汽车涂装新技术

第二讲汽车涂装新技术邢亚哲长安大学材料学院2009.06.18主要内容汽车涂装技术概述涂装的功能、特点、分类以及新车制造过程中的涂装流程简介汽车涂装预处理新技术硅烷技术和氧化锆转化膜技术电泳技术及PVC密封技术的发展新型CED涂料和PVC涂料汽车涂装中涂面漆技术及喷涂设备的发展环保型涂料、中涂和面漆新工艺、无中涂体系的开发应用及喷涂新设备第一节汽车涂装技术概述涂装的定义涂装是指各种车辆的车身及其零部件的涂漆装饰。根据涂装对象不同，汽车涂装可分为新车涂装和修补涂装两大体系。具体地说：涂装是将涂料涂覆于经过处理的基底表面上，经干燥成膜的一种表面处理工艺。已经固化的涂料膜称为涂膜或漆膜，有两层以上涂膜组成的复合层称为涂层。汽车表面涂装就是典型的多涂层涂装。•涂装的功能（1）保护作用使汽车车身或零部件表面免受水分、微生物、紫外线和酸碱气体或液体的侵蚀，延长汽车使用寿命。汽车涂装技术概述保护作用体现在两方面：一是使汽车零部件表面与大气环境相隔离，防止生锈腐蚀；二是有些涂料对金属基材起到缓蚀作用，例如磷化底漆使金属表面钝化，提高防腐能力。隔离雨水作用-雨淋后集聚的水珠汽车涂装技术概述汽车涂装技术概述（2）装饰作用汽车涂装的装饰性主要取决于涂层的色彩、光泽、鲜艳程度和外观等。不同角度变色漆的不同颜色汽车涂装技术概述（3）特殊标识作用标识作用通过涂料的颜色来体现。在汽车上涂装不同颜色和图案以便区别不同的用途。例如：消防车涂成大红色；邮政车涂成橄榄绿，字号车号为白色；救护车为白色并做红十字标记等；工程车涂成黄黑色相间的条纹，字号车号用黑色等。汽车涂装技术概述（4）达到某种特定的目的应用涂料的特殊性能，使汽车具有特殊功用来完成特种作业或适应特定的使用条件。例如：化工物品运输车，要在车体表面和内部涂上耐化学腐蚀和防渗漏的涂料；军用汽车要采用保护色达到隐蔽作用等。•汽车涂装的目的（1）优良的耐蚀性；（2）高雅的装饰性外观；（3）延长使用寿命；（4）提高商用价值。汽车涂装技术概述•汽车涂装的特点（1）属于高级保护性涂装（耐蚀性和耐候性）a.耐沥青、油污、酸碱和鸟粪等侵蚀；b.涂层能够适应寒冷地区、工业地区、沙漠戈壁、湿热地带和沿海等气候条件。汽车涂装技术概述（2）属于中、高级装饰性涂装涂层的装饰性主要取决于色彩、光泽、鲜艳性、丰满度和涂层外观等。例如：运动型跑车多采用明快的大红色、明黄色等，给人以强烈的动感；高级轿车多采用较深的色调，给人以庄重、稳健的感觉。汽车涂装技术概述（3）是最典型的工业涂装许多涂装新工艺、新技术都源于汽车工业，新涂料的设计开发也大部分是由汽车工业促进的。典型的涂装机械化生产线汽车涂装技术概述（4）涂装件产品一般为多涂层涂装单涂层(缺陷)装饰性差——色彩不够饱满，且干涩保护性差——厚度较薄，抗冲击能力下降多涂层底涂层——防锈底漆层中间涂层——提高上下涂膜结合，提供整体韧性和抗冲击能力面涂层——赋予表面多彩的颜色汽车涂装技术概述•汽车涂装的分类（根据汽车类型和结构）（1）车身外表涂装作用：装饰、耐腐蚀和耐久性（2）车厢内部涂装作用：满足装饰性和居住性要求，给人以舒适、赏心悦目的感觉（3）车身骨架的涂装作用：抗腐蚀、保护基本材料；对于车架以下部分，应耐水、耐油和抗冲击；对车身应隔音、隔热和起密封作用汽车涂装技术概述（4）底盘部件涂装作用：耐水、耐油、抗冲击和耐久性，尤其底漆应具有良好的附着能力（5）发动机部件涂装作用：耐热、耐水、耐油（6）电气设备涂装作用：防水、防腐蚀和绝缘，对于蓄电池附近构件要求耐酸汽车涂装技术概述•汽车涂装的三要素（1）涂装材料（2）涂装工艺包括涂装技术的合理性和先进性、涂装设备和工具的先进性和可靠性、涂装环境条件和工作人员的技能、素质等（3）涂装管理包括工艺管理、设备管理、工艺纪律管理、质量管理、现场环境管理和人员管理等汽车涂装技术概述•常用的汽车涂装方法（1）电泳涂装概念：将被涂物侵于涂料中，并给被涂物和涂料加以不同极性的电荷，利用电荷移动的原理进行涂装的方法特点：对附属设备要求高、技术难度大、自动化程度高、膜厚易于控制、涂装质量高应用：新车制造中底层涂料的涂装汽车涂装技术概述电泳分类：根据被涂物所加电荷不同，分为阴极电泳和阳极电泳电泳涂装生产线汽车涂装技术概述（2）喷涂概念：用特制的喷涂设备（喷枪）将涂料雾化，并涂布于被涂物表面的涂装方法特点：节省涂料、涂装质量较好且易于控制、对操作人员技术水平要求较高、对喷涂设备要求比较严格、污染环境应用：范围广，大多数零部件汽车涂装技术概述（3）静电喷涂概念：在喷涂设备上加一定电压的静电电量，使喷出涂料带有一定电压的静电，利用静电吸附原理将涂料涂布于被涂物表面的涂装方法特点：涂料浪费较少、对操作人员技术水平要求不高、对喷涂设备要求较高、对环境影响较小应用：大多数零部件汽车涂装技术概述（4）刮涂概念：用刮板将涂料刮于被涂物表面的涂装方法特点：涂料浪费较少、对操作人员技术水平要求较高、对设备要求低应用：汽车修补涂装中的凹陷填充与外形修复汽车涂装技术概述•汽车制造过程中的涂装流程（1）涂装前的预处理（清洗和磷化处理）磷化前清洗处理汽车涂装技术概述磷化处理汽车涂装技术概述磷化处理后清洗、干燥汽车涂装技术概述（2）电泳涂装底漆涂装电泳底漆沥干后冲洗加热干燥沥干电泳底漆汽车涂装技术概述（3）车身内外密封剂和车底保护涂料的涂装（4）中涂漆涂装作用：增强底漆与面漆间的附着力、提高面漆的机械强度、保证面漆表面平整度流程：静电喷涂中涂漆涂装后静置打磨并冲洗加温干燥（5）面漆涂装汽车涂装预处理新技术轿车涂装过程示意图汽车涂装预处理新技术传统汽车涂装工艺•目前使用的磷化处理技术概念：钢铁在含有锌、铁、锰的磷酸盐溶液中，由于金属和溶液在界面上发生化学反应，生成难溶于水的磷酸盐，使钢铁表面形成一层附着良好的保护膜（磷酸锌、磷酸铁等）。第二节汽车涂装预处理新技术常用方法：浸渍法、喷淋法；浸渍法较喷淋法获得的磷化层更加致密作用：提高钢板的防腐性能。原因是由于化学反应在钢板表面形成一层致密的磷酸锌膜，而这层磷酸锌膜不易与酸、碱发生反应磷化处理的缺陷：汽车涂装预处理新技术（1）能源消耗大脱脂、磷化的工作温度一般为40-50℃,在给槽液加热中,同时也有大部分热由于管路及槽体保温不佳而损失（2）污染环境有大量的含磷、氮、铬、镍等元素的废水排放（3）原材料浪费生成锌盐磷化膜时产生的磷化渣，需作为废弃物处理磷化处理技术的新发展：（1）采用低镍或无镍的磷化技术发达国家将镍定为致癌物质该技术在德国宝马得到成功应用（2）采用隔膜技术去除排放液中的镍德国科隆的福特工厂通过改进的处理方法已将排放液中的镍含量降低（3）开发新的促进剂代替亚硝酸盐例如：过氧化氢、羟氨基化合物以及CN4等有机物仍然从根本上解决不了传统磷化工艺高能耗、重金属离子含量高、废水废渣排放多等缺陷？汽车涂装预处理新技术•氧化锆转化膜技术汽车涂装预处理新技术开发目标：（1）改善环境（2）降低成本开发商：德国汉高公司（2005）应用现状：实验室取得成功，正在进行生产试验（沃尔沃、大众、GM等）氧化锆特性：耐高温、耐磨损、耐腐蚀氧化锆转化膜的形成：汽车涂装预处理新技术氧化锆转化膜的制备方法溶胶离子通常是溶剂化的，胶粒可以相互交联在一起形成三维网络构型，可以把大量溶剂机械地包裹在聚集体内部，使之不再流动，变成半固体状态，这就是凝胶；如果胶体溶液中溶胶粒子的密度比溶液的大，在重力作用下，溶胶粒子就有下沉的趋势；如果改变溶液中的某些参数，使胶粒沉积速率大于扩散速率，胶粒就会从溶液中沉淀出来。溶胶-凝胶法一般是基材在酸性溶液中刻蚀的方法实现膜的制备汽车涂装预处理新技术酸性溶液刻蚀成膜机理在氟锆酸盐溶液里，金属表面凝聚沉积转化成一种纳米氧化锆陶瓷涂层的方法。主要反应如下：形成ZrO2-M-ZrO2结构的溶胶粒子，具很强凝聚功能该溶胶结构交联密度增大，不断凝聚沉积，直到形成纳米氧化锆转化膜汽车涂装预处理新技术镀锌板上氧化锆转化膜的X射线光电子波谱另外，转化膜中的ZrO2为非晶态，而磷化膜的组成为多晶Zn3(PO3)2转化膜主要由ZrO2组成，膜厚度为：30-35nm氧化锆转化膜技术的优点：汽车涂装预处理新技术（1）氧化锆转化膜完全可以取代传统磷化处理的磷化层不同转化膜的膜厚(nm)对比膜厚小，即膜重就小。传统磷化膜膜重：2-3g/m2氧化锆转化膜重：0.02-0.2g/m2附着力和耐蚀性能与磷化膜相当汽车涂装预处理新技术（2）省去表调、钝化处理，可在脱脂清洗或酸洗后处理，磨层耐酸碱、机械性能和热稳定性能良好，与原有涂装工艺和设备基本相容，无需进行大的设备改造（3）槽液非常稳定且容易控制，平时生产中只需控制好温度和pH值，而锌系磷化每天都要定期检测总酸、游离酸、促进剂以及锌、镍、锰的含量等许多参数，这样就节省了大量的工艺管理费用汽车涂装预处理新技术（4）工艺简短、流程短、成膜速率很快，一般形成完整的膜只需20秒左右(磷酸锌成膜至少60s)，大幅降低了水消耗、废水处理、能源、人力等过程成本。另外也缩减了生产线的建设规模，大大减少了生产车间的建设面积，降低了投资费用（5）最大程度减少了重金属的排放，降低了水的消耗量，废水、废渣排放少，所形成的渣几乎对环境无危害，不含磷酸盐，无BOD、COD，工艺维护成本大大减少化学需氧量（COD,ChemicalOxygenDemand）是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。COD越大，说明水体受有机物的污染越严重。汽车涂装预处理新技术生化需氧量（BOD,BiochemicalOxygenDemand）表示有机污染物经微生物分解所消耗的水中溶解的氧量(以毫克/升为单位),是测定某一数量有机废物对水体潜在污染能力的一个常用参数。BOD越高,表示水中需氧有机污染物越多。汽车涂装预处理新技术汽车涂装预处理新技术氧化锆转化膜技术在前处理中的应用：（1）前处理工艺流程传统的磷化工艺流程氧化锆转化膜处理工艺流程汽车涂装预处理新技术（2）氧化锆转化膜技术的工艺特点技术参数和工艺特点汽车涂装预处理新技术经过转化膜处理的各种板材耐腐蚀性能9540P、VICT1027、VDA621-415为循环测试标准汽车涂装预处理新技术氧化锆转化膜技术在汽车涂装中遇到的问题：经过氧化锆转化膜处理的工件上电泳底漆的泳透力比相应磷化处理工件上电泳底漆的泳透力低约20-28%汽车涂装预处理新技术氧化锆转化膜技术应用在汽车涂装中还需要完成的工作：（1）优化阴极电泳的相关工艺参数，如泳涂电压、电泳温度和溶剂含量等，以提高泳透力（2）重新设计汽车前处理体系，包括工艺和检测标准，以便使新型转化膜通过OEM认可，使氧化锆转化膜的优越性能充分发挥出来（3）对氧化锆转化膜技术不断进行改进，以使该项技术更加成熟。注：OEM是OriginalEquipmentManufacturer的缩写，即原设备制造商•硅烷（OXSILAN）技术汽车涂装预处理新技术开发商：德国凯密特尔公司硅烷技术的优点：（1）硅烷技术形成的超薄有机膜可以替代传统的磷化膜,磷化膜的质量通常为2~3g/m2,OXSILAN涂层膜质量仅仅0.1g/m2（2）Si-O-Me共价键分子间的结合力很强,所以产品很稳定,从而提高了产品的防腐蚀能力注：Me代表金属汽车涂装预处理新技术（3）使用方便,便于控制,仅需控制pH值和电导率,无须像磷化液那样,要控制游离酸、总酸、促进剂、锌、镍、锰的含量和温度等许多参数（4）节约能源,可室温或低温操作,能源费用低（5）优异的环保性能,无有害的重金属,无废渣,废水排放少,处理容易,如果安装过滤器及离子交换器,可以做到封闭循环使用汽车涂装预处理新技术（6）适用性强，适用于浸渍、喷淋等处理方式（7）多金属处理工艺，冷轧板、热镀锌板、电镀锌板、涂层板、铝等不同板材可混线处理（8）综合成本低,产品消耗