2022-12-09
摘要: 電泳涂裝產品性能的好壞最終通過電泳漆膜性能體現，因此在電泳涂裝結束后需要對涂膜各項性能進行檢測以驗證漆膜品質。車架電泳涂裝結束后，現場需要對電泳涂膜膜厚、附著力、外觀、光澤等性能進行檢測，電泳漆膜的表面粗糙問題直接影響產品外觀。本文通過氣相色譜、SEM 等檢測手段，對車架電泳漆膜表面粗糙問題進行分析，找到電泳漆膜表面粗糙的原因并提出相應的解決措施。
車架采用水洗拋丸后的熱軋鋼板經沖壓、鉚接/焊接而成，車架在使用過程中條件較為惡劣，要求產品涂裝后具有較高的防腐蝕性能并具有短期流轉防護的耐候性能。行業內典型的車架涂裝工藝為“前處理+底面合一陰極電泳”涂裝工藝或噴涂粉末涂料工藝，涂層的耐腐蝕性及耐候性滿足技術要求，且符合安全環保要求。底面合一陰極電泳涂裝因其安全、環保、涂料利用率高、自動化生產等優點，在車架、車廂及其他零部件涂裝中已被絕大部分汽車生產廠家采用。
某車架涂裝生產線為2008 年投槽的生產線，假期結束后，生產前現場開展質量驗證工作，在驗證中發現部分車架電泳漆膜表面粗糙，外觀存在異常。經現場調查，涂裝烘干后電泳漆膜存在外觀不豐滿、光滑度不均勻、手感不好(用手摸有粗糙的感覺) 等問題，漆膜外觀不滿足工藝要求，影響產品下線，嚴重者存在降低防腐及耐老化能力等風險，電泳漆膜表面異常嚴重影響產品品質達標。
該涂裝生產線為車架涂裝線，主要生產產品為重卡車架，生產節拍為 20 JPH，前處理電泳為步進式，采用自行小車輸送方式，一掛 2~3 個車架。涂裝車間前處理電泳工段工藝流程: 熱水洗一脫脂一水洗一表面調整一磷化一水洗一純水洗一陰極電泳一UF 水洗一純水洗一電泳烘干一下線。
一掛 2~3 個車架，同一掛生產的車架，進行電泳漆膜外觀檢測，部分電泳后車架表面存在明顯的粗糙不平整問題，車架加強板部位問題更突出，電泳漆膜表面粗糙異常沒有明顯的規律。
引起電泳漆膜外觀粗糙異?，F象的影響因素有很多，最常見的原因有底材表面質量差、磷化膜不均勻、粗糙、電泳槽液顏基比過高、電泳施工電壓偏高、槽液溶劑含量異常、槽液 pH 過高等。通過對前處理脫脂槽液、表調槽液、磷化槽液、電泳槽液等工藝參數進行檢測確認，發現除電泳槽液 pH 異常升高外，其余參數均在工藝要求范圍內。對涂裝過程進行排查，排除了電泳涂料、極間距、循環泵轉速、磷化渣、水洗槽、電泳槽液污染等原因導致的電泳漆膜外觀粗糙。
重卡車架采用水洗拋丸板，按Q/JQ16427《BMD板材電泳涂裝技術要求》，BMD板材外觀不應有影響電泳涂裝后的外觀質量缺陷，不應有影響漆膜附著力的氧化膜，表面粗糙度Ra(0.8mm測長)要求均值≤3.0um，最大值≤3.5um，涂油量≤5g/m2?，F場對BMD 板材進行外觀檢測，其中粗糙度 Ra 檢測數據見表 1。
重卡車架BMD板材粗糙度均符合標準要求，未發生異常波動，板材表面無氧化皮等外觀質量缺陷，涂油量≤5g/m2，滿足標準要求，故底材表面質量不是電泳涂膜粗糙的主要原因。
磷化膜的功能是提高涂覆在其上的電泳漆膜的附著力和耐蝕性，磷化膜結晶要求均勻致密，尺寸<8um，進一步分析磷化是否對電泳漆膜表面粗糙產生不良影響。采用車架縱梁沖孔邊角料在車架現場隨線制備了磷化膜，對磷化膜進行掃描電鏡 SEM 分析。掃描電鏡圖片如圖 1所示，發現磷化膜為粒狀，結晶均勻致密，結晶尺寸 2~3 um，成膜質量合格，均符合標準要求，未發生異常波動，故磷化膜質量不是車架電泳漆膜粗糙的主要原因。
電泳涂裝的顏基比指電泳漆﹑槽液或漆膜中的顏料與基料(樹脂)之比，電泳槽液和新配的電泳原漆槽液顏基比應是相同的，但在電泳過程中，顏料和樹脂不一定按照原配比沉積到被涂物上，因而產生槽液、漆膜和原漆三者的顏基比不相同的現象，電泳槽液顏基比失調易產生縮孔、粗糙、失光等漆膜弊病，影響漆膜性能，因此需要定期檢測槽液顏基比，按檢測結果添加乳液或色漿調整槽液的顏基比。電泳槽液顏基比技術要求在0.14~0.20范圍內，按照Q/JQ 11219.4《涂料灰分、顏基比測定方法》進行檢測，顏基比雖在工藝要求范圍內，但是在明顯升高，通過調整顏基比范圍，使其降低至0.165左右，發現車架外觀糙合格率由7.5%提升至43.75%(見表2)，故顏基比失調為電泳漆膜外觀的主要影響因素。
電泳槽液中的溶劑對電泳漆樹脂起助溶作用，助溶的過程分為滲透、溶脹、溶解 3 個過程，助溶作用的大小主要由助溶劑和電泳涂料樹脂的結構和極性等因素決定。溶劑可以提高電泳槽液的穩定性，溶劑的添加能夠促進電泳漆膜的流平性能，從而可提高電泳漆膜的外觀品質。溶劑還可以調節電泳涂膜厚度，不同類型的電泳漆有其適應的助溶劑，且助溶劑的組成、配比都需要在一定的范圍內，只有這樣才能保證電泳漆膜有持久穩定外觀質量。車架現場電泳槽液溶劑含量要求在0.5%~1.5%范圍內，按照 Q/JQ 11219.10《電泳涂料溶劑含量測定方法》進行檢測，結果見表 3。結果顯示電泳槽液溶劑含量偏低，提高溶劑含量可以一定程度降低外觀不良的發生率，故溶劑含量低為影響因素。
現場電泳槽液溶劑含量雖在工藝要求范圍內，但是整體偏低，提高溶劑含量可以明顯降低電泳漆膜外觀缺陷的發生率。2021年3 月第4周一次性補加600kg 溶劑，提高溶劑含量 0.3%，漆膜外觀問題明顯改善，車架漆膜合格率由 40%提升至 68%。
通過對現場電泳槽液工藝參數進行檢測，發現電泳槽液pH異常升高，對電泳槽液、UF液細菌含量檢測，細菌含量<10^3 CFU/mL 表示槽液正常未長菌。菌含量檢測結果顯示，細菌含量超過10^6 CFU/mL。槽液細菌含量超標，細菌孳生，細菌分解污染槽液，導致電泳槽液pH異常升高，通過添加中和劑控制pH，中和劑使用量增高，電泳槽液電導率上升，電解過程電極反應劇烈，電沉積異常上膜，漆膜破損，導致電泳漆膜外觀變粗糙，結果見表4。電泳槽液長菌是電泳漆膜粗糙的主要原因。
排放超濾液，電泳槽液電導率下降至1100uS/cm，電泳漆膜外觀合格率由70.5%提升至92.0%。
針對溶劑含量低，補加600 kg溶劑，溶劑含量由0.88%提升到1.18%;每周補加溶劑225 kg，維持溶劑含量為(1.1±0.1)%。
針對顏基比失調、顏基比高，補加乳液，降低顏基比。一次性加入乳液3 t，提升固體含量同時降低顏基比，固體含量由15%提升到16%，將顏基比由0.168降低到0.153;調整加料比，將乳液和色漿加料比由5∶1調整為6∶1，維持顏基比為0.14~0.16。
按調整后的槽液殺菌方案實施槽液殺菌，殺菌劑由原來的卡松調整為百殺得，原殺菌劑僅加入陽極液槽。此次各槽(電泳槽、UF液槽、純水槽、陽極液槽)加入殺菌劑0.1%(槽容積)的百殺得;1周后再加入1次強化殺菌。殺菌效果良好， pH未見異常升高，中和劑用量由80 kg降低為9 kg，中和效果良好。
通過以上措施的實施，車架電泳漆膜外觀平整光滑，滿足產品品質要求。
目前，車架采用丙烯酸樹脂和環氧樹脂冷拼的底面合一電泳漆，電泳漆膜具有防腐和耐老化性能，產品配方設計丙烯酸樹脂、環氧樹脂、顏料按照一定的配比沉積到被涂物上，但在實際電泳過程中，顏料和兩種樹脂不一定按照原配比沉積到被涂物上，所以對于車架電泳槽內的電流、電壓、固體含量、pH、電泳溫度以及電泳槽附加設備的正確使用、電泳槽液的維護是決定電泳涂裝成敗的關鍵。車架電泳涂裝要取得優異的電泳漆膜，必須在生產過程中對人、機、料、法、環、測等各個環節進行把關，防止涂裝過程的失效。
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