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阴极电泳涂装系统中的阳极系统 |
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作者：上海通用汽车有限公司 雷霆 |
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对阴极电泳涂装工艺而言，若要在生产过程中获得优质的电泳漆膜，必须确保槽液pH值和电导率的稳定。而在阴极电泳涂装工艺中，阳极系统正是扮演稳定槽液pH值和电导率的角色。
阴极电泳的阳极反应
通常电泳阳极系统的要素有：阳极单元、阳极液槽、阳极泵、电导仪、流量计、压力表、阳极液供应及返回管路、阳极液溢流及排放管路等等。阴极电泳涂装的阳极系统如图1。
在阴极电泳涂装过程中，当带正电荷的树酯阳离子在工件上沉积时，在电泳槽液中会不断有有机酸根离子（醋酸根离子、甲酸根离子）和氯离子生成（有机酸根离子来源于电泳漆，氯离子来源于固化剂），并相应在槽液中积聚。当有机酸根离子在槽液中聚积过多时将直接导致pH 值降低和电导率的增高，从而影响电泳漆膜的质量和外观（例如在电泳漆表面产生条印，漆膜粗糙）。为了确保最佳的涂装效果和电泳漆液的稳定，必须在涂装过程中通过阳极系统将这些酸根离子持续不断地除去。
这些有机酸根离子会与在阳极上富集的带正电荷的氢离子发生反应，我们称其为“阳极反应”。
阳极单元
电泳阳极主要有管式、卷式、板式、中空纤维等四种，其中又以管式和板式用得最多。管式和板式阳极通常封闭在可冲洗的阳极罩中，极罩由不导电的材料制成。
阳极单元一般由阳极棒（电极）、阳极隔膜、绝缘的阳极罩、阳极液输入管、阳极液输出管等构成。阳极单元结构如图2。
1. 阴极电泳阳极棒
阴极电泳的阳极棒正是和工件阴极一起形成电场的阳极，可见其在电泳工艺中的重要性。阴极电泳的阳极棒、螺栓及垫片通常使用不锈钢（例如316L不锈钢）或钛合金板，阳极棒的厚度最好不小于3.2mm。阳极单元的阳极棒直接参与了电泳涂装的电化学反应，所以会逐渐损耗。阳极棒都有一定的生命周期，其消耗速率取决于通过电泳槽的产品及生产率。如果操作正确，通常阳极单元有3～5年的生命周期，经过特殊处理的阳极棒的生命周期会相对长一些。在实际生产中每年都应该对10～20％的阳极单元进行拆开检查。通常每个极罩应配备一个便于观察的安培计，以便连续监测每个阳极的工作情况。
2. 阴极电泳阳极隔膜
阳极膜是阳极单元的主要构件之一，其作用正是通过电渗析除去电泳过程中产生的酸积聚，这样就可以除去多余的酸，维持槽液的正常pH值。
阳极膜是一种半透膜，它能够在电场的作用下选择性地允许带有相应电荷（负电荷）的离子通过，这种半透膜只有水分子、小的酸根离子等小分子能够通过，树脂、颜料等大分子则不能透过。阳极液和电泳槽液就是借助于这种选择性透过的半透膜隔离开来的。酸根离子只有在电场的作用下才能从电泳槽液向阳极系统迁移。若没有电场的作用，酸根离子将在浓度极差的作用下在槽液及阳极液中均匀分散，其工作原理见图3。
图3 阳极膜工作原理
3. 阳极膜的两点注意事项
（1）若有渗漏情况
若有阳极单元渗漏或破损时应立即停止阳极泵，必要时需关闭整流器，并及时更换渗漏的阳极单元。在更换阳极之前，首先必须关掉电源。具体操作如下：
A．关闭阳极液系统的泵，必要的话将整流器也关闭；
B．查出渗漏的阳极棒；
C．将渗漏的阳极单元与电泳系统隔离开来；
D．更换渗漏的阳极单元。
（2）电泳倒槽时阳极膜应保湿
当电泳主槽倒空时，阳极液循环系统必须保持循环状态，并不断给阳极膜喷洒去离子水。否则会造成电泳漆干结在阳极膜上和阳极膜干透，干结的电泳漆将增大电阻，而且阳极膜一经干透将永久失去半透膜的渗透功能。
4. 其它
在阳极液循环系统中必须使用立式泵，而不宜使用卧式泵。这样可以避免卧式泵在密封失效时带来的不良影响。阳极液的输送管路必须用耐酸的不锈钢或塑料制成，若阳极液返回管为塑料材质，须将阳极接地。
为了获得更加均匀的电泳涂层，电泳涂装可以使用顶盖阳极或底部阳极。顶盖阳极和底部阳极通常安装在第二段电压区，若安装在第一段电压区则可能会因为电压低而导致效果不佳。
阳极液
阳极液的电导率反映出酸的浓度。在电泳涂装过程中，阳极液的电导率将随酸的浓度的增加而逐渐增加。定期排放极罩内的阳极液并补充去离子水即可降低漆液的电导率。阳极液的电导率应该维持在一定的范围内，例如500～1000mS/cm。若电导率偏高，必须排放一定的阳极液，并补加新鲜去离子水。
阳极液必须是清洁且透明的。在新槽投槽的前几周，尤其要注意阳极液的颜色，很快变色则表明阳极系统有问题。若变色了，应给予特别的关注。若阳极液变得模糊不清，可能是阳极膜破损或细菌污染。若阳极液变得颜色和槽液接近，则也可能是阳极膜破损。若阳液颜色虽然变深了（棕色或黑色），但是仍然是透明的，则说明不锈钢阳极棒腐蚀过快，或流量低，或电导率过高等。
每个阳极单元都要保持适当的阳极液流量，而且每个阳极单元的流量都应该能够单独监控。流量阀精度不宜过大，以便将流量控制在合适的范围内。阳极液维持正常的流量是至关重要的，每天都应该进行检查。
阳极比
阴极与阳极比通常为4:1～6:1，阳极面积可通过下列公式计算：
SA=JPH/60×T×SC /R
SA——阳极面积；
JPH——生产节拍(hour-1)；
T——单车电泳涂装时间（min）；
SC——单车表面积（m2）；
R——阴极面积/阳极面积（通常为4）。
单车涂装时间是指有效的浸涂时间。单车涂装时间长于2min时，按2min计算。若是柔性生产线，单车表面积要按最大设计车身尺寸来计算。
根据该公式计算出所需的总的阳极面积，然后再根据单个阳极单元的面积确定所需阳极单元的数量。阳极的排布要遵循一定的规则，对间歇式的电泳槽更要注意。
阳极管的安装与排布
阳极系统的安装包括机械设施安装、电路连接和槽液循环管路连接。阳极单元必须在电泳漆投槽之前安装好，并通过渗漏测试。但是，通常阳极单元的安装时间要离电泳漆投槽的时间越短越好，以将阳极受损的概率降到最低。在安装过程中也必须特别小心保护阳极膜。
阳极单元应沿各槽壁布置，深度不小于槽液深度的40%。通常在两个电极段之间至少留有一个极罩的间隙，以防止电泳漆沉积在电压较低区的阳极和极罩上。
原载AI《汽车制造业》(end)
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(3/10/2006) |
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