工藝條件對汽車電泳涂裝的影響及缺陷分析

閆超杰

摘要：介紹了汽車電泳涂裝的基本原理，通過試驗方法分析了工藝條件參數對電泳涂裝質量的影響及常見缺陷產生原因。

關鍵詞：汽車；電泳；涂裝；溶液

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車作為提高生活質量的交通工具，逐漸吸引了公眾的注意[1]。汽車噴漆工藝是沖壓、焊接、噴漆和總裝四大工藝之一，是汽車生產工藝的重要組成部分[2]。涂層質量直接影響車輛的整體使用，尤其是耐候性、耐腐蝕性、抗紫外線、耐刮擦性及耐顏色性等。電泳涂裝工藝是將工件和相應的電極（導電材料，如鋼或鋁）置于電泳溶液中，將它們連接到交流或直流電源，并在電場的作用下將涂層沉積在工件表面上，以形成均勻的涂層膜。電泳涂裝按電源分為直流電泳和交流電泳；根據涂層的沉積特性，可分為陽極電泳和陰極電泳；按工藝方法可分為恒壓法和恒流法。目前，廣泛使用的方法是使用恒壓直流電源的陽極電泳[3]。

電泳涂裝原理

電泳涂層是電泳原理在膠體化學中的應用，帶電的膠體顆粒在連續電場的作用下沿與其帶電電荷相反的方向移動，并在沉積時去除電極上的電荷以形成涂膜。這種膠體顆粒運動的現象被稱為電泳現象、電泳涂層或電泳涂裝。

目前，陽極電泳涂裝中廣泛使用的電泳涂料是水溶性樹脂，它是一種高酸價的羧酸鹽。通常，樹脂制成后，用胺中和，生成高分子羧酸氨（胺）鹽。當溶解在水中時，它會離解成帶負電的膠體顆粒和氨（胺）的陽離子。

RCOONH4（高分子羧酸氨鹽）= RCOO-（帶負電荷）+NH+4（陽離子的膠體粒子）

當通過陽極電泳進行涂覆時，在電泳池中施加直流電，其中涂層材料用作陽極，另一金屬片或池體本身用作陰極。根據電泳原理，在直流電場中，離子發生定向運動，帶負電荷的膠體顆粒RCOO-朝向陽極移動，從涂層物體中去除負電荷，沉積在不溶性涂層膜中；陽極電泳涂層的基本原理是陽離子向陰極移動，在陰極上獲得電子并還原為氨（胺）。

事實上，電泳過程非常復雜，包括以下四個同時發生的物理和化學過程（以陽極電泳為例）。

1.電泳

用于電泳的一般水溶性涂層是一種膠體分散體，其中樹脂分子在水中電離并分解為帶電顆粒。在直流電場的作用下，分散在極性介質水中的帶電樹脂顆粒，以及吸附在其表面的顏料和帶電顆粒，向與攜帶電荷的電極相反的方向移動。這種現象被稱為電泳。

2.電沉積

水溶性樹脂顆粒攜帶負電荷，在直流電場的作用下向陽極移動，電子被釋放并沉積在陽極上，形成不溶于水的涂層，這個過程被稱為電沉積。放電顆粒首先沉積在電力線密度特別高（即電阻最?。┑奈恢?，例如待噴涂物體的邊緣、尖角等；在對這些區域施加一定程度的絕緣涂層后，沉積點逐漸移動，直到它們完全均勻地涂覆成膜。

3.電滲

電滲是液相在電場作用下的運動。當涂層的樹脂顆粒朝向陽極移動并沉積時，該沉積物在電場力的作用下不能移動，而吸附在陽極上的分散樹脂顆粒（主要是水）在內部滲透力的作用下沿與顆粒位移相反的方向移動時，通過涂層膜沉積在陽極附近的電泳溶液中，這種現象被稱為電滲。電滲的作用是使沉積的涂膜脫水。

4.電解

當電流流過電解質和水時，水經歷電解反應，在陰極釋放氫，在陽極釋放氧。同時，溶解也發生在陽極本身。對于電泳涂料，電解反應不利，但難以避免。因為陽極釋放的氧可以被沉積的涂層吸收，影響涂層的質量并降低滲透性。為了減少電解對電泳涂層的干擾，在操作過程中應盡可能降低電壓，并縮短電泳時間，以減少電解釋放的氣體對涂膜質量的影響。

工藝條件對電泳涂層的影響

影響電泳質量的因素有很多，包括電源整流器、電泳材料、槽液參數、電泳時間和溫度等[4]。

1.電壓

在恒壓電泳涂裝中，電壓對涂膜的質量有很大影響。電壓的選擇不僅取決于所用涂層的類型，還取決于被涂裝工件的材料、表面形狀、尺寸和電泳陰極距離。一般來說，電壓越高，涂膜越厚，表面越粗糙，干燥后更容易產生橘皮，這可能導致涂膜中出現針孔和氣泡；當電壓低時，涂層薄且致密，但效率低。因此，電壓的選擇必須根據電泳條件和涂層的種類來確定。

一般使用直流電源。整流設備可以使用硅整流器或晶閘管，當然也可以使用直流發電機。整流器的電流密度通常為2～4mA/cm2。設備的容量取決于電壓和電流，電流的大小與涂層的性質、溫度、工件的表面積和通電方式等因素有關，通常在30～50A/m2。

2.電泳時間

電泳時間不應太長，應根據所需涂膜的厚度確定。在保證涂膜質量的條件下，電泳時間越短越好。由于當涂層達到一定厚度時電阻增加，即使電泳時間進一步延長，涂層厚度也不能增加，但會加重副反

應[5]。一般來說，小工件電泳需要2min，大工件電泳需要3～4min。

在實驗室中使用不同的電泳時間和電泳電壓進行試驗，其他電泳工藝參數相同：固體含量15.0%，pH值 6.85，溫度28℃。電泳時間和電壓對電泳膜厚度的影響見表1。

3. pH值

pH值低，涂層溶液的穩定性差，已溶解的樹脂會沉淀。如果pH值過高，新沉積的薄膜將再次溶解，影響薄膜厚度。pH值通常應在6～8，在電泳過程中，pH值會增加，可以使用超濾或更換陰極蓋內的蒸餾水來降低pH值。如果pH值較低，可以加入乙醇胺進行調節。

4.電泳溶液溫度

當電泳溶液的溫度高時，涂膜形成得很快，涂層很厚，但涂層的外觀很粗糙。長期高溫也會導致電泳溶液變質。電泳溶液的溫度低，電泳能力差，成膜緩慢，但涂層外觀精細致密。一般情況下，電泳溶液的溫度應在15～30℃。

表2顯示了在實驗室中相同實驗參數（電泳槽溶液固含量15.5%，pH值6.75，電泳時間3min）下，在兩種不同電泳電壓條件下，僅改變涂液溫度的電泳樣品的涂膜層厚統計。從實驗結果可以看出，溫度對涂膜厚度和電泳表面質量有顯著影響：當涂液溫度低于30℃時，涂膜厚度小于20μm；當涂液溫度為34℃時，電泳漆膜上有輕微的針孔。因此，電泳槽溶液的溫度應根據現場電泳涂液的最合適控制溫度來選擇。

5.電泳液的固體含量

一般固體含量為8%～18%。不同類型涂料的稀釋度也不同，如鐵紅色底漆的稀釋度為10%～15%，灰色面漆的稀釋度則為8%～15%。為了降低電泳溶液在槽中的實際存儲容量，電泳溶液的固體含量相對較低，這更經濟，因此可以減少工件帶出對電泳溶液的消耗。但是當固體含量過低時，薄膜的覆蓋力就不好。當固體含量過高時，涂層的外觀是粗糙的。

6.溶劑含量

一般溶劑含量為5%～6%。當過多時，它會導致電泳過程中使用的電壓降低，降低滲透性，并導致重新溶解的針孔再次形成。

電泳涂裝的常見缺陷和原因

通過電泳測試分析，發現電泳涂層有幾個常見的缺點和原因。

（1）涂層外觀不好，有花臉、橘皮、流掛等現象 造成這種情況的主要原因是：表面處理不好，除油、除銹不徹底，或者磷化膜不均勻；電泳后清洗不徹底；pH值過高；電泳液中泡沫過多；電泳溶液的固體含量過高；電極之間的距離或涂層工件之間的距離太??；電壓過高；電泳溶液的溫度過高。

（2）工件表面亮度不一致? 造成這種情況的主要原因是：電泳溶液中顏料與基料的比例不當，顏料密度過大，分散性差；電泳溶液攪拌不充分；固體含量低；陰極面積過小或被屏蔽；工件位置不正確或工件之間距離過近；工件的形狀過于復雜；pH值低；電壓過低，導致涂層變薄。

（3）薄膜太薄? 造成這種情況的主要原因是：電壓低；pH值過高；固體含量低；電泳時間太短；工件磷化；關電后工件在槽內停留時間過長；懸掛工具接觸不良；電泳溶液溫度過低；攪拌速度太快。

（4）針孔? 其主要原因是：固體含量低，水解強烈；電壓過高，電解反應很快，氣泡增加；電泳溶液中雜質離子過多；通電時，入槽速度較慢，或槽液攪拌緩慢，特別是工件表面潮濕時，容易產生階梯狀針孔；槽液混入油液，或工件表面未脫脂、清潔；電泳膜形成后和水洗之間的間隔太長，容易產生重新溶解的針孔。

（5）粗顆粒? 造成這種情況的主要原因是：電泳溶液中混入灰塵等異物；電泳涂料溶解性差；顏料分散性差；雜質太多。

（6）水印? 造成這種情況的主要原因是：涂層疏松，電滲透性差；電泳溶液中的助溶劑太多。

（7）電泳后水洗過程中涂層脫落? 造成這種情況的主要原因是：表面處理不干凈；pH值過高，涂膜再次溶解；電壓過低；雜質離子太多，洗滌時間太長。

結語

綜上所述，電泳涂料涂膜均勻，附著力強，質量好。對于通過一般涂層方法難以涂覆或涂覆不良的區域（如內層、法蘭、焊縫等），可以獲得均勻、平坦、光滑的理想涂膜。由于電泳過程中的化學反應，各種參數之間也存在相關性，如pH值和電導率。因此，需要對電泳槽的參數進行有效監測，以確保穩定生產。電泳工藝參數復雜，影響因素多，需要更精細化的管理，確保產品質量穩定可控。

參考文獻

[1] 羅文欽. 汽車工程中的信息技術的應用研究[J]. 時代汽車，2018（12）：13-14.

[2] 倪征. 淺析汽車涂裝中前處理和電泳工藝的質量控制[J]. 現代涂料，2019，22（11）：45-48.

[3] 肖永清 . 低碳環保性能電泳涂料的發展[J]. 上海染料，2021，49（1）：20-25.

[4] 代詩環，王鵬，郭常臻，等 . 汽車涂裝前處理電泳的工藝參數分析[J]. 現代涂料與涂裝，2021，24（1）：30-32，36.

[5] 馮德進，薛濤，蒙錢東. 淺談汽車涂裝電泳 [J]. 現代涂料與涂裝，2013，16（11）：61-63.