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汽车零部件阴极电泳涂装的现场质量控制浅谈

作者:湖南邦仕工业装备技术有限公司 时间:2018-12-11 11:40
一、前言
 
 
      阴极电泳涂料在汽车、摩托车、五金、家电等底漆涂装中其防腐性能有不可比拟的优越性,在汽车涂装底漆中95%以上都采用阴极电泳涂装,与之配套的零部件也逐步要求采用阴极电泳涂装,其涂装质量也必须达到汽车厂或我国汽车行业标准QC/T484-1999《汽车油漆涂层》中相关要求,由于不同汽车厂家的质量要求不一样,而且零部件的形状、大小、材质都一样,这样增加了电泳涂装管理的难度,因此必须根据不同的工件对电泳涂装工艺参数进行调整,依据我公司在陕西两条间隙式零部件阴极电泳涂装生产线(一条电泳槽为30m3,一条电泳槽为20m3)几年运行状况,谈谈汽车零部件电泳涂装生产中现场质量控制的经验总结。
 
 
二、涂装原材料的选择
 
 
   涂装产品质量好坏,原材料选择是基础,阴极电泳涂装原材料主要是前处理材料、阴极电泳涂料及其配套材料,选择这些材料一般是从质量、价格和售后服务三方面的性价比考虑,但本人认为在达到阴极电泳涂装漆膜质量要求的前提下,降低涂装产品成本不以原材料的单价低为选择的依据,应综合计算电泳涂装运行成本,因此必须考虑前处理材料、阴极电泳涂料的配槽比例、固体份、单位消耗、能耗、运行费用、槽液稳定性、工艺参数控制范围等因素,有的厂家为简化管理,由阴极电泳涂料生产厂家配套所有的材料,以最终合格的电泳涂装面积与涂料生产厂家进行货款结算。
 
 
1.前处理材料的选择
 
 
     前处理材料选择关键是磷化液的选择,磷化膜应与电泳漆膜配套性好,抗碱性强,导电性好,磷化膜表面基本无挂灰,磷化膜厚控制在2-5μm,结晶细小致密,耐腐蚀性强等综合性能好的锌系磷化液。
 
 
1.1 抗碱性好
 
阴极电泳涂装过程是伴随着电解、电泳、电沉积、电渗四种连续现象的复杂物理化学过程,在这过程中会在阴极(工件)表面产生大量的OH根离子,从而在磷化膜与漆膜的介面处形成一个强碱性介面层,pH值可升至11-12,甚至大于13。这种强碱层会造成磷化膜的过量溶解,导致改变磷化膜的微观结构,漆膜的附着力降低,耐蚀性变劣。阴极电泳过程中的强碱层现象,要求磷化膜的抗碱性能必须优良。依据P比概念,即P比=P/(P+H)×100%,其中:P为磷酸锌铁(Zn2Fe(PO4)2·4H2O);H为磷酸锌(Zn3(PO4)2·4H2O)。 P和H两种磷化膜成份,在pH值大于11以后的溶解程度相关很大。H成份的溶解度直线上升,而P成份的溶解度几乎没有变化。根据这一规律,磷化膜的P含量高,即P比值大,磷化膜的抗碱性能就好,在阴极电泳过程中磷化膜的溶解程度就低,与阴极电泳漆膜的附着力就好,耐蚀性就高。理论研究和实践证明,P比应大于85%。其磷化膜的微观结构呈柱状或粒状。这两种晶体磷化膜的共同特点是:膜层薄,重量轻,机械性能好,与漆膜结合力强。获得柱状或粒状磷化膜的常用方法是从以下几个方面入手:①选用低锌磷化液,最好是低锌含锰磷化液。因为这种磷化液所形成的多晶结构复合层,与普通低锌磷化液比较其抗碱性、漆膜附着力、耐蚀性和机械性均更好;②选择磷化温度在35-50℃。如选择低温或常温的磷化液,一般磷化处理时间长,影响产能;选择高温的磷化液,浪费了能燃,增加了电泳涂装的运行成本;另外,不能把P比作为检验阴极电泳涂装前磷化膜质量的唯一标准。这是因为:①P比是在特定分析条件下所产生的独特X射线衍射强度比率,按照Miawahi的定义,P比值是精密的,不应与从磷化膜中的H和P的实际容量的比相混淆;②磷化液中加入某些元素,如Mn、Ni、Ca等元素也能改善磷化膜的耐蚀性;③磷化方式、槽液温度、槽液变化、促进剂种类及含量等都有可能影响磷化膜耐蚀性;④实践中也有出现磷酸锌膜的抗碱性也良好的现象;高P比磷化膜与阴极电泳涂装后,并不能肯定等于整个涂层就有良好的耐蚀性。
 
 
1.2导电性强
 
 
磷化膜是一种半导体膜。磷化膜过厚,不但结晶粗大,脆性大,孔隙率高,而且膜的电阻也大,阴极电泳涂装时电沉积效率降低,当磷化膜单位面积膜层质量的厚度超过5g/㎡时,阴极电泳涂装就难以正常进行;磷化膜越薄,导电性越好,但耐蚀性相应降低。综合阴极电泳时的导电性和涂层耐蚀性、机械性等要求,阴极电泳涂装时的磷化膜厚最好控制在2-5μm,要获得磷化膜结晶的细小致密、导电性和抗碱性等综合性能均佳的磷化膜,除了采用低锌磷化液外,在磷化之前还要尽量采用中性脱脂剂和钛盐表调剂。其理由有二:①碱性脱脂剂特别是强碱性脱脂剂中所含的NaOH、Na2SiO3和OP-10乳化剂等成份的水洗性差,易污染磷化液,增加磷化沉渣,中和工件表面的许多晶粒点,延长磷化时间,形成粗糙、稀松、耐蚀性低、膜重增大的磷化膜,进而不利于阴极电泳涂装;②钛盐表调剂是各种表调剂中表调作用最佳的品种,其胶体钛吸附在工件表面,可以增加晶粒成核的数目,增多磷化晶粒数量,细化磷化膜晶粒,加速磷化膜初期速度,缩短磷化时间,降低磷化温度。
 
 
1.3.表面无沉淀物
 
 
在阴极电泳涂装中,虽然在磷化后要经过多道水洗工序,但磷化膜表面残留的可溶盐过多,往往同样难以彻底清洗干净。这就会导致以下两种后果,一是这些残留可溶盐在阴极电泳漆湿热条件下,容易引起漆膜早期起泡或脱落;二是可溶盐带入电泳槽中会严重污染电泳槽,降低电泳涂料的性能。
    要减少磷化膜的沉淀物,就要求磷化液的稳定性好,悬浮在磷化液中的浮渣少。作为低锌磷化液的沉渣会比普通锌系磷化液少一些,但如果仍采用稳定性差的亚硝酸钠促进剂,也会带来不少沉渣,磷化液的稳定性不高。此外,亚硝酸钠促进剂还存在毒性大,管理困难等缺陷。
 
 
1.4纳米转化膜(陶瓷)和硅烷前处理
 
 
传统的金属表面预处理工艺中,应用最广泛的是磷酸盐转化膜(磷化)技术和铬酸盐钝化技术。然而随着环境问题的日益突出,锌系磷化工艺同时存在能耗高、污染较严重、含有害重金属、废水处理难度大、管壁及管道内易结渣等一系列问题,各国的金属表面处理专家们正在寻找和开发环境友好型表面预处理技术。而硅烷和纳米转化膜(陶瓷)工艺恰恰能够解决这些问题,据汉高公司提供的产品资料介绍可以大幅度减少沉渣 95%以上,无表调处理工序,可以降低水和能源的消耗,减少了废物、重金属和CO2的排放,并且可以降低10%的工艺成本。因此,许多家电企业已经开始应用环保前处理工艺。纳米转化膜(陶瓷)和硅烷是一种既环保,实用效果又好的金属表面处理技术,被认为是最有发展潜力的表面处理新技术。
 
 
1.4.1纳米转化膜(陶瓷)和硅烷前处理机理
 
 
      硅烷化学结构通式可表示为:Y-R-Si-X,其中X为水解基团,Y为能与树脂等起反应的有机官能团。不同的硅烷含有不同的X基团和Y基团,表现出不同的水解速度和反应性,因而对每一特定的领域都必须选择合适的硅烷溶液。硅烷作为金属表面新型涂层的作用机理是其首先水解反应生成硅醇,硅醇羟基在无机物(金属)表面形成氢键,进一步通过脱水反应形成-Si-O-Me共价键,从而在金属等无机表面成膜,同时,硅烷水解产物硅醇分子间又可相互缩合、齐聚,形成网状结构的膜覆盖在金属基材表面。
 
 
1.4.2纳米转化膜(陶瓷)和硅烷预处理的优、缺点 
 
 
1)硅烷与金属基材间能形成牢固的共价键。金属氧化物有较高的表面能,并且含有反应性的羟基.硅烷内反应性官能团被金属氧化物吸附反应形成共价键,硅烷与金属之间通过该共价键可牢固地结合在一起。
 
2)增强金属基材与涂层间的结合力,提高涂层耐腐蚀性。不是所有硅烷都能与金属之间形成良好的结合性,试验发现,BTSE(1,2-二乙氧基-三乙氧基硅烷)等偶联剂可以明显提高涂层的附着力和耐蚀性。研究结果表明:由于采用硅烷溶液对金属表面进行处理,大大增强了金属与涂层之间的结合性能,使其抗腐蚀能力大幅度提高,在金属涂装中,使用硅烷处理与使用铬酸盐或磷酸盐转化层的防腐蚀效果相当。
 
3)具有简便的硅烷使用工艺。原有磷化工艺可直接改造成硅烷处理工艺,只需将表调槽换成水洗槽或空置即可。
 
4)室温工作,成膜迅速,节能增效。
 
5)基本无渣,无重金属,无磷,维护及废水处理简便。
 
6)单耗低,综合处理成本下降。
 
7)可与各种后道处理方式配套,比如喷粉、电泳、喷漆等。
 
这些新工艺在生产过程中存在一些需要注意的问题,还需不断地改进。钢材通过磷化处理,外观会出现明显变化,可以很容易辨别成膜质量;而硅烷工艺成膜较薄,尤其在镀锌板上,判断表观成膜好坏必须借助试剂,同时还需要对操作者进行简单培训。此外,一般有机物对储藏条件要求较高,在使用过程中不可避免地会产生细菌,虽然通过向硅烷药剂中加入添加剂解决这一问题,但在质量控制管理上增加了一定的难度。硅烷和纳米转化膜(陶瓷)工艺虽然环保节能,但现有的材料质量水平对钢板的适应性较差,不同的材质处理效果不一样,汽车零部件工件的大小、形状、材质变化很大,采用这种新工艺管理难度大,在工艺没有完全成熟稳定前我们还是采用低锌磷化处理。
 
 
2.阴极电泳涂料的选择
 
 
阴极电泳涂装生产线涂装质量的好坏与阴极电泳涂料的选择有着密不可分的关系,汽车零部件品种多,形状大小不一,各种零部件的质量要求也不一样,来料加工都是汽车外协厂多,除了必须达到汽车厂或国家汽车行业标准的质量要求外,还要求电泳涂装加工价格底,所以阴极电泳涂装线采用的涂料必须是槽液稳定性好,操作范围宽,泳透力高,耐盐雾在800小时以上,库仑效率高的阴极电泳涂料;国外品牌的阴极电泳涂料如PPG、杜邦、日本关西等公司的涂料其性能质量,槽液稳定性都很好,但价格普遍比国内涂料生产厂家高,在售后服务上国内企业更加灵活、便捷。国内涂料生产厂通过近十几年的技术、人才引进,管理水平的不断提高,在质量性能上基本上能达到汽车行业电泳涂装的要求;汽车零部件有的涂装一道阴极电泳漆即可达到要求,而且大部分为黑色,所以我们选择了湖南伟邦汽车涂料有限公司的WB-821中厚膜型黑色阴极电泳涂料,
 
阴极电泳涂装后的成品交货,客户以漆膜性能为检测验收依据,因此我们参考涂料生产厂家提供的技术资料和我国汽车行业标准QC/T484-1999《汽车油漆涂层》,HG/T3962-2007《阴极电泳涂料》及JB/T10242-2001《阴极电泳涂装通用规范》中相关要求,制定了对外来料加工涂装产品的通用质量标准