阴极电泳涂装工艺的质量控制要素

1. 前言

阴极电泳涂装是目前世界上较为先进的一项涂装技术，采用该项技术所获得的涂膜抗腐蚀性能要比阳极电泳涂膜强一倍以上。阴极电泳的涂膜质量除了与涂装线的设计、安装水平、工艺及设备是否完善以及涂料产品质量是否有保证等因素有关外，还与管理者的水平和素质有着极为重要的关系。在已固有的生产条件的涂装管理中，应采取什么措施、抓住哪些环节、怎样设置控制点来保证涂膜质量?本文提出了看法和意见，与读者共同商榷。

2.涂膜质量问题及其影响因素

2.1阴极电泳涂装的典型工艺流程

由于处理的材质和表面状态不尽相同，所以所采用的工艺流程、特别在前处理的工艺上也不完全相同。但其总体要求是一致的。较为常见的流程如下：机加工成形产品→清除焊渣毛刺→上线→脱脂(除锈)→水洗→表调磷化→水洗→电沉积→电泳后洗→干燥固化→产品。

2.2涂膜质量问题及质量要求

由于受到各种因素的影响，涂膜将出现各种质量问题，归纳起来主要分为两大类：

(1)外在质量即装饰质量问题，主要是颜色、光泽和平整度三项，其质量要求主要看该涂膜是作底漆还是作“底、面合一漆”的不同而异。

(2)内在质量问题，包括机械性能和耐腐蚀性能两方面。

A、机械性能

• 涂膜附着力(级) 级数越大表示附着力越差，一般以“0”级为最好。
• 涂膜厚度(μm) 由于受到电阻的影响，涂膜厚度总会受到某种程度的限制。一般而言，涂膜不宜太薄，太薄不仅降低其光泽和平整度，而且会降低涂膜综合性能。不管属于何种产品，增加涂膜厚度，对提高涂膜的光泽、丰满度和内在质量都是有利的，但从降低涂装成本考虑，过厚是不必要的。
• 涂膜硬度(H) 硬度适中为好(如2H)。过小将降低其机械性能，同时，其耐腐蚀性能亦无法得到保证;过大，涂膜变脆，其柔韧性、耐冲击性将降低，在很多情况下都会降低涂膜的使用寿命。
• 涂膜柔韧性(mm) 这是一项保证涂膜使用寿命的重要指标，一般以试验涂膜裂纹长度小于2mm为符合要求。
• 冲击强度 一般要耐50cm的冲击才符合要求。

B、耐腐蚀性能

包括耐水性、耐汽油性、耐化学药品(酸、碱)性，常用耐盐雾性综合表示。对阴极电泳涂膜而言，其耐盐雾性至少要达到720h以上才符合要求。

涂膜的机械性能对涂膜的耐腐蚀性起着非常重要的作用，用户亦应加以重视。

2.3涂膜质量的影响因素

(1)购进的涂料产品质量不佳或不稳定。

此因素对涂膜质量的影响是首要的，影响的大小视产品质量优劣程度的不同而异。

(2)预涂件的材质及表面状态。预涂件材质及表面状态用现有的表面处理方法或工艺无法提供质量保证，即表面处理方法(工艺)不佳、不完善所致。表面处理方法虽好但操作不到位，导致处理质量不过关。此因素对涂膜质量的影响较为广泛，不仅影响涂膜的外观质量，而且将影响涂膜的附着力、厚度乃至它的耐腐蚀性能。因此，它不仅是一个从始至终不能放松警惕的操作因素，而且也是工艺设计者需要着意研究解决的重要课题。

(3)电泳槽液不稳定，涂料溶解性、分散性差，乳化效果不好，导致电泳特性差。影响电泳槽液稳定及其电泳特性的因素有：涂料产品质量(差);槽液工艺参数控制不到位;循环搅拌系统失控、运营不正常;杂质离子(污物)干扰和破坏。这是一个大的影响因素。此因素对涂膜质量的影响是全面的甚至是致命的。涂膜质量控制的重点和难点基本集中于此。

(4)电沉积后水洗不充分，多余涂料未洗净或洗涤冲力过大，将已沉积的湿膜冲薄。此因素主要影响涂膜的外观质量，或使涂膜变薄。

(5)湿膜干燥固化条件不充分或失控，如：烘烤温度过高或过低;烘烤时间过长或过短。此因素对涂膜质量的影响是全面的，不仅影响它的外观质量，而且还影响它的内在质量。

(6)人为因素。人员技术素质和职业操守好坏不等。显然，这是一个需要调动和值得开发的因素，涂装线的成功或失败全赖于此。

由上可见，影响涂膜质量的因素是多方面的，只要一个环节出问题或是一个措施跟不上，都会使涂膜出现这样或那样的质量问题。

3.质量管理措施

(1)加强职工素质教育，全面提高职工技术素质和职业操守;

(2)健全质量规程和岗位责任制，使质量管理纳入制度化、科学化、规范化;

(3)加强涂料产品质量验收，对每批进厂涂料必须进行系统检钡0，非标产品不能入库;对每次投槽涂料亦需进行相关检测，不符合质量技术要求的，亦不能投槽使用。

(4)保持操作环境整洁，防止污物(如悬链轨道上的锈迹、尘埃、润滑油等)掉入各工作液(特别是电泳槽)或涂件上，造成“二次污染”，这是一个不可忽视的重要环节。

(5)明确质量控制点，加强质量监控。

4.质量控制点及质检要求

总的要求是：在实施质量管理的过程中，不仅要关注每个工序的处理质量，而且要每时每刻关注每个工序中每个参数的细小变化，并将瞬间突变所造成的质量问题消灭在萌芽状态之中。简而言之，在实施质量控制的过程中力求“微观管理”。

从阴极电泳涂装的工艺流程得知，其质量控制点可分为两部分：第一部分为上线前控制点;第二部分为上线后控制点，现分别予以讨论。

在阴极电泳涂装中，影响涂膜质量的因素主要有5个。

(1)购进的涂料产品质量不佳或不稳定。

此因素对涂膜质量的影响是首要的，影响的大小视产品质量优劣程度的不同而异。

(2)预涂件的材质及表面状态。预涂件材质及表面状态用现有的表面处理方法或工艺无法提供质量保证，即表面处理方法(工艺)不佳、不完善所致。表面处理方法虽好但操作不到位，导致处理质量不过关。此因素对涂膜质量的影响较为广泛，不仅影响涂膜的外观质量，而且将影响涂膜的附着力、厚度乃至它的耐腐蚀性能。因此，它不仅是一个从始至终不能放松警惕的操作因素，而且也是工艺设计者需要着意研究解决的重要课题。

(3)电泳槽液不稳定，涂料溶解性、分散性差，乳化效果不好，导致电泳特性差。影响电泳槽液稳定及其电泳特性的因素有：涂料产品质量(差);槽液工艺参数控制不到位;循环搅拌系统失控、运营不正常;杂质离子(污物)干扰和破坏。这是一个大的影响因素。此因素对涂膜质量的影响是全面的甚至是致命的。涂膜质量控制的重点和难点基本集中于此。

(4)电沉积后水洗不充分，多余涂料未洗净或洗涤冲力过大，将已沉积的湿膜冲薄。此因素主要影响涂膜的外观质量，或使涂膜变薄。

(5)湿膜干燥固化条件不充分或失控，如：烘烤温度过高或过低;烘烤时间过长或过短。此因素对涂膜质量的影响是全面的，不仅影响它的外观质量，而且还影响它的内在质量。

(6)人为因素。人员技术素质和职业操守好坏不等。显然，这是一个需要调动和值得开发的因素，涂装线的成功或失败全赖于此。

由上可见，影响涂膜质量的因素是多方面的，只要一个环节出问题或是一个措施跟不上，都会使涂膜出现这样或那样的质量问题。

4.1上线前质量控制点

上线前质量控制点只设一个，这就是清除焊渣、毛刺。该控制点主要是针对有切割、电焊作业的机加工产品在成形后其表面的焊渣、毛刺等“多余”部分，必须在上泳涂线之前将其清除，其处理质量是否达到要求不仅关系到预涂件相关部位的涂膜厚度和附着力，而且还将影响涂装产品的外观质量。这是因为焊渣、毛刺的凸出部、焊渣中被烧焦的碳素等物质不清除，不仅降低预涂件表面的平整度，而且将降低有关部位的导电性。

该工序多为手工或半机械处理。为了保证处理质量，要求有比较严格的质检制度。

质检要求：毛刺、焊渣除净、表面平整。

4.2上线后质量控制

上线后主要分为4个工序，分别是：前处理工序，包括脱脂(除锈)、表调、磷化、水洗;电沉积工序;电沉积后洗工序;湿膜干燥固化工序。

4.2.1前处理工序

(1)脱脂除锈。该工序是表面处理最为重要的工序，其处理质量的好坏是保证涂膜质量的一个关键所在。该工序的处理方法较为常见的有酸洗(或“二合一”)法、超声波法等。影响处理质量的因素虽略有不同，但亦有共同点。如预涂材质及表面状态、工作液的种类、性能及其pH、操作温度、Fe3+离子含量、工作液的使用周期等。

质量控制应关注工作液的pH、操作温度和工作周期(Fe+离子浓度)。当处理效果明显下降，采用提高pH或温度仍无效果时，主要是工作液使用周期过长(Fe2+离子浓度过高)所致。此时为了保证处理效果应果断采取措施即更换新液。

质检要求：预涂件表面无油污、锈迹、氧化皮和其他杂质(金属表面完全裸露)，表面平整，不返锈。

(2)表调、磷化。电泳涂装要求涂件有较高的磷化质量，一是膜厚要均匀无遗漏;二是结晶细致;三是膜不能过厚。为了保证磷化质量，磷化前预涂件表面预先经过“表调”是必不可少的。影响磷化质量的因素除r与磷化剂的产品质量密切相关外，还与工作液的温度、总酸度、游离酸度、促进剂浓度等参数的操作控制有关。这些参数因磷化产品的不同而不同，管理者和检测人员应定时或不定时地做好监控工作，切实控制好这些参数。

质检要求：磷化膜均匀、细腻、膜厚1～3μm，不能过厚，否则，将使涂膜变得粗糙或者降低涂膜厚度甚至电泳不上。

(3)水洗此处水洗包括2个工序的水洗：

• 脱脂除锈后洗。该工序的水洗主要是为了洗净预涂件表面的残酸、残碱，以避免它们污染和干扰下道工作液(表调、磷化)的处理效果和使用寿命。对涂装质量本身并无直接的影响。只要洗后保证了洗件的洁净度(不降低表调剂、磷化剂的使用效果)就算达到了洗涤目的。

质检要求：滴水pH中性，洗件湿润均匀，无挂珠。

• 磷化后洗(附纯水水质要求)。

该道工序的水洗远比前道工序水洗重要，而且对水洗质量要求非常苛刻，其原因在于磷化后如果不洗净工件表面残存的磷化剂和其他杂质，将会 引起两个严重后果：①残存磷化液中的Zn2+、Fe2+、H2PO4-、HPO42-、HPO43-等可溶性盐类离子是电泳涂膜“蛤蟆皮”、“针孔”等弊病的“元凶”，随着它们的混入和含量的增加，将造成大量的涂膜质量问题，后果极为严重;②残存磷化剂中可溶性盐类离子随使用时间的增加而增加，含量过高引起树脂析出而沉淀，从而降低涂料利用率，严重时甚至会使电泳槽液报废，从而造成重大的经济损失。

质检要求：预涂件洗水滴液pH小于7;电导率小于50μS/cm。应特别指出，磷化后最后一道水洗对纯水水质要求较高，这是保证该道水洗质量的重要环节。管理者及操作人员应做好纯水水质的监控工作。

纯水水质要求：电导率小于20μS/cm(pH<6.5)。工序质检重点：①油、锈、污除净;②磷化膜厚1～3μm;③洗件滴水电导率小于50μS/cm。

4.2.2电沉积

该工序是整个电泳涂装的中心环节，涂装线成功与否皆赖于此。因此，管理的重点和难点亦集中于此。前面所有工序即前处理质量如何亦将在此得到“反馈”,为了使电沉积能正常地进行和获得好的涂膜质量，就必须正确和全面地执行工艺规程，使电泳槽液始终处于一个稳定、乳化效果和电泳特性均佳的良好状态，以及能维护其正常运行的循环搅拌系统。为此，平常的管理应针对如下几个环节，紧紧抓住不放松。

• 电泳槽液的工艺参数如固含量、助剂含量、pH、颜基比、电导率、温度、施工电压(电流)应根据不同季节(温度)和是否生产进行适时调整和控制，使之始终处于正常范围。
• 电泳槽液良好状态的特征是：漆液均匀、细腻、呈均相状态。应以此标准检查槽液。
• 循环搅拌系统运行正常，槽底各处均无沉淀现象发生。
• 槽液循环过滤装置、恒温装置、超滤装置等均运行正常，设备(滤袋、滤管)无破漏，透过液清澈(参数符合工艺要求)。
• 施工电压稳定、电流充足、吊具导电性和阳极液循环系统良好。
• 正确配漆、使之“熟化”彻底。
• 检测系统运行正常。

4.2.3电沉积后洗

为了保证电泳后水洗质量，关键是控制好洗水流量和压力，防止过大或过小。

质检要求：手触湿膜要干净;指压湿膜，压印明显—涂膜厚度可望获得保证。

4.2.4湿膜干燥固化

为了使湿膜各处烘烤温度的均匀分布和热能的充分利用，进烘箱前必须沥干湿膜表面的水迹。

烘烤质量的关键是：烘烤温度和烘烤时间要得到足够的保证，但过高或过长也是不适宜的。

质检要求(烘烤时间已设定)：趁热触摸刚出炉的涂膜不黏手也不发黄，说明涂膜已干透，而且无过烤现象，理应符合质量技术要求;如黏手，说明温度偏低，湿膜仍未干透;如发黄，说明温度偏高，出现了过烤现象，涂膜变脆，将降低其机械性能。仪器检测涂膜各项质量技术指标，如无异常，产品符合质量要求。