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    資訊動態

    電泳涂裝業發展及成功應用

    發布時間:2017-04-23

    一、概述
       電泳涂裝技術研究起于一百多年前,基于人們對金屬表面防腐防銹要求的不斷提高而相關表面處理工藝技術又不能較好地解決這種需求的壓力下,而被逐漸研制開發。直到60年代才由George Brewer博士及福特汽車公司研制開發成功陽極電泳漆。其最早應用于福特汽車公司的涂裝線,隨著陽極電泳漆生產使用,日漸暴露其漆膜中包含有金屬離子造成抗蝕性差的缺陷,因而,高抗蝕性的陰極電泳漆于七十年代被開發成功,并被人們等認可并大力推廣應用。之后,電泳技術發展日新月異,產品品種由環氧型樹脂型發展到丙烯酸型及聚氨脂型。產品的保護品種也由汽車行業引申到自行車、摩托車及家電、輕工飾品行業,如:空調、彩電、洗衣機、摩托車、眼鏡、鎖具、燈具及飾品、發夾、領帶夾及各個金屬行業以及鋁材表面防銹行業。

    二、電泳涂漆之優勢
    1、在很凹的部位,即可形成完成均勻之保護膜,并可利用調整不同之操作電壓,即可控制鍍層的厚度,達到極高的防腐性,并消除了電鍍過程中的厚薄不均電極效應,同時也消除了噴漆過程中的結皮、淚痕之故障。

    2、涂料利用率高達95%,與噴漆法相比,減少了材料的浪費。

    3、以水作溶劑,免除了火災危險,也大大降低了水處理及空氣污染,安全性提高,減少了環保設備費用。

    4、可減少貴金屬鍍層厚度,仍可維持及超越原來鍍層壽命,用彩色電泳漆可取代鍍金,大大降低了生產成本。

    5、生產性高,生產時間縮短。金屬表面處理、電鍍、皮膜等,完成后攜帶大量水,傳統噴涂方法要先行烘干再生產,費時而且浪費能源,而電泳可連續作業,易于大量及自動化生產。

    三、電泳漆之工作原理
       電泳是電泳涂料在陰陽兩極,施加于電壓作用下,帶電荷之涂料離子移動到陰極,并與陰極表面所產生之堿性作用形成不溶解物,沉積于工件表面。它包括四個過程: 
    1、電解(分解)
       在陰極反應最初為電解反應,生成氫氣及氫氧根離子OH,此反應造成陰極面形成一高堿性邊界層,當陽離子與氫氧根作用成為不溶于水的物質,涂膜沉積,方程式為:H2O→OH+H
    2、電泳動(泳動、遷移)
       陽離子樹脂及H+在電場作用下,向陰極移動,而陰離子向陽極移動過程。
    3、電沉積(析出)
       在被涂工件表面,陽離子樹脂與陰極表面堿性作用,中和而析出不沉積物,沉積于被涂工件上。
    4、電滲(脫水) 
       涂料固體與工件表面上的涂膜為半透明性的,具有多數毛細孔,水被從陰極涂膜中排滲出來,在電場作用下,引起涂膜脫水,而涂膜則吸附于工件表面,而完成整個電泳過程。

    四、不同類型之電泳漆之工藝路線及原因
    (一)環氧型電泳漆 此類電泳漆主要用于大型工業企業,對防腐抗銹要求較高,品種有黑、灰、紅、黃等各種顏色,主要用于汽車工業、自行車行業、摩托車行業、家電行業等,電泳漆膜為不透明色。

    1、工藝路線 
       上掛→預清洗→脫脂→熱水洗→冷水洗→酸洗→水洗→表調→磷化→水洗→水洗→純水洗→純水洗→電泳→回收→回收→純水洗→純水洗→進烘箱→下掛 
    2、 各工位之作用
    (1)預清洗:清除金屬碎骨及焊渣,消除磷化及電泳潛在的塵埃源。 
    (2)脫脂:有效的清洗分散及除掉工件表面的礦物油、潤滑劑及沖壓拉延油,提高磷化效果及減少帶入電泳膜及電泳涂膜烘干時翻邊及焊縫處易引起的縮水污染物。
    (3)熱水洗:有效處理工件表面的遺留堿膜。 
    (4)酸洗:除銹及活化金屬表面。 
    (5)表調:調整表面,以形成疏密均勻之磷化膜。
    (6)水洗及純水洗:充分水洗,避免前道工序之酸、堿及鹽份帶入電泳槽污染漆槽,影響漆膜。純水電導率小于5μs。 
    (7)電泳:在計量好電壓及時間下,形成電泳膜。 
    (8)純水回收:回收水洗,減少漆液浪費,回收降低生產成本。
    (9)烘烤:使漆膜在高溫160℃~180℃下熟化,固化。

    (二)丙烯酸及聚氨脂電泳漆
    1、工藝路線 
    上掛→有機溶劑除蠟→超聲波除蠟→熱水洗→陰極除油→陽極除油→酸洗→沖擊鎳(不銹鋼)/預銅(鋅壓件)→酸銅→亮鎳→閃銀
       此工藝主要針對裝飾性工件,要求外觀漂亮及較少防腐性的輕工業產品,例如:眼鏡、打火機、鎖具、燈具、文具、文體用具及飾品發夾行業,此電泳漆膜為透明色,與各種色漿搭配,在各個電鍍工藝中均可達到五顏六色之鮮艷效果,此工藝在國內已被大量推廣應用。

    2、各主要部位之作用 
    (1)前處理:徹底地前處理,可預先解決電鍍中80%~90%的故障。
    (2)預沖鎳:消除不銹鋼制品之不良結合力。
    (3)預銅:消除鋅壓鑄件之起泡現象。 
    (4)鎳:與各種色漿配套,可電泳出:暗色的金色、黃銅色、紅銅色、黑銅色、仿古銅色、黑鎳色、藍色、紅色、紫紅色、黃色、綠色等各類顏色。
    (5)閃銀:與各種色漿配套,可電泳出各種鮮艷的顏色。如:純金色、24K金色及黃銅、鮮紅、仿古銅、黑鎳等五顏六色。

    透明電泳漆與彩色電泳漆之比較

    底材

    表面處理

    透明電泳

    彩色電泳

    工序

    時間

    工序

    時間

    鋅合金

    鍍青銅

    前處理-堿銅-酸銅-光鎳-青銅-透明電泳

    45

    前處理-青銅色電泳漆

    6

    鋅合金

    仿古青銅

    前處理-堿銅-酸銅-光鎳-青銅-黑鎳-打磨-透明電泳

    45

    前處理-浸黑-打磨-青銅色電泳漆

    8

    鍍青銅

    前處理—堿銅—酸銅—光鎳—青銅—透明電泳

    35

    前處理—鍍鋅—青銅色電泳漆

    15

    青銅


    薄鍍金

    前處理—堿銅—酸銅—光鎳—青銅—透明電泳

    25

    前處理—紅色電泳漆

    6

    薄鍍金

    前處理—堿銅—酸銅—光鎳—青銅—透明電泳

    20

    前處理—鍍鎳—薄鍍銀—金色電泳漆

    10

    鋁合金

    鍍青銅

     

     

    前處理—青銅色電泳漆

    6

    鋁合金

    鍍金

     

     

    前處理—金色電泳漆

    6

    五、電泳漆設備要求及性能指標

    (一)電泳漆槽
    1、小電泳槽(透明型):
      可用PP或PVC即可,但要備有冷卻、加熱槽及過濾循環系統。
    2、大電泳槽(環氧型):
      鐵制襯里,用PVC或玻璃鋼作內壁,設有溢流槽,并有陽極隔膜管套。 工件→陽極距離為30~37cm 工件→底部高度為45cm 
    3、帶有循環泵:
      要求8~10次/小時,濾芯為50um作用之下
    (1)保證槽液均勻混合,防止色漿料在槽中或工件上沉積;
    (2)進行過濾,以除去顆粒塵埃及油;
    (3)經過熱交換器冷卻槽液,以除去涂裝電解及泵運行機械所產生的熱能。


    (二)整流器
    1、大槽一般為250V,550V,電流以每掛面積以0.16A/m2計算,電源起動時電壓分兩段提升0~50伏及50伏~所需電壓,時間應為7~10秒。
    2、小槽一般為50V,20A即可。

    (三)陰極部分
    1、 小槽:一般用316不銹鋼板即可,陰陽極比為小于4:1。 
    2、 大槽:一般要用陽極隔膜,陽極液為醋酸調整,陽極電導率一般控制為70~100us。

    (四)超濾系統

      主要目的為清除電泳漆工作液中雜質離子及有效閉路中帶入的陽離子及陰離子污染源,保證漆液穩定及漆膜完整。 
    小槽超濾量:一般為4~30升/小時 
    大槽超濾量:一般為50~100升/小時

    六、電泳漆之維護及故障處理

    1、電泳漆之維護
    (1)純水水質要求在5us以下;
    (2)槽液液溫控制在25℃~26℃之間(用冰或冷動機);
    (3)進槽要清洗干凈,不要將酸、堿帶入槽中; 
    (4)電泳漆要涼干然后進烘箱,烤溫不要升溫太快。

    2、電泳漆故障及處理方案

    問題 原因 對策 
    膜厚不足 固體份低
    電壓低
    溫度低 提高固體份
    提高電壓
    提高溫度 
    漆膜過厚 工作周圍循環不好
    固體份高
    溫度高
    電導率高
    電壓高 通常因泵、過濾器及噴嘴阻塞而致
    降低固體份
    降低溫度
    提高超濾液的排放量
    降低電壓 
    水跡 純水不干凈
    溫度過高
    固體份過高 換新純水
    降低溫度
    加漆 
    起泡 工件表面不潔凈 充分水洗 
    漆膜外觀不豐滿 顏基比過高 減少顏料補加,增加樹脂含量 
    槽液面泡沫 進氣、漏氣
    溢流槽液面過低 檢查管道及泵是否泄漏
    降低液面高度 
    涂膜粗糙 顏料份高
    電導率高 減少色漿,增加樹脂
    超濾降低電導率 
    針孔 槽液溫度低
    電導率過高 升高槽液溫度 
    超濾,降低電導率 
    漆膜不均勻、破裂 槽液溫度低
    電壓高
    電導率高 降低溫度
    降低電壓
    超濾,降低電導率 
    斑紋、地圖斑痕 底材表面污染 檢查金屬預處理
    檢查磷化 
    漆跡 清洗不夠 增加清洗 
    凹孔、縮孔 雜質污染
    顏料份低 清除工件上的

     

    電泳涂裝在緊固件上的應用報道

     

    我國機械工業的飛速發展對車輛產品質量提出了越來越高的要求,車輛的高安全性、高環保性及多元化的個性在緊固件的表面防護技術上也得到了體現。目前汽車緊固件的表面防護技術處理工藝主要有氧化(發黑)、磷化、電鍍(鋅、鋅鎳合金,裝飾鉻)、達克羅涂覆等。眾所周知,氧化處理存在能耗大,工藝不穩定、膜層不牢固等缺陷;磷化膜的耐腐蝕性差;電鍍的鈍化處理液和達克羅涂料中都含有Cr6+,不環保。普通電鍍層的耐腐蝕性能可以達到500-1000h。但成本較高,膜層耐潮濕性差(耐濕熱性120h),不耐磨。

     

      為了提高緊固件表面處理質量并符合環保法規的要求,除了上述表面處理工藝外,國外如美國的通用和福特汽車公司采用陰極電泳涂裝工藝對螺栓等進行表面處理。根據緊固件不同的質量要求,采用不同的工藝方案,其耐鹽霧試驗可以達到240-1000h以上,且漆膜磨擦系數適宜,不影響產品裝配,可以代替電鍍的鈍化工藝,有利于環保。

     

      陰極電泳涂裝機械化程度高,環保、漆膜具有優異的耐腐蝕性能,在車輛涂裝上的應用已有多年,在緊固件上的應用在國內還是空白,確實是一項新技術,是緊固件產品創新的一個新領域。

     

      根據汽車用緊固件的種類及性能要求,對汽車底盤、發動機、變速器用高強度8. 8級、10.9級螺栓進行試驗。方案如下:

     

     ?、俸谏帢O電泳涂料,緊固件涂裝用電泳涂料;
     ?、诤谏帢O電泳涂料,配方經過調整,適用于緊固件涂裝;
     ?、酆谏帢O電泳涂料,普通零部件涂裝用電泳涂料。

     

      重點測試緊固件涂(鍍)層的幾個主要性能。a. 耐腐蝕(鹽霧試驗)性能。b. 耐潮熱性能。c.裝配性能。
    目前,國內汽車用高強度緊固件基本依賴進口,緊固件國產化的一個重要瓶頸就是摩擦系數的控制。在保證滿足裝配性能的前提下,耐鹽霧試驗和耐潮熱性的時間越長越好。另外,用氣動扳手裝配時漆膜不產生脫落,這些都是緊固件采用電泳涂料工藝的關鍵技術。

     

      采用電泳涂料①、②、③三種方案,500h漆膜表面無變化,總摩擦系數以及摩擦系數的散差(平均值)優于電鍍鋅件。電泳涂料①方案最優,涂層厚度15-18μm,耐鹽霧試驗240-1000h,綜合成本較低,為15-20元/mm2。

     

      為此,對電泳涂料在汽車緊固件上的應用試驗得出以下結論。

     

      1.緊固件采用電泳涂料進行表面處理的工藝方案可行;
     
      2.必須采用緊固件專用電泳涂料,才能達到緊固件表面處理質量要求;

     

     

      3.與電鍍鋅工藝比較電泳涂料工藝各項指標提高,成本較低。

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