1、电泳涂装技术一、电泳涂装技术及优点 什么是电泳涂装技术 电泳涂装技术是上世纪中叶才研制出的一门较新兴的涂装技术，它是以水性树脂为主要成膜基料配置成工作液，导电工件浸泡在工作液内，采用电泳法（亦称电沉积法）进行涂装，将成膜基料沉积在工件表面，经固化成膜的一种涂装技术。1809 年俄国科学家列斯首先发现了电泳现象，1950 年 Ford 汽车公司开始从事电泳涂装技术的研究，1961 年美国 PPG 公司与 Ford 公司共同建立起一条电泳涂装车轮的生产线，1963 年电泳涂装成功地用于汽车车身地涂装。 电泳涂装在实际应用中显示出地高效、安全、经济等优点，受到世界各国地普遍重视，得到了广泛地应用。1
2、969 年在电泳涂装线上使用了超虑系统，解决了电泳涂装中冲洗浮漆回收问题和工作液净化问题。由于工件带出地漆液得到回收，大大减少了涂装地损失，提高使用效率，减少了环境污染。1976 年美国 PPG 公司研制出阴极电泳漆，并运用于汽车车轮地涂装，由于阴极电泳漆地使用，电泳涂装涂层地耐蚀性得到较大地提高，很快在电泳涂装中替代了阳极电泳涂装。随着新型阴极电泳漆地开发，阴极电泳涂装已成为最重要地涂装方式之一。 电泳涂装技术的优点： 1 底涂工序可实现自动化，适用于流水作业。 相对于喷涂工艺而言，电沉积工艺虽然一次性投资较大，但投槽后两至三年内就可收回高于常规喷涂工艺的部分成本。另外 ，电沉积工艺的能量消
3、耗和保养费用大大低于常规喷涂工艺。 2 可控性 工作槽液容量较大使涂料及工艺参数的变化减到最小。 操作工艺参数已有明确的规定，且是以丰富经验为基础，依靠调整电压，容易得到均一目标的膜厚，通过选择不同品种的电泳漆和调整泳涂工艺参数 ，膜厚可控制在 10-35 m 范围内。工件间和不同日期所沉积的涂膜 ( 如膜厚及性能 ) 重视性好。 喷涂、浸涂等涂装法涂装不到的部位和涂料难以进入的部位已能涂上漆膜 ; 且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉 ，从而使工件内腔，焊缝，边缘等处的耐蚀性显著提高。 3 高效性 若槽操作参数及设备维护得当,涂料的有效利用率可高达 95%以上，工作液是低固体份的水稀释液，粘
4、度与水相似，原漆带出槽外的量很少。泳涂的湿漆膜是水不溶性的，泳后可 UF 液封闭清洗，回收带出槽外的漆液。 4 低污染性，高安性 与其他溶剂型涂料，水性涂料相比，因其溶剂含量少，且低浓度，故无火灾危险，对水源和大气污染少。 采用 UF 和 RO 装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。 5 电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性。 电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量也低，在烘干过程中不会象其它涂料样产生流痕、溶落、积漆等弊病。电泳水洗后的涂膜相对干燥，因此晾干时间短，可直接进入高温固化。 电泳涂装技术具有的特点 ：和传统的涂装方式相比，电泳涂装具有如下如下特点 a) 低污染、高安
5、全性 由于电泳涂装技术是以水为稀释分散介质，几乎没有发生火灾的危险。采用 UF 和 RO装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量，减少了对操作人员的毒害及对环境的污染。 b) 自动化程度高 电泳涂装适宜于大规模生产的工业涂装线，可实现涂装线的机械化、自动化。年产万辆以上汽车涂装线宜采用此涂装方式。 c) 防腐性能高 电泳涂装能均匀的涂覆在工件表面上，对边、角、内腔、缝隙等处同样能获得良好的防护涂层。所以适用于造型及结构复杂的金属工件的涂装，比常规涂装效果更好。涂层致密，厚度均匀可控。目前阴极电泳涂装涂层耐盐雾性能不低于 1000h，在通常条件下保证车体 15 年不锈蚀。 d) 使用效
6、率高、具有较高的性价比。 电泳漆工作液的不挥发物含量低，一般为（1220） ，带出量小，目前广泛使用的超虑工艺，提高了电泳漆的利用率，可达到 98以上。湿膜含水率低，可显著缩短烘干前水分蒸发的时间，缩短周期，提高工效，同时电泳涂装工艺参数易于调整，涂装质量稳定。可减少操作工人，综合成本远低于传统涂装方式。虽较传统涂装方式静电喷涂相比一次性投入成本高，但一般不超过 3 年即可收回电泳涂装成本。 正是由于电泳涂装具有如此多的优点，三十多年来已使它在涂装工业的各个领域，尤其是在汽车行业中获得广泛的应用。但也有它的限制，主要表现在两个方面： e) 电泳湿膜含水率虽低，但仍旧含有（1020）的水分，由于
7、水的蒸发潜热高，因此在涂层干燥过程中所消耗的热能相对高些；由于使用水，所以不能用于对水敏感的材质，而且电泳涂装方法只适用于导电底材。 f) 电泳涂装线设备较多，工艺环节复杂，专业技术要求较高。建线时应考虑培养一批技术及管理人员。 二、 电泳涂装工艺介绍2.1、脱脂： 钢板冲压的拉延油，钢材储运时的防锈油脂，机加时的乳化液、热处理时的冷却油、操作者手上的油迹和汗迹等，不仅阻碍了磷化膜的形成，而且影响涂层的结合力、干燥性能 、装饰性能、防腐蚀性能，在涂装前必须进行去除。 有效的车身车间清洗设备应具有分散并除掉车身上矿物油，润滑剂及冲压拉延油。用高压水及皂液进行良好的预清洗能提高磷化作业效果。清洗也
8、可减少带入电泳槽的或电泳涂膜烘干时发生缩孔的污染物。漆膜烘干时出现缩孔的问题在翻边及焊缝处最明显。预清洗系统包括清除金属屑及焊渣， 它们是磷化和电泳槽内的污染物的来源。车底板亦是预清洗操作的重点部位之一。脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂材料。a.脱脂温度总的说来，脱脂温度越高，脱脂越彻底。这是因为：温度可视油污的物理特性发生变化，提高温度使油污粘度降低，甚至形成液滴而利于去除。促进化学反应进行温度升高，可加快化学反应进行。加速表面活性剂分子的运动，促进浸润、乳化、分散作用。温度升高，溶液对油污的溶解能力也提高。但并不是所有的清洗剂都是温度越高越好，过高的温度，会使表面
9、活性剂聚集，吸附在工件上，造成磷化膜发花不均，因此，每种脱脂剂多有自己的温度使用范围。脱脂时间脱脂工序必须有足够的脱脂时间，增加脱脂时间，能提高脱脂效果，油污越多，脱脂时间就需要越长。机械作用在脱脂中，借助压力喷射、机械搅拌等作用，迫使新鲜脱脂剂与工件良好的接触，脱脂液均匀，提高渗透和破坏油膜的能力，迫使油污脱离工件表面并乳化分散在脱脂剂中，防止油污的再吸附，有利于提高脱脂效果。脱脂材料脱脂材料的选择和使用方法对脱脂效果影响很大。脱脂材料选择的注意事项：b.被处理零件的材质因为不同的金属在碱液中具有不同的腐蚀界限，必须选择合适 PH 值的脱脂剂。c.油污的种类和数量根据零件上油污的化学性质，物
10、态，对底材的吸附性选择脱脂剂。d.脱脂剂的正确选择脱脂剂的选择应考虑脱脂的方法，不同方法对脱脂剂的要求也不一样，如：喷淋式就选用低泡型，全浸式就选用高脱脂性的。注意与下道工序的配合不同类型的脱脂剂，可以改善磷化膜的状态，对后期的磷化膜结晶状态及 P 比影响很大，因此，必须和磷化液具有良好的配套性。另外，其他因素如脱脂费用、操作安全性、三废处理等，也要必须考虑到。脱脂效果的检查检查脱脂效果的方法有很多，在大生产的现场通常是采用目视法检查，简便的方法是观察工件脱脂并水洗后表面的水膜是否连续，充分脱脂的表面水膜连续完整，无水珠悬挂。在磷化条件正常的前提下，观察磷化膜外观是否均匀完整也能检查脱脂效果，
11、只有在清洁无油污的金属表面才能形成外观完整的均匀磷化膜。2.2、磷化所谓磷化处理，就是金属表面与磷化液接触发生化学反应，在金属表面生成稳定的不溶性的无机化合物膜层的化学处理方法，所生成的膜被称为磷化膜。磷化膜的作用为：在充分脱脂的基础上能提供清洁、均一、无油的表面。由于物理与化学作用，增强基材与底漆涂层的附着力。能够提供稳定的不导电隔离层，提供金属的耐腐蚀性能。3.3.1 磷化膜的质量要求在用于电泳涂装的场合下，由于涂料与工件的界面碱度较高，为防止磷化膜的溶解，要求磷化膜具有耐碱性，即高 p 比、薄膜化。外观目视观察，好的磷化膜成银灰色、均匀完整致密、无金属亮点、无浮灰和锈蚀。影响磷化的因素影
12、响磷化的因素很多，当出现磷化质量问题时，一般可从磷化工艺参数、促进剂、磷化工艺、磷化设备、管理、被处理材料表面等几方面进行分析。磷化工艺参数的影响1）总酸度 总酸度过低，磷化液中成膜离子浓度少，磷化成膜速度减慢。2）游离酸度 游离酸度过高，不能成膜，易出现黄锈；游离酸过低，磷化液的稳定性受威胁，生成额外的沉渣。磷化液的游离酸度在正常使用过程中总会有小幅度的升高，这时要用碱进行中和调整，注意要缓缓加入，充分搅拌，否则，碱液局部过浓会产生不必要的沉渣，出现越加碱，游离酸度越高的“怪”现象。3）酸比 酸比即指总酸度与游离酸度的比值。一般根据不同的目的要求，不同的处理条件及不同的配方维持在一个适当的数
13、值。酸比较小的配方，游离酸度高，成膜速度慢，磷化时间长，所需温度高。酸比较大的配方，成膜速度快，磷化时间短，所需温度低。生产实际中，由于配方已确定，总酸度和游离酸度也都已规定在一个不大的波动范围内。4）温度 磷化处理的温度与酸比一样，也是能否成膜的一个关键因素。不同的配方都有规定的不同温度范围。应严格遵照工艺范围控制好温度，温度过高要产生大量沉渣，磷化液失去原有平衡。温度过低，成膜离子浓度总达不到溶度积，不能生成完整磷化膜。所以温度的控制非常重要。从减少沉渣，稳定槽液，保证质量来看，磷化液的温度变化越小越好。5）时间 时间过短，成膜量不足，不能形成致密的磷化膜层。时间过长，由于结晶在已形成的膜
14、上继续生长，可能产生有疏松表面的粗厚膜。促进剂的影响磷化液中的促进剂，可加快磷化反应的速度，使磷酸盐的膜沉积可继续进行下去，如果浓度不足立即反映在磷化膜外观上，可变黄、锈蚀。6) 磷化前表面调整处理的影响所谓磷化表面调整处理就是采用磷化表面调整剂使需要磷化的金属表面改变微观状态，促使磷化过程中形成结晶细小、均一、致密的磷化膜。磷化前零件的表面处理对磷化膜质量影响较大，对于高质量的汽车涂装，磷化前的表面调整已成了不可缺少的工序。工件经表面调整后表调剂的胶体微粒吸附在零件表面形成均匀的吸附层，在磷化时，这层积薄的吸附层就是一层分布均匀，数量极多的磷酸盐结晶的晶核，因而促进结晶均匀快速形成，限制了大
15、晶体的生长，结果就促使磷化膜的细化和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的差异对磷化质量的影响。2.3、 电泳电泳涂装过程分电解、电泳、电沉积、电渗四个电化学物理过程。电解：导电体在通电时产生分解的现象称为电解。电泳：在导电介质中的带电荷的胶体粒子在电场的作用下，带正电荷涂料树脂粒子和颜料粒子定向进行移动。电沉积：漆粒子在电极上的沉析现象称为电沉积。电渗：刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜，在电场的持续作用下，涂膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。2.3.1 电泳涂装法的优点：1.涂底漆工序可实现完全自动化，适用于大流水
16、生产；2.可得到均一的涂膜；3.泳透性好，提高了工件内腔的防腐蚀性，尤其阴极电泳涂膜的耐腐蚀性好；4.涂料的利用率高；5.安全性比较高，是低公害涂装（涂料） ；6.电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性；4.1.2 电泳涂装的局限性：1.一般电泳涂膜不具有的耐候性，在户外使用时需涂面膜漆；2.对挂具的管理要求较严，要确保被涂物良好的导电；3.仅适用于具有导电性的被涂物涂底漆；4.具有下列结构的被涂物不易采用电泳涂装工艺：能够带较多污物、污水进电泳槽的结构；2）能带出较多电泳槽液，多次水洗后仍积液的结构；3）在水中不能全浸没的结构。5.由多种金属组合成的被涂物；6.不能耐高温（165185）的被
17、涂物；7.对颜色有限定要求的涂装不易采用电泳涂装；2.4 电泳涂装工艺及其管理要点电泳涂装工艺一般有涂装前处理、电泳涂装、电泳后清洗、电泳涂膜的烘干等四到主要工艺（或工序）组成。涂装前处理 为得优质的、防腐蚀性好的电泳涂料涂层，电泳前被涂物必需进行表面处理，清洗掉各种污物，随后进行化学处理并进行充分的水洗。电泳涂装工序 是将被涂物浸入电泳槽中按规定的泳涂条件通电一定时间，使槽液中得成膜物质泳涂至被涂物表面上。电泳后清洗工艺 为提高电泳涂膜外观质量，防止产生再溶解、二次流痕等涂膜弊病，电泳涂装的被涂物需用超滤液清洗，最后用去离子水清洗。电泳涂膜的烘干 在规定的烘干温度下保持一定时间，达到涂膜完全
18、固化。2.4.1 电泳涂装的工艺条件（以阴极电泳涂装为例）电泳涂装的工艺条件（或工艺参数）包括四个方面 13 个条件（参数） ，其中泳涂电压和时间、槽液的固体分、温度、PH 值和电导率是现场控制和管理的主要项目。1.电泳槽液的固体分 电泳涂料（或槽液）在 110以下烘干时所留下的不挥发部分称为电泳涂料（或槽液）的固体分。它是电泳涂装的主要工艺参数之一。随着生产的进行，槽液的固体分在不断地下降，为保证电泳涂膜的质量稳定？不断补充涂料使电泳槽液的固体分严格控制在一定的范围内。2.槽液的 pH 值、电导率 它们是电导槽液的两大特征值。它们对电泳特性、槽液的稳定性和涂装效果都有较大的影响，如在阴极电泳
19、槽液中需靠适量的酸度才能保持槽液的稳定。当 pH 值高于规定值时，槽液的稳定性逐渐变差，严重时产生不溶性颗粒，槽液易分层、沉淀、电导率下降、堵塞阳极隔膜和超滤膜，涂膜外观变差，尤其水平面有颗粒，小的像针尖状，大得手膜凸出。补加中和酸使 pH 值降低；槽液的可溶性有所增加，可是对涂膜的再溶性核对设备的腐蚀性增大。另外槽液的电导率过高或过低对涂膜的厚度、外观和泳透力也有影响，随槽液的电导率的增高，泳透力也随之增高，膜厚也相对增厚。3.泳涂电压 一般是有一定的电压范围。超出泳涂电压上显得一定值时，在沉积电极上的反应加剧，产生大量气体，使沉积的涂膜炸裂，绝缘被破坏，产生异常附着，这一电压值称为破坏电压
20、。低于泳涂电压下限的某一电压值时，几乎泳涂不上涂膜（或沉积与再溶解涂膜量相抵消） ，这一电压值称为临界电压。电泳工作电压介于临界电压和破坏电压之间。泳涂电压是电泳涂装的重要工艺参数之一。在其他泳涂条件不变的场合，泳涂膜厚和泳透力随泳涂电压增高而增厚和提高。在生产实践中常借助调整泳涂电压来控制涂膜厚度。为获得优良的涂膜外观和较高的泳透力，在生产实践中一般起始电压低一些，以减轻电极反应；随后电压高一些，以提高内腔缝隙表面的泳涂质量，即分段电压的施工方法。4.槽液温度和电泳时间 槽液温度、电泳时间和泳涂电压并列为电泳涂装的三个基本工艺条件。在稳定的电泳涂装生产线上是保持稳定不变的。2.4、电泳后冲洗
21、系统 电泳后清洗有以下目的：回收槽液，提高电泳涂料的利用率，提高和改善涂膜表面质量；减轻打磨工作量，从而能提高涂层的耐腐蚀性。电泳后清洗一般有下列工序组成：槽上“0”次清洗；用循环超滤（UF）液冲洗；用循环超滤（UF）液浸洗；用新鲜超滤（UF）液淋洗；用循环去离子浸洗；最终用新鲜去离子水淋洗；这是典型的连续式后清洗工艺，采用喷淋结合的方式，以提高车身内部和焊缝的清洗质量，消除二次流痕。清洗液是逆工序补充，除部分循环去离子洗液排向污水处理外，都返回电泳槽中，形成封闭式电泳后清洗工艺。2.5、电泳烘烤 阴极电泳涂料属于热固化性涂料，必须在规定的较高温度下才能固化，其烘干过程液包括：溶剂（水分）挥发、涂膜热融化、高温热固化三个阶段。阴极电泳涂膜在热固化过程中产生较多的油盐，在较高温度、较长时间的烘干，能致使涂膜变薄，膜的平整度明显提高。工件温度和烘干时间，这两者对阴极电泳涂膜的固化十分重要，如果低于规定温度和烘干时间，则不能固化，严重影响涂膜性能。如果烘温过高，烘干时间过长，则又会产生过烘干，轻时影响中涂和面漆在电泳底漆层的附着力，严重时涂膜变脆，甚至脱落。
