电泳涂装基础知识2014.10

1电泳涂装工艺基础2014年10月2目录第一章：电泳涂料的基础知识第二章：电泳涂装的基础知识第三章：电泳涂装工艺流程第四章：前处理第五章：电泳、后冲洗、烘干第六章：电泳涂装设备第七章：异常情况分析和处理3第一章：电泳涂料的基础知识1、什么是电泳涂料？电泳涂料：是一种在水性底漆的基础上开发的，仅适用于电泳涂装法的专用水溶性（或水乳化）涂料；在水中能离解出带电荷的成膜聚合物，并在直流电场的作用下向相反的电极（被涂物）移动，最终在其表面上沉积析出。可根据被涂物所处极性位置的不同，分为阳极电泳漆（又称阴离子电沉积涂料）、阴极电泳漆（又称阳离子电沉积涂料）。所采用的电源为直流电源。4阳极电泳漆（AED）：所使用的成膜聚合物为阴离子型树脂，常见的都是多羟基的聚合物，中和剂为有机胺，如一乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺等；常用的有聚丁二烯、酚醛、顺酐化油、环氧酯、丙烯酸类等阳极电泳漆。阴极电泳漆（CED）：所使用的成膜聚合物为阳离子型树脂，在树脂骨架里含有氨基，中和剂为有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等；最常用的树脂有环氧树脂、丙烯酸、聚氨酯类等。主要使用的为环氧类铵盐。52、电泳涂料的发展过程电泳涂装的原理发明于二十世纪三十年代1950年，美国福特汽车公司开始研究电泳涂料1960年，美国福特公司成功研制出适合于电泳施工的阴离子型，并于同年在该公司PPG涂料分公司的配合下建立了第一条汽车车轮电泳涂装试生产线，1963年，该公司又建立了一条完整的汽车车身底漆电泳涂装生产线。6电泳涂装在实际应用中显示了高效、优质、安全、经济等优点，受到世界各国涂装界的重视。1973年成功开发了阳离子电泳涂料和阴极电泳涂装技术，之后阴极电泳涂装工艺在汽车工业中迅速普及、发展，目前90％以上的汽车采用电泳涂装。73、电泳漆的组成（以双组分阴极电泳涂料为例）乳液色浆中和剂乳酸、醋酸助剂助溶剂及其它助剂提示：涂料的组成：树脂、颜填料、溶剂、助剂等组成。84、电泳涂料的应用广度汽车、汽车零部件、重型拖拉机、巴士、钢圈；重卡、卡车车架和底盘；农业设备、家用电器；电开关齿轮、紧固零件；割草机、花园栅栏；金属办公设备以及铁制工艺品；印刷电路板；结构钢、铝型材；电脑配件等；9第二章：电泳涂装的基础知识1、什么是电泳涂装？电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法，适用于电沉积涂料的涂装。它是将具有导电性的被涂物浸渍在用纯水稀释的、固体份较低的电泳漆槽中作为阳（或阴）极，槽中另设置与其相应的阴（或阳）极，两电极间通直流电及一定时间，由于电场作用，在被涂物表面析出均一、水不溶的涂膜的一种涂装方法。102、电泳涂装的原理（以阴极电泳为例）电泳涂装过程中伴随有电解、电泳、电沉积、电渗等四种理化反应。电解电渗电沉积电泳阳极：2H2O-4e→4H++O2↑阴极：2H2O+2e-→2OH-+H2↑R-NH++OH－→R-N+H2O11电解：导电液体在通电时，发生分解的现象。在电泳过程中水发生分解，在阴极上产生氢气，阳极上放出氧气，金属阳极发生溶解，溶出金属离子。阴极：2H++2e—H2阳极:4RC00-+2H2O-4e—4RCOOH+O2电泳：导电介质中的带电荷的胶体粒子（树脂及树脂包裹的颜料）在电势的作用下向相反电荷的电极迁移的过程。12电沉积：涂料粒子在被涂物上沉析成膜的现象。在阴极涂料涂装时，带正电荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的粒子（离子）在阳极聚集，在电沉积过程中，由于水在阴极区电解生成氢气和氢氧根离子，致使在阴极（被涂物）表面形成高碱区（PH=12-13），当阳离子（涂料粒子）与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。电沉积反应：R-NH++OH－——R-N+H2O13电渗：电泳涂装过程中刚沉积到被涂物表面的涂膜是半渗透性膜，在电场的持续作用下大分子涂膜内部所含的水分子从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。通常形成的涂膜中含水量为5%～15%，这样就可以直接进行高温烘干。电渗使亲水的涂膜转化成为憎水涂膜，并使之致密化，所以工件泳涂成膜后，可用水来冲洗附浮在漆膜表面的槽液。14电泳原理图电渗：电泳涂装过程中刚沉积到被涂物表面的涂膜是半15电泳反应过程示意图（以阴极电泳为例）Ue+NHHR-COOOH电解电沉积阳极eO2H2H2O-阴极=车身R-COOHH2O++----N1.阳极生成O2,阴极生成H2,.2.阳极产生H+=生成酸的反应;阴极产生OH–=生成碱的反应.3.树脂中的酸根负离子移动至阳极并形成酸，由阳极系统排出。4.带正电的树脂粒子移动至阴极,与OH–反应，沉积在被涂物上.5.消耗掉的漆由新加的乳液和色浆来补充.16电泳漆的电沉积反应17阳极阴极18RCOO–+R1N+H+颜料R2添加物料乳液色浆由阳极排出„电泳槽“R1N随被涂车身或零件带出R2RCOOH+酸漆电沉积过程中的膜厚19泳透力:电泳中电场线的变化20213、电泳涂装的优缺点1）优点底涂工序可实现自动化，适用于流水作业。相对于喷涂工艺而言，电沉积工艺虽然一次性投资较大，但投槽后两至三年内就可收回，高于常规喷涂工艺的那部分成本。同时电沉积过程的能量消耗和正常的保养费用都大大低于常规喷涂工艺。可控性强工作槽液容量较大，使涂料及工艺参数的变化减到最小。操作工艺参数已有明确的规定，且是以丰富经验为基础。依靠调整电压，容易得到均一的目标膜厚，通过选择不同品种的电泳漆和调整泳涂工艺参数，膜厚可控制在10-35μm范围内。工件间和不同日期所沉积的涂膜（如膜厚及性能）重现性好。22泳透力好提高工件内腔及夹缝的防腐蚀性，尤其阴极电泳涂膜的耐蚀性更好。对于喷涂、浸涂等涂装法，夹缝和内腔很难涂上漆膜；且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉，从而使工件内腔、焊缝、边缘等处的耐蚀性显著提高。高效性若槽液操作参数及设备维护得当，与喷涂相比，涂料的有效利用率可高达95%以上。工作液是低固体份的水稀释液，粘度与水相似，原漆带出槽外的量很少。泳涂的湿漆膜是水不溶性的，泳后可采用超滤（UF）液封闭清洗，回收带出槽外的漆液。23低污染性、高安全性与其它溶剂型涂料、水性涂料相比，因其有机溶剂含量少，且低浓度，故无火灾危险，对水源和大气污染少。采用超滤(UF)和反渗透(RO)装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性，电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量也小，在烘干过程中不会象其它涂料那样产生流挂、溶落、积漆等弊病。电泳水洗后的涂膜是较干的，晾干时间短(5-10min)，可直接进入高温固化。磷化膜经纯水清洗后，不需要烘干，可直接进入电泳工序；而其他漆种必须将水份烘干，才能进行涂装。242）局限性一般电泳涂膜的耐候性较差，在户外使用时需涂装面漆。对挂具的管理要求较严，要确保工件良好导电性以及有良好的防腐性。仅适用于具有导电性被涂物的涂装。能带较多液体或污物进入电泳槽的不宜电泳；或经多次水洗后仍积液多的不宜电泳。对不耐高温以及对颜色有要求的工件不宜电泳。对小批生产场合不宜推荐采用电泳涂装，原因是槽液的更新速度太慢，槽液中的树脂和溶剂组份的变动大，而使槽液不稳定。前处理：预清洗、预脱脂、脱脂、一次水洗、二次水洗、表调、磷化、三次水洗、四次水洗、沥水电泳超滤水洗Ⅰ、超滤水洗Ⅱ、超滤水洗Ⅲ、超滤水洗Ⅳ冲水、吹水烘干25第三章：电泳涂装工艺流程26第四章：前处理1、概述前处理的意义：清除被涂物表面的油脂、油污、腐蚀残物、残留杂质物等，并赋予表面一定的化学、物理特性，以增加涂膜的附着力，增加被涂物的保护性和装饰性。前处理主要包含除油、除锈、表调、磷化等工序。27序号工序名称处理功能1热水洗(50-55℃)除去车身上的附着物；车身加热2预脱脂(40-45℃、喷)除去车身外板油污；车身加热3脱脂(40-45℃、浸)除去车身内外面的油污4水洗1（喷）除去脱脂清洗剂；冷却车身5水洗2（浸）除去脱脂清洗剂；冷却车身6表调调整微碱性，活化形成膜核7磷化（汉高技术）生成磷化膜8水洗3（喷）除去磷化液9纯水洗除去杂质离子前处理各道工序282、除油（脱脂）在涂装前洗净被涂物表面上污油的工序即称为脱脂（又称为除油），一般分为预脱脂和脱脂两道工序。原理：在机械力的作用下通过皂化、乳化、分散等化学反应，溶解和洗去油污。29脱脂剂的组成主要有碱性物质、表面活性剂以及能够软化硬水的络合物等组成。脱脂的控制要点温度、浓度、时间、机械作用（喷淋压力、循环量等）、含油量等。脱脂剂的选择有良好的渗透性、润湿性、降低表面张力；有中和酸性物质的碱性物质；有利于固体油污的去除，以及防止再沉积在工件表面上；有防止Ca2+、Mg2+等对表面活性剂有害作用的，及具有水溶性的螯合物；对金属有缓蚀作用的药剂；具有良好消泡作用；有效的除油能力等。303、除锈作用：除去工件表面的锈蚀以及氧化皮。除锈的方法1）喷砂、抛丸除锈，一般适用于车架等承重件；2）手工除锈：用砂布、铲刀等，适合小面积除锈；3）酸洗除锈：如硫酸、盐酸、磷酸等进行除锈，这种方式比较常见。314、表调作用：改变金属基体表面其微观状态，促使磷化过程中形成结晶小、均匀、致密的磷化膜，同时加快磷化速度。主要成分和原理主要成分是钛盐（胶体钛）和磷酸钠，由于其胶体微粒表面能很高，对金属表面有极强的吸附作用，在被处理表面形成数量极多的晶核，磷化初期就在晶核周围快速形成均匀的磷酸盐结晶，限制了大晶体的生长，促使磷化膜细化和致密，且提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除金属表面状态的差异对磷化质量的影响。控制要点PH值（PH8.5~10）和有效钛浓度（10mg/kg以上），Ti浓度过低，磷化膜就增厚。PH值下降，表面调整效果下降，形成磷酸铁膜（发蓝），耐蚀性下降。325、磷化作用：1）、为电泳提供清洁的表面2）、抛锚效应，显著提高涂膜与底材之间附着力3）、成倍提高工件的耐蚀性原理：金属表面与磷酸二氢盐酸性溶液反应在清洁的金属表面生成一层稳定的不溶性多孔半导体磷酸盐薄膜的化学过程称为磷化。磷化液的种类铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化、锌镍锰三元磷化等；33控制要点1）TA（总酸）：在使用时，呈下降趋势，需及时补充。TA高时，磷化膜薄、细致；TA低时，膜厚、粗糙。2）FA（游离酸）：一般在生产时会小幅上升（指在总酸不变的前提下）。FA高时不能成膜、易出现黄锈、粗糙、多孔；FA低时，磷化不稳定，且易出现不必要的沉渣。3）温度：温度高，成膜速度快，但会产生更多的磷化渣，造成额外消耗。温度低，成膜离子浓度达不到溶度积，不能形成完整的磷化膜。4）时间：时间长，膜厚、疏松多孔；时间短，不易成膜。5）促进剂（AC）：加快磷化成膜速度，使磷化膜均匀、细致。过高，磷化膜太薄，出现彩膜；过低，磷化膜粗糙、多孔、发暗。6）含渣量的控制，不能高，否则容易出现挂灰现象。6、电泳涂装对前处理的要求工件表面无油、无锈；磷化膜均匀、细致，不发花、不挂灰、不发黄等；磷化膜沉积量2-3g/m2，膜厚1-4µm；电泳失重：阳极电泳漆≤10%、阴极电泳漆≤8%；工件、挂具的滴水电导小于50µs/cm，同时PH值为中性，一般控制在6-7.5。35第五章：电泳、后冲洗、烘干1、概述将经过前处理的工件浸入电沉积槽中，通电后工件表面首先被泳涂。当外表面产生较大的电阻后，未被泳涂的内表面电流增大，沉积便在这些表面发生，该过程将一直持续到所有的外表面及内表面被涂覆完毕。电泳过程结束后，工件从电泳槽中取出，在被涂物表面吸附一层浮漆，这些浮漆必须通过后冲洗进行清洗，以保证涂膜外观；同时回收的浮漆，重新回到电泳槽，以提高涂料的利用率。最终，通过烘烤，固化漆膜，使漆膜具有一定的理化性能。典型的电泳工艺流程372、电泳槽液的组成：一般讲，电泳槽液中含80%以上的水，1-3%的溶剂和10-20%的固体份，施以一定的电压，工件上可得到一层固体份为75-90%的漆膜。参数的控制根据所选择的电泳涂料，来制定参数的控制范围，主要包括