2023-04-07
摘要： 結合車身電泳底漆膜厚不足問題，分析了該問題的原因，并針對各種原因制定了相應的對策。
為響應國家節能減排、保護環境號召，公司于2021 年高溫檢修期間對輕卡涂裝車間前處理工序進行了改造，由三元磷化工藝變更為鋯化工藝。傳統磷化工藝主要是利用磷酸解離平衡反應在金屬表面析出水不溶性磷酸鹽的一種工藝，由于磷化常會含有錳、鎳等重金屬元素，對環境危害性大，且需要維持在特定溫度（需要加熱）和產生大量磷化渣，逐漸被薄膜前處理所替代。薄膜前處理目前主要是硅烷薄膜前處理和鋯化薄膜前處理，公司選的是鋯化薄膜前處理工藝，該工藝主要是在氟鋯酸的作用下，金屬表面沉積氧化鋯轉化膜的工藝。因不需加熱且僅在處理冷軋鋼板時產生少量廢渣，同時不含錳、鎳、磷等污染元素現被廣泛應用。
本文分析了切換鋯化工藝后，調試生產時部分輕卡駕駛室底漆膜厚不足問題的原因，并給出相應的對策。對策實施后車身底漆膜厚達標，確保了防腐性能。
在切換鋯化前處理后，調試的21臺車身中有9臺底漆膜厚測量點位合格率不足80%。統計所有不合格點位出現的頻次。發現底漆膜厚不合格位置集中出現在內板、內腔的測量點。
2.1 電泳槽液參數低于工藝范圍
2.1.1 溫度低于工藝范圍
電泳槽液溫度是影響底漆膜厚的一個重要因素，槽液溫度保持在工藝范圍內才能保證漆膜厚度在合適的范圍。一般而言，電泳底漆膜厚隨著溫度升高而增厚。隨溫度降低而減薄。這是由于合適的溫度才能保證電泳漆的黏度適宜，電泳漆粒子有較強的遷移能力，若溫度低于工藝范圍，電泳漆黏度變大，則會抑制電泳漆粒子遷移，進而造成電泳底漆膜厚下降。
公司電泳槽液溫度要求在（31±1）℃跟蹤8月份生產發現電泳槽液溫度均在工藝范圍，故溫度低于工藝范圍并非導致調試輕卡車身底漆膜厚不足的恨本原因。
2.1.2 固體分低于工藝范圍
電泳槽液在（105±2）℃下烘干2 h所剩的固體物質為電泳槽液的固體分。電泳槽液固體分會直接影響電泳涂層的質量，固體分較低時，漆膜較薄，顏料易沉淀，槽液穩定性較差；相反，固體分高于工藝范圍時，電泳槽液黏度增加，電泳漆粒子移動速度減緩。過高時泳透力降低，帶出槽液多，浪費較大，并且漆膜易出現粗糙、疏松、花斑等缺陷。
公司電泳槽液固體分工藝范圍為19%-23%，經化驗發現，8月份生產日期內槽液固體分均在工藝范圍內，故固體分低于工藝范圍不是調試輕卡底漆膜厚不足的根本原因。
2.1.3 離子電導率低于工藝要求范圍
電泳槽液的離子電導率表示電泳槽液導電的難易程度，其數值越大表示槽液導電能力越強。槽液離子電導率過高或過低都會對電泳底漆膜厚、外觀等產生影響，隨著離子電導率升高，膜厚也會相應增加；若槽液離子電導率低于工藝范圍則會導致膜厚降低。
公司電泳槽液離子電導率的工藝范圍為 1 400-2 100 uS/cm，跟蹤8月份化驗數據，離子電導率均在工藝范圍內，故離子電導率低于工藝范圍也不是調試輕卡底漆膜厚不足的根本原因。
2.1.4 有機溶劑含量低于工藝范圍
電泳槽液中添加有機溶劑主要是為了增加電泳漆的水溶性和槽液的穩定性，一般為中高沸點的酯類、醇類溶劑。若有機溶劑含量高于工藝范圍，漆膜過厚，顯得臃腫；而有機溶劑含量低于工藝范圍，漆膜則干癟變薄，槽液穩定性也會變差。
公司電泳槽液有機溶劑含量工藝范圍為 0.8%-2.0%，此參數每月測試一次，2021 年 8 月電泳槽液有機溶劑含量為 1.14%，符合工藝要求，故有機溶劑含量低于工藝范圍亦非調試輕卡底漆膜厚不足的根本原因。
2.2 導電不良
電泳涂裝過程中保證電流順利流過十分關鍵，若電泳過程中出現導電不良，會導致車身底漆膜厚下降，嚴重時甚至出現車身僅部分電泳上漆膜的情況，公司涂裝車間在調試之前的生產中也會偶發車身部分電泳問題。電泳過程中，電流方向為：整流電源→陽極管→車身→滑橇→吊具（電刷）→匯流銅排→整流電源，所以陽極管、滑橇、電刷、銅排等環節出現問題就會導致導電不良，故需對各個環節進行排查。
調查陽極管、滑橇、電刷、銅排等發現，陽極管電流是在正常工藝范圍內（工藝要求每根陽極管電流≥5A），而滑橇、電刷、銅排均存在一定的缺陷。
觀察發現現場高壓段銅排表面變形以及氧化變黑的情況較為嚴重，前期生產時偶爾會出現高壓段電壓正常，電流卻為0A的情況。
過車時有時還會觀察到電刷與銅排接觸不良“打火”的情況。電刷頭氧化變黑且有焊瘤狀顆粒，電刷導電性能下降且與銅排接觸面積變小，極易“打火”。而“打火”會分擔一部分電壓。使得車身實際的電場強度降低，從而導致車身底漆膜厚下降。
調查橇體發現，從前處理工序到發交工序均用同一橇體，因產量較大，每天需重復使用多次。橇體重復經過面漆時會存在積漆，而涂料的主要成分為樹脂材料，積漆過厚會導致車身與橇體間接觸電阻變大，嚴重時會導致車身部分電泳甚至電泳不上。
綜上所述，由于銅排表面摩擦變形、氧化變黑，電刷電極頭氧化變黑產生焊瘤狀顆粒以及橇體與車身接觸位置上積漆厚導致的車身導電不良現象是調試輕卡底漆膜厚不足的根本原因。
2.3.1 電泳漆更新期長，槽液老化
電泳漆更新期長時，槽液會老化，表現為電泳漆樹脂有機高分子在長時間、不間斷循環時分子鏈受到剪切力作用分解、斷鏈生成小分子，使電泳漆濕膜電阻變大，槽液電導率變低，導致漆膜厚度下降。
公司電泳槽體為 236m3。其中 50%為電泳漆，約為 118 m3。而每年加入新電泳漆約為 300m3，計算得每年 2.54 個更新期，高于每年2.5 個更新期的標準，故電泳漆更新期長，槽液老化并非調試輕卡底漆膜厚不足的恨本原因。
2.3.2 電泳漆與皓化工藝配套泳透力不足
泳透力指在電泳涂裝過程中使得工件背離電極的部位（內腔、凹面、縫隙等位置）泳涂上電泳底漆的能力，其數值越大表示背離電極部位的上膜能力越強，會直接影響生產效率和漆膜的防腐性能。
目前，公司使用的是品牌電泳漆，此電泳漆與磷化配套時，泳透力能夠達到50%，車身內板上膜能力佳，能夠滿足公司品保要求。但換用鋯化工藝后，由于鋯化膜的皮膜阻抗比磷化低得多，約為磷化膜阻抗的1/20。另外，磷化膜厚度為 2-3 um，鋯化膜僅為 20-50 nm，二者皮膜厚度差異也要由電泳漆去補充。實驗室利用四枚盒法同等條件下測得電泳漆與鋯化工藝配套，泳透力僅為40%，比與磷化配套時降低了 20%。
故電泳漆與鋯化工藝配套泳透力不足是調試輕卡底漆膜厚不足的根本原因。
3.1 針對導電不良的對策
針對銅排表面摩擦變形、氧化變黑，電刷電極頭氧化變黑產生焊瘤狀顆粒以及橇體與車身接觸位置上積漆厚導致的車身導電不良問題，對銅排、電極頭變形的電刷進行更換，對積漆嚴重的橇體進行了除漆處理，確保電流可以順利通過，以保證電泳底漆涂裝的效果。
3.2 針對電泳漆與鋯化工藝配套泳透力不足的對策
針對電泳漆與鋯化工藝配套泳透力不足的問題，由于每種涂料產品均有其最適宜的槽液參數范圍，而現有電泳槽液參數均在工藝范圍內，所以只能通過提升電壓或者延長電泳時間來提高電泳漆的泳透力。而延長電泳時間，必然需要降低鏈速，肯定會降低生產節拍，斷不可取，故選擇調整電壓。
在前處理之前，電泳涂裝高壓段電壓為 260 V，調試時我們嘗試了 3 種更高的高壓段電壓（270 V，280 V 和290 V），發現高壓段為 280 V，290 V時，電泳漆膜的膜厚均能達標，且較 270 V 時厚 1-2um，但在距離陽極管較近的車門、門框等位置出現針孔或漆膜粗糙的情況，而 270 V 時車身電泳底漆膜厚能夠達標，漆膜較為平整，考慮到電壓過高會產生漆膜缺陷以及增加能耗，最終選擇 270 V 作為電泳涂裝高壓段的電壓。
在處理導電不良問題和調整高壓段電壓后，后續生產過程中，無論是單排、排半、還是雙排車型的底漆膜厚均能達到品質要求。
本文結合公司涂裝車間前處理改造后輕卡調試時電泳底漆厚度不足的問題，著重從電泳槽液參數、導電不良、電泳漆自身的性能三方面對此問題進行了分析，最終確定了導電不良和電泳漆泳透力不足是導致輕卡底漆膜厚不足的根本原因，并針對相應的原因給出了對策，隨著對策實施和參數調整，輕卡各處膜厚均達標，確保了輕卡的防腐蝕性能。
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