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电泳涂装业发展及成功应用

发布时间:2017-04-23

一、概述
   电泳涂装技术研究起于一百多年前,基于人们对金属表面防腐防锈要求的不断提高而相关表面处理工艺技术又不能较好地解决这种需求的压力下,而被逐渐研制开发。直到60年代才由George Brewer博士及福特汽车公司研制开发成功阳极电泳漆。其最早应用于福特汽车公司的涂装线,随着阳极电泳漆生产使用,日渐暴露其漆膜中包含有金属离子造成抗蚀性差的缺陷,因而,高抗蚀性的阴极电泳漆于七十年代被开发成功,并被人们等认可并大力推广应用。之后,电泳技术发展日新月异,产品品种由环氧型树脂型发展到丙烯酸型及聚氨脂型。产品的保护品种也由汽车行业引申到自行车、摩托车及家电、轻工饰品行业,如:空调、彩电、洗衣机、摩托车、眼镜、锁具、灯具及饰品、发夹、领带夹及各个金属行业以及铝材表面防锈行业。

二、电泳涂漆之优势
1、在很凹的部位,即可形成完成均匀之保护膜,并可利用调整不同之操作电压,即可控制镀层的厚度,达到极高的防腐性,并消除了电镀过程中的厚薄不均电极效应,同时也消除了喷漆过程中的结皮、泪痕之故障。

2、涂料利用率高达95%,与喷漆法相比,减少了材料的浪费。

3、以水作溶剂,免除了火灾危险,也大大降低了水处理及空气污染,安全性提高,减少了环保设备费用。

4、可减少贵金属镀层厚度,仍可维持及超越原来镀层寿命,用彩色电泳漆可取代镀金,大大降低了生产成本。

5、生产性高,生产时间缩短。金属表面处理、电镀、皮膜等,完成后携带大量水,传统喷涂方法要先行烘干再生产,费时而且浪费能源,而电泳可连续作业,易于大量及自动化生产。

三、电泳漆之工作原理
   电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下,带电荷之涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物,沉积于工件表面。它包括四个过程: 
1、电解(分解)
   在阴极反应最初为电解反应,生成氢气及氢氧根离子OH,此反应造成阴极面形成一高碱性边界层,当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质,涂膜沉积,方程式为:H2O→OH+H
2、电泳动(泳动、迁移)
   阳离子树脂及H+在电场作用下,向阴极移动,而阴离子向阳极移动过程。
3、电沉积(析出)
   在被涂工件表面,阳离子树脂与阴极表面碱性作用,中和而析出不沉积物,沉积于被涂工件上。
4、电渗(脱水) 
   涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的,具有多数毛细孔,水被从阴极涂膜中排渗出来,在电场作用下,引起涂膜脱水,而涂膜则吸附于工件表面,而完成整个电泳过程。

四、不同类型之电泳漆之工艺路线及原因
(一)环氧型电泳漆 此类电泳漆主要用于大型工业企业,对防腐抗锈要求较高,品种有黑、灰、红、黄等各种颜色,主要用于汽车工业、自行车行业、摩托车行业、家电行业等,电泳漆膜为不透明色。

1、工艺路线 
   上挂→预清洗→脱脂→热水洗→冷水洗→酸洗→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→纯水洗→纯水洗→电泳→回收→回收→纯水洗→纯水洗→进烘箱→下挂 
2、 各工位之作用
(1)预清洗:清除金属碎骨及焊渣,消除磷化及电泳潜在的尘埃源。 
(2)脱脂:有效的清洗分散及除掉工件表面的矿物油、润滑剂及冲压拉延油,提高磷化效果及减少带入电泳膜及电泳涂膜烘干时翻边及焊缝处易引起的缩水污染物。
(3)热水洗:有效处理工件表面的遗留碱膜。 
(4)酸洗:除锈及活化金属表面。 
(5)表调:调整表面,以形成疏密均匀之磷化膜。
(6)水洗及纯水洗:充分水洗,避免前道工序之酸、碱及盐份带入电泳槽污染漆槽,影响漆膜。纯水电导率小于5μs。 
(7)电泳:在计量好电压及时间下,形成电泳膜。 
(8)纯水回收:回收水洗,减少漆液浪费,回收降低生产成本。
(9)烘烤:使漆膜在高温160℃~180℃下熟化,固化。

(二)丙烯酸及聚氨脂电泳漆
1、工艺路线 
上挂→有机溶剂除蜡→超声波除蜡→热水洗→阴极除油→阳极除油→酸洗→冲击镍(不锈钢)/预铜(锌压件)→酸铜→亮镍→闪银
   此工艺主要针对装饰性工件,要求外观漂亮及较少防腐性的轻工业产品,例如:眼镜、打火机、锁具、灯具、文具、文体用具及饰品发夹行业,此电泳漆膜为透明色,与各种色浆搭配,在各个电镀工艺中均可达到五颜六色之鲜艳效果,此工艺在国内已被大量推广应用。

2、各主要部位之作用 
(1)前处理:彻底地前处理,可预先解决电镀中80%~90%的故障。
(2)预冲镍:消除不锈钢制品之不良结合力。
(3)预铜:消除锌压铸件之起泡现象。 
(4)镍:与各种色浆配套,可电泳出:暗色的金色、黄铜色、红铜色、黑铜色、仿古铜色、黑镍色、蓝色、红色、紫红色、黄色、绿色等各类颜色。
(5)闪银:与各种色浆配套,可电泳出各种鲜艳的颜色。如:纯金色、24K金色及黄铜、鲜红、仿古铜、黑镍等五颜六色。

透明电泳漆与彩色电泳漆之比较

底材

表面处理

透明电泳

彩色电泳

工序

时间

工序

时间

锌合金

镀青铜

前处理-碱铜-酸铜-光镍-青铜-透明电泳

45

前处理-青铜色电泳漆

6

锌合金

仿古青铜

前处理-碱铜-酸铜-光镍-青铜-黑镍-打磨-透明电泳

45

前处理-浸黑-打磨-青铜色电泳漆

8

镀青铜

前处理—碱铜—酸铜—光镍—青铜—透明电泳

35

前处理—镀锌—青铜色电泳漆

15

青铜


薄镀金

前处理—碱铜—酸铜—光镍—青铜—透明电泳

25

前处理—红色电泳漆

6

薄镀金

前处理—碱铜—酸铜—光镍—青铜—透明电泳

20

前处理—镀镍—薄镀银—金色电泳漆

10

铝合金

镀青铜

 

 

前处理—青铜色电泳漆

6

铝合金

镀金

 

 

前处理—金色电泳漆

6

五、电泳漆设备要求及性能指标

(一)电泳漆槽
1、小电泳槽(透明型):
  可用PP或PVC即可,但要备有冷却、加热槽及过滤循环系统。
2、大电泳槽(环氧型):
  铁制衬里,用PVC或玻璃钢作内壁,设有溢流槽,并有阳极隔膜管套。 工件→阳极距离为30~37cm 工件→底部高度为45cm 
3、带有循环泵:
  要求8~10次/小时,滤芯为50um作用之下
(1)保证槽液均匀混合,防止色浆料在槽中或工件上沉积;
(2)进行过滤,以除去颗粒尘埃及油;
(3)经过热交换器冷却槽液,以除去涂装电解及泵运行机械所产生的热能。


(二)整流器
1、大槽一般为250V,550V,电流以每挂面积以0.16A/m2计算,电源起动时电压分两段提升0~50伏及50伏~所需电压,时间应为7~10秒。
2、小槽一般为50V,20A即可。

(三)阴极部分
1、 小槽:一般用316不锈钢板即可,阴阳极比为小于4:1。 
2、 大槽:一般要用阳极隔膜,阳极液为醋酸调整,阳极电导率一般控制为70~100us。

(四)超滤系统

  主要目的为清除电泳漆工作液中杂质离子及有效闭路中带入的阳离子及阴离子污染源,保证漆液稳定及漆膜完整。 
小槽超滤量:一般为4~30升/小时 
大槽超滤量:一般为50~100升/小时

六、电泳漆之维护及故障处理

1、电泳漆之维护
(1)纯水水质要求在5us以下;
(2)槽液液温控制在25℃~26℃之间(用冰或冷动机);
(3)进槽要清洗干净,不要将酸、碱带入槽中; 
(4)电泳漆要凉干然后进烘箱,烤温不要升温太快。

2、电泳漆故障及处理方案

问题 原因 对策 
膜厚不足 固体份低
电压低
温度低 提高固体份
提高电压
提高温度 
漆膜过厚 工作周围循环不好
固体份高
温度高
电导率高
电压高 通常因泵、过滤器及喷嘴阻塞而致
降低固体份
降低温度
提高超滤液的排放量
降低电压 
水迹 纯水不干净
温度过高
固体份过高 换新纯水
降低温度
加漆 
起泡 工件表面不洁净 充分水洗 
漆膜外观不丰满 颜基比过高 减少颜料补加,增加树脂含量 
槽液面泡沫 进气、漏气
溢流槽液面过低 检查管道及泵是否泄漏
降低液面高度 
涂膜粗糙 颜料份高
电导率高 减少色浆,增加树脂
超滤降低电导率 
针孔 槽液温度低
电导率过高 升高槽液温度 
超滤,降低电导率 
漆膜不均匀、破裂 槽液温度低
电压高
电导率高 降低温度
降低电压
超滤,降低电导率 
斑纹、地图斑痕 底材表面污染 检查金属预处理
检查磷化 
漆迹 清洗不够 增加清洗 
凹孔、缩孔 杂质污染
颜料份低 清除工件上的

 

电泳涂装在紧固件上的应用报道

 

我国机械工业的飞速发展对车辆产品质量提出了越来越高的要求,车辆的高安全性、高环保性及多元化的个性在紧固件的表面防护技术上也得到了体现。目前汽车紧固件的表面防护技术处理工艺主要有氧化(发黑)、磷化、电镀(锌、锌镍合金,装饰铬)、达克罗涂覆等。众所周知,氧化处理存在能耗大,工艺不稳定、膜层不牢固等缺陷;磷化膜的耐腐蚀性差;电镀的钝化处理液和达克罗涂料中都含有Cr6+,不环保。普通电镀层的耐腐蚀性能可以达到500-1000h。但成本较高,膜层耐潮湿性差(耐湿热性120h),不耐磨。

 

  为了提高紧固件表面处理质量并符合环保法规的要求,除了上述表面处理工艺外,国外如美国的通用和福特汽车公司采用阴极电泳涂装工艺对螺栓等进行表面处理。根据紧固件不同的质量要求,采用不同的工艺方案,其耐盐雾试验可以达到240-1000h以上,且漆膜磨擦系数适宜,不影响产品装配,可以代替电镀的钝化工艺,有利于环保。

 

  阴极电泳涂装机械化程度高,环保、漆膜具有优异的耐腐蚀性能,在车辆涂装上的应用已有多年,在紧固件上的应用在国内还是空白,确实是一项新技术,是紧固件产品创新的一个新领域。

 

  根据汽车用紧固件的种类及性能要求,对汽车底盘、发动机、变速器用高强度8. 8级、10.9级螺栓进行试验。方案如下:

 

  ①黑色阴极电泳涂料,紧固件涂装用电泳涂料;
  ②黑色阴极电泳涂料,配方经过调整,适用于紧固件涂装;
  ③黑色阴极电泳涂料,普通零部件涂装用电泳涂料。

 

  重点测试紧固件涂(镀)层的几个主要性能。a. 耐腐蚀(盐雾试验)性能。b. 耐潮热性能。c.装配性能。
目前,国内汽车用高强度紧固件基本依赖进口,紧固件国产化的一个重要瓶颈就是摩擦系数的控制。在保证满足装配性能的前提下,耐盐雾试验和耐潮热性的时间越长越好。另外,用气动扳手装配时漆膜不产生脱落,这些都是紧固件采用电泳涂料工艺的关键技术。

 

  采用电泳涂料①、②、③三种方案,500h漆膜表面无变化,总摩擦系数以及摩擦系数的散差(平均值)优于电镀锌件。电泳涂料①方案最优,涂层厚度15-18μm,耐盐雾试验240-1000h,综合成本较低,为15-20元/mm2。

 

  为此,对电泳涂料在汽车紧固件上的应用试验得出以下结论。

 

  1.紧固件采用电泳涂料进行表面处理的工艺方案可行;
 
  2.必须采用紧固件专用电泳涂料,才能达到紧固件表面处理质量要求;

 

 

  3.与电镀锌工艺比较电泳涂料工艺各项指标提高,成本较低。

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