 A，30 s)→酸洗(5 s)→鍍鎳(2 A，30 s)→電泳(60 V，30 s)→烘烤(180 °C，30 s)。

電解脫脂采用深圳三青化學(xué)工業(yè)公司的622 除油粉，配成體積分?jǐn)?shù)為70%的脫脂液。

酸洗采用深圳騰龍?jiān)垂镜?0%工業(yè)硫酸，配成體積分?jǐn)?shù)為20%的酸洗液。

鍍鎳液含70 g/L 氨基磺酸鎳(由東莞羅門哈斯化學(xué)提供)。

A、B、C 三種電泳漆均采用去離子水配制，試驗(yàn)參數(shù)均是：電泳電壓60 V，電泳溫度25 ~ 28 °C，電泳時(shí)間30 s，烘烤溫度180 °C，烘烤時(shí)間30 s。

A 的開(kāi)缸配方為：去離子水80%，樹(shù)脂20%，黑色色漿10 mL/L，藍(lán)色色漿2 mL/L。

B 的開(kāi)缸配方為：去離子水80%，樹(shù)脂20%，黑色色漿10 mL/L，藍(lán)色色漿2 mL/L。

C 的開(kāi)缸配方為：去離子水75%，樹(shù)脂25%，黑色色漿10 mL/L。

1.2 性能檢測(cè)方法

1.2.1 電泳漆的基本性能

1.2.1.1 沉積速率

良好的沉積速率是卷對(duì)卷連續(xù)電鍍電泳的關(guān)鍵。選取一段CuTi 材質(zhì)的沖壓后端子，依上述流程試驗(yàn)后取樣品做切片分析。將切片放于金相電子顯微鏡下檢測(cè)涂膜厚度，以判斷電泳漆的沉積速率，涂膜厚度越大，則電泳漆的沉積速率越高。不同試件檢測(cè)的部位相同，取5 個(gè)點(diǎn)，得平均值。

1.2.1.2 泳透力

電泳漆的泳透力類似于電鍍藥水的深鍍能力，是指電泳涂料工作液在電場(chǎng)作用下，令工件背離陰極(或陽(yáng)極)的部位電泳上漆的能力。泳透力越高，涂覆能力越強(qiáng)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的立體型電子連接器產(chǎn)品時(shí)就越容易上膜。采用鋼管法測(cè)定電泳漆泳透力：取一根高220 mm、外徑25 mm、內(nèi)徑20 mm 的不銹鋼管，將凈長(zhǎng)230 mm(電泳漆浸泡高度200 mm)、寬15 mm、厚1 mm 的鋼板條插入其中，鋼板條的涂裝情況即可反映出電泳漆工作液對(duì)工件內(nèi)腔的泳涂能力。如圖1 所示，電泳槽是高240 mm、內(nèi)徑54 mm 的筒形塑料容器，電極采用周長(zhǎng)185 mm、高100 mm 的薄紫銅片圍成圓角狀，緊貼電泳槽內(nèi)壁放置，并在此電極上引出導(dǎo)線。分別用不同的電泳漆進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比它們的泳透力。

圖1 泳透力試驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of the setup for testing the throwing power of electrophoretic paint

以內(nèi)板(空腔)的泳涂高度和外表面的涂膜高度之比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，泳透力 = [(實(shí)膜高度 + 1/2 虛膜高度)÷電泳漆浸泡高度]×100%，其中實(shí)膜和虛膜如圖2 所示。

圖2 鋼板條電泳后實(shí)膜與虛膜的示意圖Figure 2 Schematic diagram showing the internal height and total height of coating on steel strip after electrophoretic painting

1.2.2 電泳涂層的性能

統(tǒng)一以250 mm × 40 mm × 0.15mm 的磷銅片為基體，按1.1 節(jié)所述流程泳板。

1.2.2.1 外觀目視A、B、C 三種電泳涂層的外觀，要求允許的電流范圍足夠?qū)?，而且涂層均勻、?xì)致，不能存在針孔、麻點(diǎn)、毛刺、斑點(diǎn)、燒焦、露底等瑕疵。

1.2.2.2 附著力

參考國(guó)標(biāo)GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的劃痕試驗(yàn)》做百格試驗(yàn)，按0B、1B、2B、3B、4B、5B、6B 七級(jí)分類評(píng)價(jià)漆膜從底材分離的抗性。

試驗(yàn)方法；刀口寬度為10 ~ 12 mm，以1.0 ~ 1.2 mm 為間隔，先劃出10 條間隔相同的直線刀痕，再沿與以上直線刀痕垂直的方向劃下，形成10 × 10 排布的正方形，注意刀應(yīng)劃至底材。劃完后將3M 膠帶貼于百格位置，以手指按壓，令膠帶緊密貼附，再瞬間用力將膠帶撕起，目視涂層是否有脫落。

1.2.2.3 硬度

參考國(guó)標(biāo)GB/T 6739–1996《涂層硬度鉛筆測(cè)定法》，在鉛筆硬度試驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)電泳膜層的硬度，載荷5 N，測(cè)試速率0.5 ~ 1.0 mm/s，使用三菱UNT 型鉛筆，劃線長(zhǎng)度至少3 mm，觀察每支鉛筆是否在樣品表面產(chǎn)生刮痕，以由硬到軟的順序來(lái)判斷，第一支不留下刮痕的鉛筆就是最終的鉛筆硬度測(cè)試結(jié)果。

1.2.2.4 耐堿性

將被測(cè)樣品置于裝有5%氫氧化鈉溶液的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.2.2.5 耐酸性

將被測(cè)樣品置于裝有5%硫酸溶液的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.2.2.6 耐溶劑性

將被測(cè)樣品置于裝有二甲苯的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.2.2.7 耐沸水

將被測(cè)樣品置于裝有沸水的燒杯中，恒溫加熱，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.2.2.8 耐蝕性

按ANSI/ASTM G85-09Standard Practice for Modified Salt Spray (Fog) Testing標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鹽霧測(cè)試，在溫度(35 ± 2) °C，相對(duì)濕度大于95%，鹽水溶液pH 為6.5 ~ 7.2，每80 cm2降霧量1 ~ 2 mL/h 的條件下連續(xù)噴霧12 h，以鍍層出現(xiàn)紅銹的最短時(shí)間作為評(píng)價(jià)鍍層耐蝕性的依據(jù)。

1.2.2.9 耐溫濕度循環(huán)

將樣品置于KTHC-615TBS 型恒溫恒濕試驗(yàn)箱(溫美電氣廠)中，依以下條件測(cè)試：“在25 °C、相對(duì)濕度50%之下停留5 min”→“2 h 內(nèi)升溫至65 °C，達(dá)到相對(duì)濕度30%后停留4 h”→“1 h 內(nèi)升溫至65 °C，在相對(duì)濕度90%之下停留72 h”→“1 h 內(nèi)升溫至65 °C，在相對(duì)濕度30%之下停留4 h”→“2 h 內(nèi)降溫至25 °C，在相對(duì)濕度30%之下停留1 h”→“20 min 內(nèi)降溫至25 °C，在相對(duì)濕度50%之下停留30 min”。產(chǎn)品取出后，觀察裁切口有無(wú)生銹，表面顏色有無(wú)變化，電泳層有無(wú)脫落、起泡等不良現(xiàn)象。

1.2.3 電泳漆的成本分析

1.2.3.1 添加劑的采購(gòu)成本

統(tǒng)計(jì)各生產(chǎn)廠家的電泳漆銷售單價(jià)，比較高低。

1.2.3.2 電解消耗成本取不同電泳漆開(kāi)缸液各1 000 mL，以60 A/dm2的電流密度電解100 h，再采用電解消耗后的電泳液進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，依黃銅試片的光亮狀況適當(dāng)補(bǔ)充添加劑至開(kāi)缸水平，反復(fù)試驗(yàn)3 次，取單位電量消耗添加劑體積的平均值作為添加劑的標(biāo)準(zhǔn)消耗量[單位：mL/(kA·h)]。

1.2.4 電泳漆的環(huán)保特性評(píng)價(jià)

1.2.4.1 總磷

按照1.1 節(jié)開(kāi)缸，依GB/T 11893–1989《水質(zhì) 總磷 規(guī)定鉬酸銨分光亮度法方法》測(cè)定總磷含量。

1.2.4.2 重金屬及其他有害物質(zhì)含量

RoHS(關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令)規(guī)定，在電子電器產(chǎn)品中限制使用6 類有害環(huán)境物質(zhì)，鍍層中有害成分超標(biāo)的產(chǎn)品不準(zhǔn)進(jìn)入歐盟市場(chǎng)。于是按照1.1 節(jié)開(kāi)缸后，參照IEC 62321:2013Determination of Certain Substances in Electrotechnical Products系列標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚的含量。

1.2.4.3 化學(xué)需氧量

按照1.1 節(jié)開(kāi)缸，依GB/T 11914–1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》檢測(cè)電泳漆工作液的COD。

2 結(jié)果與討論

3 種電泳漆的綜合使用性能評(píng)價(jià)見(jiàn)表1，附著力測(cè)試前后的試樣照片分別見(jiàn)圖3 和圖4。3 種電泳漆的電解消耗量有明顯差距，B 電泳漆的電解消耗量最低，A 電泳漆排第二，C 電泳漆最大，而3 種電泳漆的成本并不相同。假設(shè)3 種電泳漆的密度相同，那么單價(jià)乘以電解消耗量便可簡(jiǎn)單視之為單位電量的電泳漆消耗成本，A、B、C 電泳漆分別為880、780 和750 元/(kA·h)。誠(chéng)然，C 消耗量最大，但采購(gòu)成本上有巨大優(yōu)勢(shì)，其單位電量的消耗成本最小。如果單憑電解消耗量來(lái)選，那就是B，但綜合來(lái)看是C 最好，A 則是單位電量消耗成本最大的。在質(zhì)量有保證的前提下，選用單位電量消耗成本低的電泳漆才能最大限度地降低生產(chǎn)成本。

圖3 3 種電泳漆樣品的外觀照片F(xiàn)igure 3 Appearance of three kinds of as-prepared electrophoretic coating samples

圖4 3 種電泳漆樣品百格試驗(yàn)后的外觀照片F(xiàn)igure 4 Appearance of three kinds of electrophoretic coating samples after cross-cut test

表1 3 種電泳漆各項(xiàng)性能測(cè)試的結(jié)果與綜合評(píng)價(jià)Table 1 Test results and comprehensive evaluation of three kinds of electrophoretic paints and their coatings

總磷及化學(xué)需氧量是兩項(xiàng)最重要的環(huán)保技術(shù)指標(biāo)。電泳漆添加劑大部分為有機(jī)物，因此有較高的COD，而磷均未檢出。

總的量化評(píng)分結(jié)果顯示，A 電泳漆具有比其他兩種電泳漆更好的使用性能，可作為連續(xù)電鍍電泳生產(chǎn)線的首選。

3 結(jié)語(yǔ)

本文建立了連續(xù)卷對(duì)卷高速電鍍電泳工藝所用電泳漆的綜合試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法和量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮了漆液的沉積速率、滲透力，漆膜外觀、附著力、硬度、耐堿性、耐酸性、耐溶劑性、耐沸水性、耐中性鹽霧腐蝕性，以及采購(gòu)成本、電解消耗成本、總磷、COD、六類有害物質(zhì)等16 項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確保企業(yè)選用質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、高效及環(huán)保的電泳漆應(yīng)用于卷對(duì)卷電鍍電泳連線生產(chǎn)。