轿车阴极电泳中的阳极系统

轿车阴极电泳中的阳极系统

阴极电泳是轿车车身制造普遍采用的涂装工艺，是提高车身使用寿命（耐腐蚀性）的主要手段。在阴极电泳中，所采用的电泳涂料是阳离子型（带正电荷）的树脂和颜料浆，被涂物（车身）作为阴极。

在阴极上的最初反应是水电解形成氢气和氢氧根离子（OH-），这一反应致使在阴极表面产生高碱性界面层，使带正电荷的粒子在阴极上凝集，阳离子（树脂和颜料）与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。

在阳极区不断产生有机酸（见下式）：H ++CH3COO-或HCOO-→CH3COOH或HCOOH

这些酸如不及时除去，会进入槽液使pH值下降，影响工艺参数pH值的稳定，影响泳透力及涂膜性能，再溶解性增大。除去槽液中游离酸的办法有，添加未中和或部分中和的阴极电泳涂料和采用阳极隔膜系统。一般常用阳极隔膜系统法，尤其是在大型的阴极电泳涂装线上。

1．阳极系统组成

阳极系统包含阳极液系统和阳极电源两部分。阳极液系统是阳极系统的主要组成部分，由阳极隔膜系统、极液往返循环管路、泵、极液槽、电导率和混浊度控制仪、去离子水供给管路等组成。

1.1阳极液系统

1.1.1阳极隔膜系统

阳极隔膜系统是将阳极封闭在可冲洗的阳极罩上，极罩由不导电材料制成，敞开面（板式电极罩朝向被涂物的一面，管式电极四周都可算敞开面）装有离子选择性隔膜。阳极有板式、管式和弧形等形式，其中管式阳极目前应用最为普遍。

1.1.1.1管式阳极

单元由阳极罩（含离子交换膜）和阳极两部分构成，是过去板式阳极的替代产品。其结构紧凑，膜电阻小，耗电量低，泳透力高，单位膜面积大，使用寿命长，检修和管理方便。由于其体积小、质量轻，可安装于电泳槽的侧面、底部或上部，以满足不同涂装工艺的要求。阳极电极材料一般采用316 L不锈钢，厚度最好不小于3.2 mm。在正常情况下，阳极缓慢溶解，其寿命取决于通过电泳槽的生产率。

不锈钢阳极依靠钝化状态工作，但是不锈钢的活化溶解和钝化膜的形成受脉冲电流影响很大，实际生产中很难控制。阳极的概率寿命可达到若干年，为延长阳极的使用寿命，可选用氧化钉或Ti基氧化物的电极。

试验表明，涂覆有氧化钉成分的阳极寿命是不锈钢阳极的数倍，但初期投资也比不锈钢要多。由于氯含量对不锈钢阳极腐蚀非常明显，而氯含量多少对Ti基氧化物阳极毫无影响，因此也可选用Ti基氧化物

电极。Ti基氧化物阳极对电泳涂装现场的电流脉冲是完全允许的，是该阳极的工作电流范围。Ti基氧化物涂层阳极为尺寸稳定阳极，工作过程中只有少量活性涂层损失，Ti基体在生产中始终处于无损耗状态。阳极失活后，只需要重新涂活性层，Ti基体可以反复使用，可节省一定的资金。Ti基氧化物涂层阳极使用寿命长，用该阳极代替不锈钢阳极，可以避免阳极的频繁更换，有利于稳定正常生产，简化管理。

1．1.1.2阳极面积

在阴极电泳涂装场合，阴极和阳极的面积之比为4:1。以汽车车身涂装线为例，阳极表面是指与通过工件相邻的被浸入阴极部分。阳极面积用下列公式计算：阳极面积：=（车身数/minx2 minx表面积／车身）/4，全浸没时间超过2min的场合不要求加大阳极面积。

阳极罩的支撑体材料是塑料，最常用的如UPVC.阳极隔膜是阴离子交换膜，其性能参数如表1。

另外，阳极液循环系统设计时要为每个极罩配一个安培计，以便连续观察各极罩的运行情况、极罩状况和随时得到操作数据。

1.1.2阳极液循环系统

阳极液循环管路必须用能耐pH值为2-5有机酸的不锈钢管或塑料管制成。阳极液的循环量为每平方米有效极面积6~10 L/min，不断冲洗阳极，带走有机酸等阴离子。每个阳极罩的进液管上要装一个流量计，以监视阳极液流量。如果阳极液返回管为塑料管，应考虑采取阳极液接地措施（防止接触阳极液时有电击）。

1.1.3阳极液电导率

阳极液系统要能够控制阳极液电导率在设定点的70~100μS/cm内。控制器及仪器量程应为0~2

000μS/cm，高泳透力产品要求量程为0~10000μS/cm。阳极液槽的电导率传感器要装在远离阳极液返回管的位置。阳极液槽用“无极(electro dless)”电导率传感器（如Foxboro 871 BCbody code BV）时工作性能较好。

1.1.4去离子水

去离子水质量对电泳槽槽液的稳定性至关重要，除电导率、杂质离子等理化指标外，细菌数也是一个非常重要的指标。一般在进入系统的去离子水管路上装有紫外灯杀灭细菌。尽管如此，仍然要在电泳试验室中检测去离子水系统的菌落数。当菌落数超过电泳漆供应商的产品要求时，要向电泳漆供应商或杀菌剂生产厂家（如Betz或Nalco）的去离子水专家咨询，以处理去离子水系统，使其能与电泳漆的稳定性相适应。将来，随着电泳漆产品的技术更新，现行的对菌落数的限制可能会降低。

1.2阳极电源

阳极电源是将交流电源转换为直流电。直流整流器应能使电压在0~500 V可调。实践表明，厚膜电泳漆（uni-prime）电流消耗大约为0.22 A·h/m2,系统设计要考虑50%的电流余量以供将来发展，可用式（1）计算泳涂1台车所需的总电流。所需安培数=(0.22 A·h/ m2) x能涂的面积/min) x(60 min/h)(1)。

考虑安全系数，这个安培数乘以1.5来求出放大的规格。把总流量分成两分，每一部分单独配整流器，设计要考虑配有专用及独立启动的备用整流器，以确保整流器发生故障时生产也能连续进行且质量不降低。建议采用限流整流器以保护设备。

整流器供电平稳度或输出脉动率很重要，直流电要经滤波，电压脉动波动幅度不能超过平均直流电压的5%，满负荷情况下电压脉动率要小于5%。

2．阳极系统的安装维护

在电泳槽投槽之前，必须安装好阳极系统。除设备（整流电源、循环管路、阳极槽及控制仪表）完好外，安装阳极是一件非常重要的工作。在安装前，所有阳极罩都要作渗漏试验；在投槽时，极罩中必须装有去离子水。

阳极应沿槽壁布置，浸入槽液中的深度不得小于槽垂直壁的槽液深度的40%。在全浸泳涂时间超过或等于3 min场合，阳极的排布要从出槽口向前排，一般在入槽端靠近入槽车身部位不布置阳极。在泳涂汽车车身面积较大的被涂物场合，可在底部和顶部也布设阳极，这样可使电泳涂层厚度更加均匀。建议2个电极段之间至少有1个极罩的间隙，以防止漆在电压较低区的阳极和极罩上；如果两个极罩之间的电压差超过75 V，要留出2个极罩的间隙、电压差超过100 V，要留出3个极罩的间隙；如果用二极管防止回流，1个极罩的间隙就足够了。