汽车车身 课程设计

表面工程课程设计

——汽车车身电泳涂装工艺设计

学院名称：材料科学与工程学院

专业班级：金属xxxx

学生姓名：xx

指导老师：邵红红纪嘉明

汽车车身电泳涂装工艺设计

xx

xxxxxxxxxxxxx材料科学与工程学院

一.服役条件分析

现代汽车车身主要是由薄板钢冲压焊装起来的，钢板强度高也易加工，但容易生锈。锈蚀会使车身强度下降，缩短使用寿命，并且使车身外观恶劣化，损坏汽车的市场销售。

另一方面，从节省资源和能源的社会性要求出发，汽车市场上对汽车的耐久性提出了更高的要求，即提高防腐蚀性能，延长汽车的使用寿命。这主要基于以下3方面的考虑：

（1）用户一般要求汽车的使用寿命长一些。由于汽车技术的进步，发动机、传动系等的耐久寿命已达到10年以上，因此关键是延长车身的使用寿命。

（2）冬季欧美地区为防止路面结冰，会使用大量的防冻剂，或作为除雪手段，往路面上撒盐或小石粒，以保证车辆在严冬季节的正常行驶，这对车身有很强的腐蚀作用。所以，在寒冷地区车身的防腐蚀性能已成为车辆的可靠性和商品性指标。

（3）作为法规之一，防腐蚀标准的制定和实施，促进了车身防腐技术的发展和耐久性的提高。

目前，欧美国家的汽车一般要求使用10年以上，美国通用公司提出了所谓的“10—5—2”的车身防腐蚀目标，即车身外板穿孔腐蚀为10年，表面锈蚀为5年，发动机罩和地板下表面锈蚀为2年的防腐蚀技术要求。

二.所需性能

由于汽车使用的腐蚀环境的恶劣、使用的寿命要求延长，特别是随着进一步的车身轻量化要求，车身使用的钢板越来越薄，其腐蚀裕量减小。所以，从提高车身防腐蚀性能着手，来延长车身的使用寿命已成为车身设计的重要使命。

汽车属于户外产品，因而汽车车身必须能适应寒冷地区、湿热带、工业地区和沿海等各种气候条件。在国际市场上具有竞争力的汽车应适应世界各地的气候条件。特别是在湿热带的沿海地区，使用的汽车腐蚀现象特别严重，造成车身极易锈蚀穿孔。在北美、北欧等国家，冬季为了防止路面结冰打滑，在高速公路上撒盐、沙，造成汽车车身的严重腐蚀。汽车车身表面在储运和使用过程中常落上鸟粪、路面的沥、油污等，如果车身表面不具备一定的防腐蚀性能，也会造成汽车车身表面被污物侵蚀。

综上所述，汽车车身必须要有极高的防腐蚀性能。

三.工艺选择

为了满足汽车车身高防腐蚀性能的要求，可以通过一定表面处理工艺，在车身表面获得一定的涂层。该涂层可将车身的表面和空气、水分、日光以及外界的各种腐蚀物质隔开，有效保护汽车车身，延长使用寿命。

另外，汽车是现代化交通和运输工具之一，它既对国民经济和发展起着重要作用，同时对美化环境和点缀人民生活起到极其重要的作用。所以，这就要求了涂层除了对汽车车身起着防腐蚀作用外，还要能起到装饰车身的作用。

下面介绍几种能够在汽车车身表面获得一定涂层的表面处理工艺，并对每种工艺做具体的分析和对比，最终确定一种满足汽车车身所需性能的表面处理工艺。

热喷涂：热喷涂是指利用某种热源将喷涂材料迅速加热到熔化或半熔化状态，再经过高速气流或焰流使其雾化，加速喷射在经预处理的零件表面上，使材料表面得到强化和改性，获得某种功能(如耐磨、防腐、抗高温等)表面的一种应用性很强的材料表层复合技术。热喷涂技术的局限：①热喷涂所得涂层与基体材料的结合强度较低，容易导致涂层与汽车车身的脱离，缩短汽车车身的使用寿命。

②涂层孔隙率较高。孔隙的存在使热喷涂涂层在用于防腐蚀时不利。③均匀性也较差，不利于后面的面漆，影响到汽车车身的整体协调性和美观。④热能利用率比较低，成本也相对较高。⑤热喷涂粒子呈线性飞行的特性，难于在易遮蔽的凹腔、复杂型面、细长内孔、盲孔等部位喷涂合格涂层。⑥热喷涂的工作环境较差，有噪声、粉尘、热和弧光辐射问题，必须采取相应的劳动保护与环境保护的措施。综上所述，热喷涂技术无法用于汽车车身表面处理。

电镀：电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。镀层性能不同于基体金属，具有新的特征。根据镀层的功能，可将镀层分为防护型镀层、装饰性镀层及其他功能性镀层。电镀属于湿法覆盖层技术，在其镀覆过程中采用了大量化学物质，同时产生了大量的含化学物质和重金属的污水、废气和废渣。所以汽车车身若采用电镀会产生大量的污染，电镀废水不好处理，污染了环境也增加了工艺成本。

化学镀：化学镀是指在没有外加电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。被镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在镀件表面。化学镀所得镀层厚度很均匀，镀层外观也良好，耐蚀性也更好。但它的溶液稳定性较差，使用温度高，寿命短。如果用于汽车车身表面处理，会大大增加工艺成本。

热浸镀：是将被镀金属材料经过表面预处理后，放入远比工件的熔点低的熔融金属或合金中获得金属镀层的方法。热浸镀的有点在于得到的镀层厚，能在较恶劣的环境中长期使用。但浸镀层厚度和均匀性不易控制，所以不适合用于车身的表面处理。

化学转化膜：金属的化学处理法是通过化学或者电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。这种化学处理生成的膜层称之为化学转化膜。化学成膜的机理是金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面表面生成一层附着力良好的、能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成的，因而膜与基体的结合力比电镀层和化学镀层这些外加膜层大得多。而且化学转化膜几乎能在所有的金属表面都能生成。金属的化学处理法不

适合单独作为汽车车身的表面处理，应与其它表面处理工艺配合使用。所以，在汽车车身电泳涂装前，应通过磷化处理在表面生成一层磷酸盐薄膜。而且，磷的比例越高，与阴极电泳配套性能越好。

电泳涂装：是利用直流电使带电的树脂粒子在电场作用下，电沉积在被涂件表面。电泳涂装有阳极电泳和阴极电泳之分，被涂件作为阳极的属阳极电泳，反之为阴极电泳。阳极电泳涂料价格更低，但其耐腐蚀性能不及阴极电泳涂料。所以目前各厂家基本上都采用阴极电泳涂装。电泳涂装可实现自动化连续生产，劳动强度低，效率高；电泳涂料以水做稀释剂，不使用有机溶剂，无中毒和火灾危害，对大气污染小，涂料利用率高达95%以上；电泳涂膜表面均匀，附着力好，耐蚀性更好，适合复杂形状的工件涂装，内腔表面也可沉积膜层。所以比较适合作为汽车车身的表面处理工艺。

综上所述，汽车车身的表面处理工艺选择阴极电泳涂装。

四.工艺流程

汽车车身的电泳涂装工艺流程具体如下：

表面预清理→水洗→脱脂→水洗→热水洗→表调→水洗→磷化→水洗→钝化(封闭处理)→去离子水洗→热风烘干→电泳沉积→超滤循环水洗(UF液洗)→烘烤成膜(涂膜固化)→冷却→涂装面漆

注：除锈一般在车身所用板材冲压前进行，所以在这个过程中，汽车车身不需酸洗除锈了。

五.各工序作用

电泳涂装前处理的作用：首先要把车身表面所附着的油脂、锈蚀、氧化皮、灰尘等异物除掉，否则会阻碍涂层与基体金属的附着力，造成涂层起泡、龟裂、剥落等。为增加金属表面与涂料层间的结合力，提高涂层的质量，延长涂层的使用寿命，在面漆前必须充分除去车身表面上的各种污物，在金属表面上生成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，为涂层提供一个良好的基底。

1.表面预清理：除去在采用清洗的方式不能除去的过度的污物，如金属件上的锈斑，在冲压、焊接过程中由于零件与地面接触而沾染的油泥、干涸的油污及焊接中残留的焊渣、焊药、焊丝头。

2.水洗：清洗车身表面，为脱脂做准备。

3.脱脂：除掉车身制件金属表面的油脂。

4.水洗：洗去车身表面残留的脱脂溶液。

5.热水洗：为表面调整做准备。

6.表调：金属进过脱脂、酸洗后，使用PS-F01等表面调整剂进行处理称为表调。在磷化时，能促进磷化膜晶核产生，从而缩短磷化膜的形成时间，使磷化膜薄而均匀、致密，达到降低原材料消耗量、提高防锈性能的目地。

7.水洗：清除工件从表调中带出来的残液，水洗质量的好坏直接影响车身的磷化质量和整个槽液的稳定。

8.磷化：在车身金属表面上生成一层不溶于水的磷酸盐膜。磷化膜作为油漆涂层的基底，能显著提高涂层的耐腐蚀性，阻止腐蚀在涂层下以及在涂层被破坏的部位扩展，并能增强涂层与金属之间的附着力，大大延长涂层的使用寿命。

9.水洗：清洗去车身表面残留的磷化过程中的溶液。