电泳颗粒问题的分析及解决

2018-02-28邢汶平龙凯峰吴朝华安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230601

上海涂料 2018年1期

王林，邢汶平，龙凯峰，吴朝华（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

0 引言

近些年，随着涂装新工艺、新材料的推广应用，B1B2工艺和水性单涂层工艺在新建工程项目上得到了广泛应用，这两种工艺对电泳质量的要求更为严格。尤其是电泳粗糙度、缩孔、颗粒及外观对面漆漆膜的外观影响极大。电泳漆膜表面的颗粒不仅影响车身电泳的外观质量，还会导致电泳漆膜附着力下降。电泳漆膜表面出现颗粒，在喷涂面漆前需要进行打磨处理，打磨过程中易造成电泳漆膜磨穿，严重影响电泳漆的防腐效果，且造成人力物力浪费，不能完全处理的颗粒后续还会影响面漆的外观质量。

本公司一条新建涂装线在批量生产过程中车身水平面曾出现大面积的电泳颗粒问题，只能采取人工打磨补漆处理，后经系统研究分析并采取相关控制措施后，该问题得到有效解决，目前该生产线质量完全达标，一次下线合格率达到98%左右。下面围绕本次电泳颗粒问题的产生原因进行分析，并对解决措施进行归纳和总结。

1 电泳漆膜颗粒的原因分析

1.1 电泳颗粒的基本概念

在烘干后的电泳漆膜表面上出现手感粗糙、较硬的颗粒，或肉眼可见的细小凸起或附着在物体表面的颗粒状物质，这种漆膜病态称为颗粒。

1.2 白车身洁净度对电泳颗粒的影响

板材是涂装的基础，其表面粗糙度直接影响到电泳漆膜的粗糙度。板材经过冲压后表面会形成一层防锈油，焊接后白车身上会产生焊渣、铁屑以及包边胶等，如果处理不干净会直接带入涂装线。经过前处理工序后，随车身携带的焊渣、铁屑以及包边胶等微小异物部分进入前处理和电泳槽液中，部分残留在车身上。

经现场调查，车身打磨部位较多，外表面、门缝隙处、地板处铁屑焊渣较多，用擦拭布在车身表面擦拭一遍之后，擦拭布变黑，这表明焊装白车身洁净度极差；在进行前处理槽体维护和保养时发现，预脱脂、脱脂、水洗1、水洗2、表调、磷化、水洗3、水洗4等槽底存在大量铁屑和焊渣，这进一步说明焊装白车身铁屑焊渣较多、洁净度极差。

对生产现场白车身铁屑含量进行1个月的连续追踪，数据见图1。

图1 白车身铁屑含量Figure 1 Iron content of white body

由图1可见，焊装白车身铁屑焊渣均在35 g/台以上，平均值为41 g/台，说明焊装车身洁净度较差。从图1中还可看出，焊装白车身洁净度控制不稳定，波动幅度较大（35～59 g/台）。

经对电泳车身水平面（前盖和大顶）和垂直面进行分析发现，水平面无光泽，有明显的颗粒感；垂直面光泽度较好，无明显的颗粒感，比较平顺。在水平面随车挂板试验发现，有比较明显的密集型颗粒。经扫描电子显微镜（SEM）观察，这些大颗粒杂质全部都在电泳漆膜下面，说明这些颗粒全部是在电泳之前产生的，与电泳之后的槽体无关；进一步通过元素能谱分析（EDS）得知，试验板大颗粒的主要元素成分是铁元素，说明大颗粒都是铁屑颗粒。取样的EDS和SEM见图2。

图2 取样的EDS和SEMFigure 2 EDS and SEM of sample

1.3 磷化工序对电泳颗粒的影响

磷化工序是用磷酸及磷酸盐对车身表面进行处理，生成致密、均匀的磷化膜。磷化的目的是给车身提供短期的工序间防护，防止车身表面产生锈蚀，提高电泳漆膜的附着力和防腐蚀能力。生产中要监控的参数是游离酸度、总酸度、酸比、促进剂浓度、槽液温度等。

进行磷化挂板试验，考察磷化工序对电泳颗粒的影响。取4块镀锌板用酒精擦拭干净，分别采用4种不同的方式进行试验：（1）进电泳工位之前用磁块将样板放置在汽车前盖上；（2）脱脂后用磁块将样板块放置在汽车前盖上；（3）磷化后用磁块将样板放置在汽车前盖上；（4）将样板均匀放置在汽车前盖上，正常过线。试验结果表明：未经磷化处理的样板，目视其表面较光滑，使用粗糙度仪检测出其表面粗糙度为0.327 μm和0.333 μm；经过磷化处理的样板，目视其表面较粗糙，表面粗糙度分别为1.205 μm和1.417 μm，说明磷化工序对车身水平面的粗糙度影响较大。将样板均匀放置在汽车前盖上，经过纯水1清洗后取下，在120℃的烘箱内烘干，取样板表面的黄色粉末颗粒进行SEM和EDS分析（图3）得出，其细小颗粒主要是磷化渣，从而进一步证明车身水平面小颗粒主要是磷化渣造成的。

图3 黄色粉末颗粒的SEM和EDS分析图Figure 3 SEM and EDS analysis photograph of yellow powder particles

1.4 电泳工序对电泳颗粒的影响

阴极电泳是前处理及阴极电泳线的核心。其对磷化膜的要求是外观均匀、致密、无返锈、高P比、耐碱性好，膜重为2～3 g/m2。目前本公司使用的是高泳透力、锐边包覆效应好、低温固化的无铅阴极电泳漆。生产中要监控的参数是固含量、颜基比、MEQ（中和当量）、有机溶剂含量、pH、电导率、槽液温度、电泳电压和电泳时间等。

细菌是阴极电泳系统经常被忽略的重要因素。阳极液循环系统大量细菌繁殖会堵塞极液循环管路，使阳极管被腐蚀，电泳槽液中一般都含有杀菌剂，不会使细菌繁殖，但前处理各槽如果有细菌繁殖，被车身带入电泳槽不仅会使电泳涂膜外观粗糙，还会堵塞超滤系统，使超滤液透过量下降，导致超滤膜早期报废。因此，除了对阳极液循环系统要定期杀菌外，对前处理各槽也要定期杀菌。

槽液电导率作为电泳成膜过程中的关键参数，对电泳膜的粗糙度有重要影响。影响电泳槽液电导率的因素为槽液中的杂质离子，在电泳过程中，杂质离子的积累一方面增加了电量的消耗，另一方面改变了槽液的特性，从而泳透力降低，使颜料分散性变差，导致漆膜外观变差。磷化液或磷化渣处理不干净，进入电泳槽液后，就成了杂质离子的主要来源。磷化液或磷化渣中的锌离子和磷酸根离子会造成电泳漆膜粗糙、颗粒等弊病。采用超滤技术清除杂质，使槽液保持洁净是电泳生产过程中清除杂质离子的有效方法。同时为保证进入电泳槽液前的车身清洗彻底，应控制电泳前纯水洗用纯水的电导率≤50 μS/cm。

1.5 前处理、电泳设备状态对电泳颗粒的影响

前处理、电泳设备是指以电泳槽体为中心配备的与生产有关的辅助配套设施，它们的运行状态对电泳漆膜质量有重要影响，为保证电泳漆膜质量良好，必须确保所有与电泳有关的设备保持最优良的运行状态，保证电泳涂装设备具备相应的最优功能。下面从前处理、电泳喷淋系统方面进行论述分析。

磷化后的水洗主要是为了将工件表面清洗干净，去除内腔所带的磷化液、磷化渣、金属离子及其它杂质离子等，同时保证工件清洗后的滴水电导率满足电泳槽对入槽工件的要求。工件的清洗效果直接影响到电泳涂装的质量和电泳槽液的稳定性。磷化后的水洗一般有自来水喷淋清洗、自来水浸渍清洗、纯水浸渍清洗、纯水喷淋洗、干净纯水喷淋清洗等工序。磷化后的第1道水洗一般设计为喷淋方式，这样，槽体体积较小，便于更新水洗水，提高清洗效果。在设计中，也应注意工件在进入电泳槽前，外表面不要出现半干半湿的情况，以免产生漆膜弊病。为了避免出现此类问题，建议在入槽前增加工件的增湿或吹干工序及其设备。对于各水洗槽，建议也安装过滤装置，这对防止工件上吸附磷化渣，避免工件表面出现颗粒、灰粒等有很大好处。

电泳喷淋系统也是影响电泳成膜质量的重要因素之一。电泳喷淋系统包括电泳入槽加湿喷淋、电泳出槽喷淋、超滤喷淋及水洗喷淋等。车身进入电泳槽体时，若车身存在杂质或车身部分表干等，入槽后会导致车身表面电流密度不均，从而导致成膜膜厚不均，影响漆膜表面的平整性。电泳出槽喷淋过程中，若冲洗液pH过低及冲洗压力不足，会导致漆膜返溶，从而导致漆膜粗糙；现场电泳喷淋压力应控制在0.08 MPa左右，以保证电泳漆膜平整性良好。车身在生产过线中，应确保喷淋系统均匀喷淋到整车各个部位，避免喷淋不均导致车身粗糙颗粒产生。

目前国内前处理输送方式有旋转式、摆杆式和葫芦式。旋转式保证了车身没有水平面的存在，因而颗粒无法在水平面沉积，所以对电泳粗糙度没有太大影响，而摆杆式和葫芦式都存在一定的水平面致使颗粒杂质在其表面沉积。本公司新建涂装线的前处理输送方式为直上直下自行葫芦式，这种输送方式导致车身水平面的颗粒无法通过清洗除去，再加上焊装白车身洁净度较差，进一步加重了水平面颗粒的堆积。水平面槽上喷淋无法保证全面进行冲洗。

综上所述，可以得出本次电泳漆膜颗粒主要由白车身的铁屑和磷化渣组成，而电泳槽液的影响相对较小。因此其控制措施需要从提升白车身洁净度、提高车身前处理清洗效果、控制磷化渣含量等方面展开工作。

2 电泳颗粒的有效控制措施

2.1 控制板材及白车身洁净度

汽车厂使用的板材，在生产下线后要求能够长期存放，存放过程中，板材表面状态会发生变化；在冲压成型制作白车身的过程中，板材受到挤压成型，需涂抹防锈油和拉延油，超过一定量后，清洗效果不佳，板材表面状态也会发生变化。应严格控制白车身油污和铁屑含量。油污含量可测量要求：单台车＜9.93 g；固体量（铁屑）可测要求：单台车＜6.2 g。

2.2 控制前处理槽液洁净度及磷化槽液参数

2.2.1 变更排水频次

为了改善车身洁净度，为电泳提供一个良好的磷化车身，将15 t的喷淋槽，如热水洗、第1水洗、第3水洗和第2纯水洗从原来的按化验结果进行排放变为每天排放1次；增加槽体的更换排放次数，减少铁屑和焊渣的残留；减少车身携带的铁屑量，提高浸洗槽的清洁度。

2.2.2 变更过滤袋更换频次和目数

通过提高槽体过滤袋的更换频次和过滤精度，使＞200 μm的铁屑焊渣不会再次进入槽体污染槽液和车身，进一步提高车身的洁净度，为电泳提供一个良好的磷化车身。

2.2.3 优化磷化槽液参数

结合化学反应原理，通过调节游离酸和总酸的浓度来降低磷化渣的产生量，按照理论计算可以得出，单台车含渣量从原来的15 g下降到现在的12 g，平均下降3 g/台，有利于水平面电泳颗粒的改善。表1为槽液参数优化前后的对比数据。

表1 槽液参数优化前后的对比数据Table 1 Bath solution parameters comparison before/after optimization

2.3 前处理设备优化

2.3.1 清理磷化除渣机，保证槽液更新速度

为了更好地减少磷化渣含量，我们将磷化除渣机进行了彻底的维护和清理，并且保持除渣机24 h不间断循环，以保证磷化槽液的更新速度。

2.3.2 提高喷淋压力

增大冲洗压力，减少车身的铁屑及焊渣。热水洗槽和预脱脂槽的管道设计一半用于喷淋、一半用于槽液升温，槽液升温需要通过板式换热器实现，如果要增加喷淋压力就必须减小板换压差、提高换热效率。将热水洗板数目从原来的16块增加到35块，换热温度提高5℃，压力损失从原来的80 kPa降至20.6 kPa，为原来的1/4；预脱脂换热板数目从原来的17块增加到33块，换热温度提高5℃，压力损失从原来的82.5 kPa降至21.2 kPa，同样降至原来的1/4。将压力损失转化为喷淋压力，提高车身的冲洗效果，减少车身污染，提高下道槽体的清洁度。

2.3.3 改变喷嘴形状和方向

浸洗槽上喷淋用喷嘴原先都是扁形的，喷淋水为雾化状态，喷到车身时冲击力很小，对车身水平面的颗粒杂质冲洗效果较差，不能达到清洗目的。经考察后，改变槽上喷嘴的形状，由原来的扁形喷嘴变为鸭形喷嘴，喷淋水不再是雾化状态，而是强有力的水柱状态；并将槽上无效的喷嘴位置进行封堵，增加其他喷嘴位置的压力，进一步加大对颗粒杂质的冲洗效果。调整后，车身水平面颗粒状态有了明显好转。

2.3.4 热水洗和第2水洗槽底增加磁棒

为了进一步减少铁屑焊渣的含量，在热水洗槽底增加磁棒，吸附白车身上的铁屑，减少槽液中的铁屑量，提高槽液洁净度；为了减少铁屑量并进一步减少磷化渣量，在进入磷化槽前的第2水洗槽底增加磁棒，减少车身水平面的铁屑量，从而减少颗粒的产生。