電泳粗糙度對(duì)水性緊湊型工藝的影響分析

1  前言

傳統(tǒng)3C2B工藝中每一個(gè)工藝步驟均是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的應(yīng)用驗(yàn)證，確保工藝的合理性，但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，它存在涂裝生產(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)，是以高運(yùn)行成本為代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)最大的工藝可靠性及滿足產(chǎn)品所有質(zhì)量要求。而水性緊湊型工藝是在傳統(tǒng)工藝上取消了中涂層及中涂烘干，取消了在中涂層所投入的設(shè)備、人工及能源，實(shí)現(xiàn)了縮短工藝流程、降低污染排放、節(jié)約能源的目的。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，節(jié)能減排綠色制造已經(jīng)深入人心，水性緊湊型工藝技術(shù)以其顯著的優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多的汽車企業(yè)采用，如寶馬、大眾、江淮、雪鐵龍、通用等均已采用此類工藝技術(shù)。

水性緊湊型工藝因取消中涂層，缺少中涂層的填充功能，要保證良好的面漆外觀質(zhì)量，就需要對(duì)電泳底層的外觀質(zhì)量進(jìn)行控制。本文就電泳涂層的粗糙度對(duì)面漆外觀質(zhì)量的影響及解決措施進(jìn)行探討。

2  電泳粗糙度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1  電泳粗糙度的基本概念

在機(jī)械學(xué)中，粗糙度指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。電泳的表面粗糙度是指電泳漆膜在電泳漆膜形成及烘干中由于電泳漆性能、電泳設(shè)備、烘干溫度等各方面原因最終導(dǎo)致電泳漆膜表面形成具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。表面粗糙度數(shù)值系列的表述方式多達(dá) 20余種。其中高度參數(shù)主要有3種：輪廓算術(shù)平均偏差Ra，微觀不平度十點(diǎn)高度Rz，輪廓最大高度Ry。

為方便生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管控，在電泳漆膜粗糙度的控制上，使用最多的是輪廓算數(shù)平均偏差Ra。Ra測(cè)量時(shí)使用的主要標(biāo)準(zhǔn)為DIN EN ISO 4287—1998、ISO 4287—1997和JIS B 0601—1994。Ra的計(jì)算公式為：Ra=1/l∫t0|Y(x)|dx或近似為Ra= 1/n∑|Yi|。式中，Y為輪廓線上的點(diǎn)到基準(zhǔn)線(中線)之間的距離; l為取樣長(zhǎng)度，取樣長(zhǎng)度一般用0.8、2.5兩種。

2.2  電泳粗糙度對(duì)面漆質(zhì)量的影響

水性緊湊型工藝缺少中涂層在電泳與面漆之間的填充作用，導(dǎo)致電泳涂層的粗糙度會(huì)對(duì)面漆外觀質(zhì)量造成較大影響，主要體現(xiàn)為面漆長(zhǎng)短波超標(biāo)。通過(guò)對(duì)涂裝車身的電泳粗糙度及面漆外觀進(jìn)行跟蹤，驗(yàn)證電泳粗糙度對(duì)面漆質(zhì)量的影響，經(jīng)多次驗(yàn)證后，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1  電泳粗糙度對(duì)面漆外觀的影響

注：Ra測(cè)量按2.5步長(zhǎng)的取樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，外觀數(shù)據(jù)為多次驗(yàn)證的外觀平均值。

根據(jù)上面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證情況，電泳粗糙度對(duì)于涂膜的外觀質(zhì)量有一定影響，當(dāng)Ra值在0.2μm～0.3μm，外觀質(zhì)量較為良好，Ra值≥0.35μm時(shí)面漆外觀橘皮值將會(huì)超標(biāo)。

2.3  電泳粗糙度控制范圍

根據(jù)上述驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)水性緊湊型工藝而言。電泳表面粗糙度推薦的控制范圍如表2：

表2 水性緊湊型工藝下電泳粗糙度的控制范圍

3  影響電泳漆膜粗糙度的因素

3.1  板材粗糙度及前處理對(duì)電泳粗糙度的影響

3.1.1   板材粗糙度的影響

板材是涂裝的基礎(chǔ)，其表面的粗糙度直接影響到電泳漆膜的粗糙度。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)板材粗糙度及其對(duì)應(yīng)的電泳粗糙度進(jìn)行一段時(shí)間的跟蹤測(cè)量和分析后，形成如下板材粗糙度與電泳粗糙度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖1所示，因此推薦汽車板材的粗糙度Ra控制范圍為0.6μm～1.2μm 。

3.1.2    磷化質(zhì)量的影響

磷化膜可以增加電泳漆膜涂層與底材之間的附著力,其磷化膜成膜狀態(tài)對(duì)電泳漆膜表面質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。磷化膜質(zhì)量一般從目視上要求均勻致密、無(wú)發(fā)花、露底等缺陷，結(jié)晶狀態(tài)以粒狀為佳，并且結(jié)晶尺寸越小越好，一般在2-5μm較佳。

3.2   電泳槽液參數(shù)對(duì)電泳粗糙度的影響

在水性緊湊型工藝中為了獲得良好的面漆外觀，在選擇電泳漆時(shí)必須慎重選擇具有高性能的電泳漆。而在汽車涂裝線中，即使選用再好的優(yōu)良電泳漆，無(wú)法嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中的電泳槽液參數(shù)，也是徒勞的。因此，選用好的電泳漆，同時(shí)具備嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)工藝控制能力方可獲得優(yōu)良電泳漆膜外觀，保證電泳粗糙度在控制范圍內(nèi)。電泳槽液參數(shù)中影響電泳粗糙度的因素有很多，電泳槽液固體分、槽液PH值、MEQ、顏基比、電導(dǎo)率、槽液助溶劑含量、槽液溫度等均會(huì)影響電泳表面粗糙度。本文依據(jù)某汽車工廠涂裝線生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中，所遇到的電泳粗糙度實(shí)際問(wèn)題，分別從電泳槽液顏基比、槽液電導(dǎo)率、槽液助溶劑含量三個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.2.1  電泳槽液顏基比對(duì)電泳粗糙度的影響

顏基比是指電泳涂料、槽液干膜中顏料與樹脂（基料）含量的比值。顏基比是影響表面粗糙度的一個(gè)重要因素。某汽車工廠涂裝電泳線在實(shí)際調(diào)試及過(guò)線生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)線車身數(shù)量無(wú)法滿足槽液的更新、涂料置換率較低，從而導(dǎo)致顏基比升高。顏基比偏高，會(huì)造成表面粗糙，因此，必須在滿足遮蓋率和不產(chǎn)生縮孔的情況下，將顏基比控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以保證漆膜表面光滑平整。一般汽車企業(yè)涂裝線對(duì)電泳顏基比的控制要求在10%～16%。

3.2.2   槽液電導(dǎo)率對(duì)電泳粗糙度的影響

槽液電導(dǎo)率作為電泳成膜過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)電泳漆膜粗糙度有著重要的影響。影響電泳槽液電導(dǎo)率的因素為電泳槽液中的雜質(zhì)離子，在電泳過(guò)程中，雜質(zhì)離子的積累既增加了電量的消耗，又改變了電泳槽液的特性，從而使電泳顏料分散性變差，進(jìn)一步導(dǎo)致電泳漆膜粗糙度變差。前處理磷化液或磷化渣的處理不干凈，進(jìn)入電泳槽液，是產(chǎn)生雜質(zhì)離子的主要來(lái)源，導(dǎo)致電泳漆膜粗糙，電泳漆膜顆粒等弊病。因此在電泳實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)控制電泳前的純水洗電導(dǎo)率及車身的滴水電導(dǎo)率來(lái)減少雜質(zhì)離子進(jìn)入電泳槽液。

3.2.3   槽液助溶劑含量對(duì)電泳粗糙度的影響

槽液中的溶劑含量作為電泳涂裝工藝中的主要工藝參數(shù)之一,也是需要嚴(yán)格控制的一個(gè)參數(shù)，而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于大部分現(xiàn)場(chǎng)不具備檢測(cè)條件,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)關(guān)注度不夠。槽液溶劑含量太低，則膜厚變薄，流平性變差，表面粗糙度增加；太高則會(huì)導(dǎo)致電泳漆膜過(guò)厚，產(chǎn)生桔皮及針孔現(xiàn)象。

電泳槽液中主要可以通過(guò)兩類助溶劑改善電泳漆膜的流平性，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，分別添加溶劑821-6（助劑A）和流平潤(rùn)濕劑HG助劑（助劑B），其比例均為0.3%，電泳漆膜粗糙度的數(shù)據(jù)變化情況見表3，電泳粗糙度得到有效提升。因此，汽車涂裝生產(chǎn)線中應(yīng)嚴(yán)格控制電泳槽液中助溶劑的含量及各類溶劑的比例情況。

表3  添加助溶劑后電泳粗糙度的變化分析

注：電泳粗糙度Ra測(cè)量按2.5步長(zhǎng)的取樣長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量

3.3  電泳設(shè)備狀態(tài)對(duì)電泳粗糙度的影響

電泳設(shè)備是指所用于電泳生產(chǎn)有關(guān)的設(shè)備設(shè)施，如超濾、噴淋、循環(huán)及烘干其運(yùn)行狀態(tài)均對(duì)電泳的漆膜質(zhì)量有著重要的影響，因此為保證電泳漆膜質(zhì)量的良好，必須確保所有與電泳有關(guān)的設(shè)備保持最優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)下，保證電泳涂裝設(shè)備具備相應(yīng)最優(yōu)功能。其中電泳噴淋系統(tǒng)及電泳烘干系統(tǒng)對(duì)電泳粗糙度影響相對(duì)較大。

   3.3.1  電泳系統(tǒng)對(duì)電泳粗糙度的影響

電泳噴淋設(shè)備是影響電泳成膜質(zhì)量的重要因素之一。電泳噴淋系統(tǒng)包括電泳入槽加濕噴淋、電泳出槽噴淋、超濾噴淋及水洗噴淋等。車身進(jìn)入電泳槽體時(shí)，若車身存在雜質(zhì)或車身部分表干等，入槽后會(huì)導(dǎo)致車身電流密度不均，從而導(dǎo)致成膜膜厚不均，表面會(huì)出現(xiàn)條紋。電泳出槽噴淋過(guò)程中，若沖洗液PH值過(guò)低及沖洗壓力不足，會(huì)導(dǎo)致漆膜返溶及清洗不凈引起的干斑，影響漆膜粗糙度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，建議車身在入槽前采用霧化噴嘴進(jìn)行噴淋加濕，保證車身外表面干濕均勻，入槽不帶電，待車身完全入槽后再通電電泳，電泳出槽噴淋壓力控制在0.07-0.12MPa之間，同時(shí)控制電泳出槽噴淋時(shí)間與車身離開液位時(shí)間不超過(guò)40s，以保證電泳后及時(shí)清洗及清洗效果。車身在生產(chǎn)過(guò)線中，應(yīng)保證噴淋系統(tǒng)完好，均勻噴淋到整車各部位，避免噴淋不均導(dǎo)致的車身電泳漆膜粗糙。

3.3.2   電泳烘干狀態(tài)對(duì)電泳粗糙度的影響

電泳烘干過(guò)程是電泳成膜過(guò)程中重要因素之一。烘干溫度過(guò)高、過(guò)低均對(duì)電泳成膜不利，不同廠家電泳漆對(duì)烘干窗口的要求均不同。電泳烘干升溫過(guò)快、升溫梯度過(guò)陡會(huì)導(dǎo)致漆膜表面形成針孔，表面漆膜不夠平整，一般而言升溫時(shí)間保證在15min以上，以保證電泳漆膜中溶劑的揮發(fā)及漆膜的充分流平。經(jīng)對(duì)某種電泳漆在不同烘干條件下的粗糙度變化情況進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4。其中水平面因顏料和催化劑含量偏高，過(guò)快的固化速度造成微觀平整度下降，漆膜表面粗糙度增加。

表4 電泳烘干溫度優(yōu)化調(diào)整分析電泳粗糙度的變化狀態(tài)

說(shuō)明：H板粗糙度 Ra /um ；λC=0.8mm（靜置3分鐘，施工條件：200V/30℃）

此項(xiàng)性能與涂料本身的L板效應(yīng)性能關(guān)系較大，因此建議采用緊湊型工藝是需關(guān)注所配套電泳涂料的L板效應(yīng)及烘干條件對(duì)粗糙度的影響。

4   提升電泳粗糙度的有效措施

4.1   控制板材及白車身粗糙度

汽車廠使用的板材，在生產(chǎn)下線后要求能夠長(zhǎng)期存放，存放過(guò)程中，板材表面狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生變化；同時(shí)，板材在沖壓成型制作白車身過(guò)程中，板材受到擠壓成型，表面狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。最終板材及白車身通過(guò)前處理電泳處理后，直接影響車身電泳漆膜粗糙度。

建議措施定期檢測(cè)板材及白車身的粗糙度Ra，推薦控制范圍為0.6μm～1.2μm，確保良好的面漆漆膜外觀。

4.2   嚴(yán)格控制電泳槽液參數(shù)

電泳槽液工藝參數(shù)的控制是涂裝車間現(xiàn)場(chǎng)日常管理中最重要的環(huán)節(jié)，是保證電泳漆膜質(zhì)量的基本控制措施。在汽車工業(yè)中，工藝上制定嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)槽液參數(shù)控制要求是最基礎(chǔ)也是最重要的工作。工藝參數(shù)的技術(shù)指標(biāo)由企業(yè)技術(shù)部門與各材料廠家協(xié)商，并依據(jù)國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于技術(shù)指標(biāo)的控制范圍依據(jù)材料的基本特性及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定的指標(biāo)范圍給予確定，同時(shí)于現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)試過(guò)程中加以優(yōu)化，最終形成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工藝參數(shù)控制范圍。如某條生產(chǎn)線為例，電泳槽液參數(shù)的日常控制要求如下表5。

表5  某汽車工廠涂裝電泳槽液工藝參數(shù)控制范圍

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，還建議定期檢查電泳漆膜的膜厚、光澤度及粗糙度數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差。

4.3   確保電泳線設(shè)備最優(yōu)化運(yùn)行

電泳線設(shè)備的正常運(yùn)行是決定電泳漆膜質(zhì)量的重要因素之一。電泳超濾系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等設(shè)備的不良運(yùn)行都可能造成電泳漆膜質(zhì)量變差，同時(shí)電泳設(shè)備故障也會(huì)進(jìn)一步影響到電泳槽液各工藝參數(shù)超出控制范圍，造成因槽液不良導(dǎo)致的電泳漆膜粗糙等弊病。因此建議定期檢查設(shè)備狀態(tài)，作好設(shè)備點(diǎn)檢，尤其噴淋系統(tǒng)等，同時(shí)定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，避免因設(shè)備損壞導(dǎo)致的電泳質(zhì)量降低的危險(xiǎn)。

5    結(jié) 論

本文通過(guò)采用水性緊湊型工藝時(shí)，分析電泳粗糙對(duì)面漆質(zhì)量的影響，并根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證及生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行情況，重點(diǎn)介紹了影響電泳漆膜粗糙度的因素及提升電泳粗糙度的有效措施。從材料、工藝、設(shè)備三方面中分析，選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良的電泳漆材料、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚬芾硪约皣?yán)格的設(shè)備管理，方可得到外觀優(yōu)良的電泳漆膜滿足水性緊湊型工藝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2016年第9期