作者单位：江苏长虹汽车装备集团有限公司
关键词：电泳涂装、主要工艺参数、涂装方法
引言：汽车的涂装已有六十多年的历史,近三十年内,取得显著的发展。尤其在近十年中有了突飞猛进的发展，但因各国的条件不同，汽车涂装的工艺水平也不平衡，美国和西欧的汽车涂装工艺较先进。开发了不少的新的涂装技术和涂装新材料。我国汽车的涂装近几年发展较快。有些大公司的涂装线，也具有世界先进的水平。如一汽的大众的新30万辆涂装线：一汽二轿的15万辆轿车涂装线、解放卡车的1万辆涂装线、上海大众公司涂装线、奇瑞公司的轿车涂装线等都具有世界的一流水平。
理论简介
轿车涂装是最典型的工业涂装，一条轿车涂装线理想经济产量为20-30万台/年，生产节奏快（国内的理想经济产量为5万台/年）因此必须采用高效快速先进的涂装工艺，必须装备最先进的运输和涂装设备，才能达到优质、高产、低消耗。轿车涂装都有多层涂装，一般为3层或4层涂层体系，电泳涂装作为第一层底漆涂膜，其重要性可想而知。
电泳涂装（electro-coating）是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。电泳涂装的原理发明于20世纪30年代末，但开发这一技术并获得工业应用是在1963年以后，电泳涂装是近30年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法，是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺。具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点，迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用。
电泳涂装是把工件和对应的电极放入水溶性涂料中，接上电源后，依靠电场所产生的物理化学作用，使涂料中的树脂、颜填料在以被涂物为电极的表面上均匀析出沉积形成不溶于水的漆膜的一种涂装方法。电泳涂装是一个极为复杂的电化学反映过程，其中至少包括电泳、电沉积、电渗、电解四个过程。电泳涂装按沉积性能可分为阳极电泳（工件是阳极，涂料是阴离子型）和阴极电泳（工件是阴极，涂料是阳离子型）；按电源可分为直流电泳和交流电泳；按工艺方法又有定电压和定电流法。
电泳涂装的设备
电泳涂装的设备是由电泳槽、搅拌装置、涂料过滤装置、温度调节装置、涂料管理装置、直流电源装置、电泳涂装后的水洗装置、超滤装置、烘烤装置、备用罐等组成。
电泳槽槽体的大小及形状需根据工件大小、形状和施工工艺确定。在保证一定的极间距离条件下，应尽可能设计小些。槽内装有过滤装置及温度调节装置，以保证漆液一定的温度和除去循环漆液中的杂质和气泡。搅拌装置可使工作漆液保持均匀一致，多采用循环泵，漆液的循环一般每小时4～6次，当循环泵开动时，槽内漆液液面应均匀翻动。涂料管理装置的作用在于补充调整涂料成分，控制槽液的PH值，用隔膜电极除去中和剂和用超滤装置排除低分子量成分等。电泳电源的选择，一般采用直流电源。整流设备可采用硅整流器或可控硅。电流的大小与涂料的性质、温度、工作面积、通电方式等有关，一般为30～50A/㎡。水洗装置用于电泳涂装前后工件的冲洗，一般用去离子水，但需加压设备，常用的是一种带螺旋体的淋洗喷嘴。烘烤装置用来促进电泳涂料的干燥成膜，可采用电阻炉、感应电热炉和红外线烘烤设备。烘房设计要有预热、加热和后热三段，应根据涂料的凭证和工件的情况制订。
影响电泳涂装的主要工艺参数
1、电压
电压涂装采用的是定电压法，设备相对简单，易于控制。电压对漆膜的影响很大；电压越高，电压漆膜越厚，对于难以涂装的部位可相应提高涂装能力，缩短施工时间。但电压过高，会引起漆膜表面粗糙，烘干后易产生“橘皮”现象。电压过低，电解反应慢，漆膜薄而均匀，泳透力差。电压的选择由涂料种类和施工要求等确定。一般情况下，电压与涂料的固体分及漆温成反比，与两级间距成正比。钢铁表面为40～70V，铝和铝合金表面可采用60～100V，镀锌件采用70～85V（阴极电泳200-350V，高压型阳极电泳150-250V，低压型阳极电泳50-100V）。
2、电泳时间
漆膜厚度随着电泳时间的延长而增加，但当漆膜达到一定厚度时，继续延长时间，也不能增加厚度，反而会加剧副反应；反之，电泳时间过短，涂层过薄。电泳时间应根据所用的电压，在保证涂层质量的条件下，越短越好。一般工件电泳时间为1至3分钟，大型工件为3至4分钟。如果被涂物件表面几何形状复杂，可适当提高电压和延长时间。
3、涂料温度
涂料温度高，成膜速率快，但漆膜外观粗糙，还会引起涂料变质；温度低，电沉积量少，成膜慢，涂膜薄而致密。施工过程中，由于电沉积时部分电能转化成热能，循环系统内机械摩擦产生热量，将导致涂料温度上升。一般漆液温度控制在某些方面15～30℃（25-30）。
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4、涂料的固体分和颜基比
市售的电泳涂料的固体分一般为50%左右，施工时，需用蒸馏水将涂料固体分控制在10%～15%。固体含量大低，漆膜的遮盖力不好，颜料易沉淀，涂料的稳定性差。固体分过高，粘度提高，会造成漆膜粗糙疏松，附着力差。一般颜基比为1比2 左右，高光泽电泳涂料的颜基比可控制在1比4。由于实际操作中，涂料的颜料量会逐渐下降，必须随时添加颜料分高的涂料来调节。
5、涂料的PH值
电泳涂料的PH值直接影响槽液的稳定性。PH值过高，新沉积的涂膜会再溶解，漆膜变薄，电泳后冲洗会脱膜。PH值过低，工件表面光泽不一致，漆液的稳定性不好，已溶解的树脂会析出，漆膜表面粗糙，附着力降低。一般要求施工过程中，PH值控制在7.5～8.5之间（阴极极电泳5.8-6.8，高压型阳极电泳7-8，低压型阳极电泳7.5-8.5）。在施工工程中，由于连续进行电泳，阳离子的铵化合物在涂料中积蓄，导致PH值的上升。可采用补加低PH值的原液，更换阴极罩蒸馏水，用离子交换树脂除去铵离子，采用阳极罩等方法降低PH值。若PH值过低时，可加入乙醇铵来调节。
6、涂料电阻
被涂物件从前一道工序带入电泳槽的杂质离子等引起涂料电阻值的下降，从而导致漆膜出现粗糙不均和针孔等弊病。在涂装施工中，需对涂料进行进化处理。为了得到高质量涂膜，可采用阴极罩设备，以除去铵及钙、镁等杂质正离子。
7、工件与极间距
距离近，沉积效率高。但距离过近，会使漆膜太厚而产生流挂、橘皮等弊病。一般距离不低于20cm（一般为150-500mm）。对大型而形状复杂的工件，当出现外部已沉积很厚涂膜，而内部涂膜仍较薄时，应在距离阴极较远的部位，增加辅助阴极。
电泳涂装的方法
⑴一般金属表面的电泳涂装，其工艺流程为：
预清理→上线→除油→水洗→除锈→水洗→中和→水洗→磷化→水洗→钝化→电泳涂装→槽上清洗→超滤水洗→烘干→下线
⑵被涂物的底材及前处理对电泳涂膜有极大影响。铸件一般采用喷砂或喷丸进行除锈，用棉纱清除工件表面的浮尘，用80#～120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。钢铁表面采用除油和除锈处理，对表面要求过高时，进行磷化和钝化表面处理。黑色金属工件在阳极电泳前必须进行磷化处理，否则漆膜的耐腐蚀性能较差。磷化处理时，一般选用锌盐磷化膜，厚度约1～2цm，要求磷化膜结晶细而均匀。
⑶在过滤系统中，一般采用一级过滤，过滤器为网袋式结构，孔径为25～75цm。电泳涂料通过立式泵输送到过滤器进行过滤。从综合更换周期和漆膜质量等因素考虑，孔径50цm的过滤袋最佳，它不但能满足漆膜的质量要求，而且解决了过滤袋的堵塞问题。
⑷电泳涂装的循环系统循环量的大小，直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。加大循环量，槽液的沉淀和气泡减少；但槽液老化加快，能源消耗增加，槽液的稳定性变差。将槽液的循环次数控制6～8次/h较为理想，不但保证漆膜质量，而且确保槽液的稳定运行。
⑸随着生产时间的延长，阳极隔膜的阻抗会增加，有效的工作电压下降。因此，生产中应根据电压的损失情况，逐步调高电源的工作电压，以补偿阳极隔膜的电压降。
⑹超滤系统控制工件带入的杂质离子的浓度，保证涂装质量。在此系统的运行中应注意，系统一经运行后应连续运行，严禁间断运行，以防超滤膜干枯。干枯后的树脂和颜料附着在超滤膜上，无法彻底清洗，将严重影响超滤膜的透水率和使用寿命。超滤膜的出水率随运行时间而呈下降趋势，连续工作30～40天应清洗一次，以保证超滤浸洗和冲洗所需的超滤水。
⑺电压涂装法适用于大量流水线的生产工艺。电泳槽液的更新周期应在3个月以内。以一个年产30万份钢圈的电泳生产线为例，对槽液的科学管理极为重要，对槽液的各种参数定期进行检测，并根据检测结果对槽液进行调整和更换，一般按如下频率测量槽液的参数：
电泳槽、超滤液及超滤清洗液、阳（阴）极液、循环洗液、去离子清洗液的PH值、固体含量和电导率 每天一次；颜基比、有机溶剂含量、试验室小槽试验 每周2次。
⑻对漆膜质量的管理，应经常检查涂膜的均一性和膜厚，外观不应有针孔、流挂、橘皮、皱纹等现象，定期检查涂膜的附着力、耐腐蚀性能等物理化学指标。检验周期按生产厂家的检验标准，一般每个批次都需检测。
结语
国内汽车涂装的水平已经接近世界领先水平，在具备先进设备的同时，为了确保电泳涂装的质量稳定，必须进行科学的全面的涂装工艺流程，这样才能确保电泳涂膜的质量。
论文作者:徐青松
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
标签：电泳论文; 涂装论文; 涂料论文; 漆膜论文; 工件论文; 电压论文; 阳极论文; 《工程管理前沿》2019年22期论文;