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电泳涂装中针孔现象的消除 |
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作者：东风汽车有限公司车身厂 张志金 来源：AI汽车制造业 |
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某步进式阴极电泳涂装线，所使用的涂料为双组分阳离子型环氧树脂电泳漆，在矩形槽左右两侧布置阳极管，采取的是一套吊具承载两台驾驶室同时入槽，驾驶室完全浸没后开始通电的电泳方式，但在生产过程中却出现了异常情况，同时入槽的两辆驾驶室，所有沿生产线行进方向靠后的那辆驾驶室的前围中盖板部位出现了严重的针孔，而该驾驶室其他部位及前一辆驾驶室则没有出现针孔。
现场调查试验
1.槽液参数的检测
取电泳槽液，进行常规参数分析（见表1）。
检测的结果显示：电泳槽槽液参数正常，也控制在合理范围之内，因此在实验室用现场槽液进一步实验。槽液的pH值与漆膜外观的关系如表2所示，电压与漆膜外观的关系如表3所示。
2.实验室的检测
试验发现：当pH值稍低时，涂膜薄，没有针孔。随pH值升高，涂膜粗糙，针孔开始出现，而现场槽液的pH值一直控制在6.0左右，pH值的影响很难确定。
当电压低时，电解反应进行缓慢，树脂粒子的迁移速度小、电沉积量少且涂膜薄；电压升高，电解反应激烈，产生氢气量多，树脂粒子的迁移速度快、电沉积量多、涂膜粗糙且针孔大量出现。
而现场使用的电压为一段150V，二段320V，电压比较高，可能与驾驶室的针孔现象有一定的关联。
槽液溶剂含量对针孔的影响也比较大，阴极电泳漆多采用醇醚类溶剂，与水的亲和力强，容易形成氢键，沸点较高，在槽液中对电泳漆的溶解、稳定以及带电粒子的迁移速度有很大的影响用，对涂膜外观有重大的影响。槽液溶剂含量实际测定1.41%，处于标准下限，需要增加溶剂含量。电泳时间与漆膜外观的关系如表4所示。
问题的症结并没有找到，需要进一步分析。
分析和探讨
1.针孔产生的机理
电泳涂膜在加热烘干时，气体的蒸发过程如图所示。
图 脱气过程的5个阶段
从上述分析可知，防止针孔产生的方法，就是要在漆膜有流动性前完成各种气体的蒸发。达成这一目标，首先电泳漆膜内含有的气体量要少，其次是控制电泳漆膜表面干燥的时间，适当延长电泳涂膜由湿变干过程的时间，让涂膜表面在干燥过程中能尽量长时间保持流动性，这样即使有气体通过，形成的孔也会流平。
2.电泳槽液对针孔的影响
阴极电泳的过程中阴极区发生的反应：
电解反应在电泳过程中是不可避免的，正常情况下，气体将在脱气过程中逃逸，水分也会在电渗作用下排出。但是如果电解反应过激，逸气现象严重，电沉积速度过快，气体、水分夹带太多，漆膜易出现针孔问题。所以控制电解反应是控制针孔的重要环节。
由反应式（1）可以看出，氢的析出电位主要取决于槽液的pH值，而电沉积反应（2）由OH-离子浓度和槽液固体份（带电粒子量）决定。所以槽液的pH值越低，析氢电位越小，析氢反应越难进行，OH-离子浓度低，涂料的沉积量减少，涂膜薄；而槽液的pH值升高，析氢电位升高，反应加快，引发OH-离子浓度升高很快，电沉积速度快，在层积过程中涂膜含有较高的水分和气体，导致涂层表面粗糙度下降，针孔增多。研究后发现：槽液的pH值控制在使树脂的成膜速率略大于析氢反应速率，能得到外观很好的涂膜。
3.引发针孔的原因
通过实验和对现场的仔细观察，确定引发针孔的主要因素为：
（1）中盖板所对应电泳槽部位循环不够，电泳时有浓差极化发生。
该生产线为了保证导电杆的顺利上下运行，电泳槽在导电杆运行的中间区域是空的，没有布置电极与管道。两辆驾驶室中间的区域Z循环效果很差，尤其是中盖板部位，侧面和底部的循环都很难达到，前后都没有窗户空隙，又被驾驶室前围、后围挡住，槽液的流动在该处被阻碍，循环状况就很差。
当电极开始通电时，前一辆驾驶室的后围和后一辆驾驶室的前围同时面对距离很近的同一区域Z的电泳漆，而该区域的循环较差，非常容易发生浓差极化，针孔就很容易出现。
实际生产中是后一辆驾驶室前围中盖板部位出现针孔，这是因为为避开吊具的导电和运行轨道，在后一辆驾驶室前方部位阳极较多，而前一辆的后部则有合理的阳极，通电时后一辆驾驶室前围反应激烈，在对带电涂料粒子的竞争中处于有利的位置，电沉积速度很快，漆膜中夹带大量的气体、水分，另外中盖板区域的电泳循环很差，这样就出现浓差极化现象，进一步加剧电解反应，所以问题出现在后一辆驾驶室中盖板部位。
技术人员在现场把问题中盖板放在驾驶室的侧面，随驾驶室电泳，烘干后漆膜光滑平整，没有针孔；另将中盖板置于驾驶室内电泳，其表面漆膜粗糙，也没有针孔；甚至把问题中盖板挂在后围，烘干后漆膜正常，也没有针孔，这样就确定后一辆驾驶室中盖板所处的位置循环很差，又容易在电泳过程中出现电场梯度、浓差极化，是造成其出现针孔的主要原因。
现场发现电压、溶剂和甲酸含量也促使针孔的产生。
（2）Ⅰ段、Ⅱ段电压升压时间过短，电压偏高，电流冲击大。Ⅰ段电压设定从0V升至150V，Ⅰ段电压设定从150V升至320V的升压时间为3s，致使一段电压电泳升压时冲击电流高达0.75kA；到了二段电压开始电泳时，冲击电流更是高达1.5kA，造成了大量气体的产生，这也是促使驾驶室中盖板产生针孔的重要原因。
（3）槽液的pH值偏高，溶剂含量偏低。
一般来说，阴极电泳漆pH值高对管道腐蚀会小，溶剂含量低符合环保要求，而且要控制成本，所以现场pH值控制偏上限，溶剂含量在下限，但这两种情况也促使了针孔的产生。
问题的处理
首先考虑改变中盖板的位置，中盖板放在侧面与后面，安装操作很不方便，设计过多次工装也没有达到要求，而且驾驶室在运行的过程中，中盖板很容易撞上设备，造成零件损坏和设备故障；放在驾驶室内，漆膜表面粗糙，品质达不到要求，中盖板位置的改变没有成功。 其次电泳循环管路和阳极都在电泳槽内，设计完工投入使用，进行更改非常困难。最后经过现场的观察分析，在不影响生产情况下作以下调整：将Ⅰ段电压、Ⅱ段电压升压时间由3s改为6s，同时将Ⅰ段工作电压从150V改为130V，Ⅱ段工作电压从320V改为300V，降低电流密度，控制电解反应的程度；调低槽液的pH值，进一步合理控制电解反应和电沉积反应；提高醇醚类溶剂的含量，增加带电粒子的电泳速度，降低体系粘度，增强湿膜脱泡能力和涂料的再流平能力。
通过以上几个方面的措施，针孔已得到有效控制，当然更好的方法还是应该从槽液的循环和阳极的合理布置角度来解决针孔。(end)
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(4/7/2010) |
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佳工网友 马营
于6/17/2010 4:42:00 PM评论说：
我们也是做电泳的希望能和你们交流一下 想要你的联络方式(电话：13920053181)
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对 喷涂/清洗/表面工程 有何见解？请到 喷涂/清洗/表面工程论坛 畅所欲言吧！
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