电泳涂装新工艺技术

5）泳透力及影响泳透力的关键因素；
6）产生电泳漆膜弊病的原因及防治；如颗粒、缩孔、针孔、再溶解、涂膜偏厚或偏薄、异常附着等，泳透力差、二次流痕、斑迹、外观不良、带电入槽阶梯、涂膜剥落等10
多种电泳涂装独有弊病的病因及防治措施；
7）通电方式：带电入槽和入槽后通电（即工件全浸没后通电）；带电出槽，不分段和分段电压供电；它们适用于何种工况；
1977年世界上第一条汽车车身阴极电泳（CED）涂装线在美国投产，汽车涂装进入了阴极电泳时代。基于CED涂膜的耐腐蚀性能优良，泳透力好，能成倍地提高汽车车身的使用寿命（保用10～12年不产生穿孔锈蚀），阴极电泳涂装工艺技术在汽车工业中的普及率和普及速度之快是史无前例的，不到10年，汽车车身的阴极电泳化率达90%以上。我国在“六五”期间，沈阳和北京油漆厂引进了阴极电泳涂料，在中汽公司组织下，一汽、二汽、济汽引进了3条驾驶室阴极电泳涂装线及相关涂装技术，于1986年7月后相继投产，形成阴极电泳涂装全面替换阳极电泳、浸涂和喷涂等底漆工艺之势，新建车身涂装线全部采用阴极电泳涂装工艺。
防止带电入槽涂膜弊病，已有较成熟的工艺技术措施：
1）工件在入槽前保持全干或全湿，一般设置纯水喷雾装置，确保车身外表全湿；
2）工件入槽部位少布置阳极，缓解入槽时的电解反应；
3）增强入槽部位的液流，最好车身与液流是对向，有利于消除入槽口液面的泡沫和工件表面附着的气体
资源短缺，原材料涨价，汽车市场竞争激烈，要求在保证涂装质量的基础上，依靠技术进步，改进完善CED涂装工艺及装备，降低CED涂装成本，提高产品的竞争力。周边相关技术进步及成熟（如ED-RO、热泵技术、新型CED涂料等），相互促进，需更换、淘汰落后的工序及装备和涂料更新。
另外，笔者在技术咨询、现场技术服务中发现，设计人员对阴极电泳涂装工艺的认识研究不到位，存在误区，缺乏按工况、被泳涂件的性状灵活应用相关技术和精益设计的能力，局限于翻版设计，致使工艺设备设计落后，投资运行成本高。
1）电泳涂装的工艺参数（电泳条件）：槽液温度、电泳电压、电泳时间、槽液特性（pH、电导率）及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ们的相互关系；
2）槽液组成：固体分、有机溶剂含量、灰分、MEQ值、库仑效率；
3）最佳极距、电场强度、电泳的临界电压、工作电压、破坏电压；
4）电泳涂装时的电流、膜厚和湿漆膜电阻的变化及相互关系（见图2）；
解决上述泳涂膜厚不均一，较理想科学的办法是选用高泳透力CED涂料，当泳涂到一定膜厚（如20μm），湿涂膜电阻增大到一定值后，涂膜不随电泳时间延长而增厚。另一个办法改为带电入槽法，电泳时间按车身顶部的某点进出槽液面计算；换句话说可以加快链速，提高既有电泳设备的产能，降低每台车身的电泳涂装运行成本。2种办法同时采用，则效果更佳。
4）输送应平稳，消除脉动（尤其在慢速的场合）；
5）提高槽液温度（28~33℃），降低湿涂膜的黏性，增强释气泡性，能消除车身前端涂膜针孔弊病[7]。可是槽液温度增高对电泳槽液的稳定性和泳透力有负面影响。
3.2应重视极距和严控极距在其最佳范围内
电泳涂装的极距（阴阳极之间的距离）与静电喷涂法的极距（喷杯与被喷涂物之间的距离）具有相同的含义，都有最佳的极距范围。它们直接影响电场强度及其分布，电场强度E＝V（电压）/L（极距），电泳涂装的极距近了也产生涂膜偏厚和异常附着，极距大了，涂膜偏薄或泳涂不上。所以极距是电泳涂装工艺和设备设计的重要参数之一。电极与极罩都靠槽壁布置，在泳涂宽大的工件时按需在槽底或工件顶部设置电极；泳涂不同类型工件的最佳极距范围电泳槽断面及典型间隙尺寸的E值确定。
不按工况和被泳涂件的性状：将中小件浸入槽液后通电方式照搬设计汽车车身涂装线，在连续式生产线上采用不带电入槽，车身完全浸入槽液后在起动供电回路（开始计算电泳时间），致使电泳槽在长度方向增加一个车位（增加槽液30～50m3）和泳涂时膜厚超差。江淮瑞风商务车车身CED涂装线就是实例[5-6]。
3）CED涂膜的耐腐蚀性：它虽与所选用的CED涂料、CED
与前处理的配套性和工艺设备管理有关，但要求稳定在工艺设计标准的范围内，如耐盐雾性504h、720h或1000h，划叉处2mm范围内丧失附着力，其余表面不允许有起泡（疤型腐蚀）。轿车车身一般要求盐雾试验1008h或循环交变腐蚀试验达60个循环。
8）电泳后清洗的功能及目的，如何防止再溶解，如何降低耗水量和减少污水排放量。如果涂装工艺/设备设计人员欠缺上述技术知识，除能翻版设计外，就谈不上灵活应用相关技术，做不到按工况和被涂物性状进行精益设计或有所创新，势必造成一定的生产隐患。
2阴极电泳涂装工艺、设备设计的基本守则
新的CED涂装线经调试达产后，应满足工艺要求的涂膜质量及相关的经济技术指标，具体内容如下。
在产量大，链速快（V≥4.0m/min）、中小件（高≤1.5m，长度1.0m左右）电泳涂装场合显不出2种通电方式大的差别，因入槽所占时间很短，可在泳涂大型工件（高≥2.0m，长度≥3.0m，如高度2.5m的商用车驾驶室、长度≥3.0m的厢式面包车），链速又慢（<3.0m/min）的场合，2种通电方式对涂膜厚度均匀性的影响就大，原因是入槽时间长（注意：中小件和汽车车身全浸没后通电的时间差别）。
30多年阴极电泳涂料和涂装技术不断取得进步和完善，如耐腐蚀性、泳透力、环保性等方面都有较大的提高。阴极电泳涂装已成为经得起考验、成熟的汽车车身打底涂装技术。2009年我国成为世界汽车生产的第一大国；上千万辆汽车，除部分大客车和改装车的车身外，都采用阴极电泳涂底漆工艺。CED涂装工艺至今仍是先进的汽车车身的涂底漆工艺，尚无理想的工艺来取代它。
注：表中数据摘自同一轿车车身涂装工程（JPH35台/h，链速3.5m/min规模）的各公司报价资料。
3.3增加电泳后清洗次数有负面作用
电泳后用超滤（UF）液和纯水清洗的目的是洗掉湿电泳涂膜表面的电泳槽液（浮漆），并回收提高CED涂料的利用率；
阴极电泳涂装技术在汽车零部件（如车架、车轮、中小钣金件、减震器、雨刮器、车厢及金属部件等）涂装中也得到广泛应用，在其他工业涂装领域（如建材、轻工、农机、军工、家用电器等金属件涂装领域）也得到普及和推广应用。
有人认为“电泳涂装工艺经过长时间的发展和应用已经比较完善，可改进的地方并不多”[1]。笔者基于下列形势持不同看法，认为阴极电泳涂装技术改进完善和创新的空间还很大。基于国家的环保、清洁生产和节能减排的法规相继颁布，要求阴极电泳涂装工艺更环保（低VOC化、低碳化、无害化）。
2.2环保、节能减排目标值
CED涂装属于水性涂装工艺，在环保上已可称为“绿化工艺”，但随着保护地球环境的标准提高，要求进一步低VOC化（降低有机溶剂和加热减量）、无害化（无铅无锡化）和低碳化（削减CO2排放量）。
无铅无锡CED涂料近年来已普遍采用；低VOC含量和加热减量的CED涂料尚处于开发阶段，应促进其推广应用。阴极电泳涂装设备的动力能耗（不包括烘干能耗）还比较大，占涂装车间用电量的12.9%；每台车身涂装排出CO2160.1kg，其中CED占9.9kg（6.2%）[4]。还有，CED涂装工艺的耗水量、纯水用量及利用率、污水排放量都应有设计目标值。每次新设计时，应在原有设计的基础上，依靠技术创新使环保、节能减排有所进步。
该线采用悬挂式C型吊具连续式输送，链速为2.6m/min，节拍为190s。采用2段电泳供电方式，入槽不带电，出槽带电。投产后发现车身电泳涂膜不均匀，前部17μm，后部27μm，膜厚差10μm。该公司为解决泳涂膜厚不均匀问题，通过试验，取消出槽带电，使车身前后膜厚差降到2～3μm，并节省CED涂料6％。
3.1在连续式电泳涂装线上难实现不带电入槽或入槽后通电的方式
在电泳涂装时泳涂工件入槽通电方式分带电入槽和不带电入槽（即入槽工件全浸没在槽液中后通电）2种。不带电入槽方式仅适用于间歇式单工位电泳涂装场合，其优点是可避免产生带电入槽阶梯弊病，缺点是脉冲电流大，需设置软起动。
在连续式生产的CED
2.1CED涂膜的质量基准[3]
1）涂膜外观：平整光滑，无针孔、缩孔，涂膜完整；
涂膜弊病应在工艺标准许可的范围内；
2）涂膜厚度：膜厚应均匀、膜厚差应控制在工艺设计膜厚±2
μm；对结构复杂的有内腔的被涂件（如汽车车身）、各部位的膜厚各汽车公司都有基准。一般要求内腔表面膜厚≥10μm，车身外表面18～22μm；
涂装场合，阳极始终处在通电状态，槽液导电，当工件接触槽液时就带电，无论在挂具绝缘还是接通供电回路（汇流排）都一样，电解、电泳、电沉积等作用就开始。这与电泳作业时严禁人员接触槽液，防止电击，确保人生安全；在分段供电场合，要采取措施防止电泳漆在低电压阳极上沉积；和电泳槽内不允许有裸露的金属件等的状况及原因一样。只有在入槽段保持工件与阳极同电位，才能实现不带电入槽（即全浸没后通电），在这种场合可能产生工件阳极溶解问题。
可是工艺人员认识不到位，未强调控制极距的重要性，设备设计及制造供应商随工件输送方式及结构的变化，扩大工件与槽内壁间距（E值、极距）。如汽车车身E值由500～550mm，扩大到850mm甚至950mm，并以此为“经验”，相互照搬设计。极距加大许多，势必造成电泳工作电压增高，直流电源功率增大；电泳槽容积增大和槽液增多，泳涂的膜厚不均节能减排效果差，投资运行费用高的结局。例如，某公司中级轿车车身的摆杆输送机结构更新，将E值由660mm扩大到957.5mm（极距由600mm扩大到842.5mm）。又如2种滚浸式输送机，基于Rodip车身滑橇紧固在底板上，车身两侧无吊具；多功能穿梭机车身两侧有摆臂。同为年产15万辆轿车车身的电泳槽，后者较前者大了19.56%（36m3）。近几年新建的车身涂装线已不选用多功能穿梭机，其原因之一就是极距大，电泳槽容积大。
笔者认为膜厚不均是由于设计思想有误，使车身前后部电泳时间有差别（约差2min）造成；“出槽不带电”来解决问题，不是理想科学的方法，它不仅增加供电控制的麻烦，更主要的是牺牲了出槽带电防止再溶解和增强出槽时的电渗作用。按文中介绍，出槽断电状况，可理解为缩短车身后部的电泳时间约2min（也就是车身后部在出槽前在槽液中浸泡2min），膜厚差降低7～8μm是由2个因素合力形成。如果出槽时电泳涂膜表面已有再溶解，且电渗不好，则易被清洗掉，易形成清洗流痕，对涂膜质量有负面影响。