電泳涂裝在不同材質上的應用狀況

胡飛燕

（江門職業技術學院，廣東 江門 529090）

電泳涂裝在不同材質上的應用狀況

胡飛燕

（江門職業技術學院，廣東 江門 529090）

綜述了電泳涂裝在鋼板、鋁材、鎂合金及一些熱敏性材料(如塑料)上應用的狀況，論述了基料的前處理與電泳涂裝的配套性，并介紹了相應的電泳涂裝工藝參數。

電泳涂裝；鋼；鋁；鎂合金；熱敏性材料

Author’s address:Jiangmen Polytechnic, Jiangmen 529090, China

1 前言

電泳涂料及涂裝技術的研究起源于20世紀50年代。美國福特汽車公司于1958年成功開發陽極電泳涂裝法，并獲得工業應用[1]。基于陽極電泳涂裝過程中產生陽極溶解，陽極電泳涂膜的耐腐蝕性產生的“鹽害”和提高汽車車身使用壽命的要求，20世紀70年代又開發成功耐腐蝕性好、泳透力較高的陰極電泳涂料，并于1977年在世界上第一條汽車車身涂裝線上投產[2]。電泳涂裝技術是一種先進、高品質、低污染和高效益的涂裝技術，除了可以對傳統的鋼材表面進行處理外，鋁材、鎂合金甚至一些熱敏性材料(如帶塑料或橡膠的金屬零部件、鋅、鋁壓鑄材料和塑料電鍍產品等)都可以用電泳涂裝進行表面處理。

2 電泳涂裝在不同材料上的應用

2. 1 電泳涂裝在鋼板上的應用

電泳涂裝作為鋼板的表面處理方法主要用于汽車車身的打底。目前，全世界大量流水線生產的汽車車身幾乎100%都采用陰極電泳涂裝打底[1]。汽車用鋼板的種類主要有：熱軋鋼板、冷軋鋼板、涂鍍層鋼板(電鍍鋅及其合金板、熱浸鍍鋅及其合金板、高鋅有機涂層板和復合有機涂層板)、復合減震鋼板[3]等。隨著對汽車耐蝕性、裝飾性、舒適性要求的不斷提高，各國廣泛使用涂鍍層鋼板和高強度鋼板[4-6]。

在鋼板前處理與電泳的配套性方面，李春平等人[7]研究了熱軋鋼板表面粗糙度對陰極電泳涂層耐腐蝕性的影響。研究指出，隨著熱軋鋼板表面粗糙度的增大，涂層耐腐蝕性能降低。楊超英等人[8]對具有代表性的4種合金化鍍鋅鋼板進行了磷化、電泳的配套性試驗，并對磷化試板、電泳涂裝試板進行了力學性能、耐腐蝕性能的對比試驗分析。從綜合性能來看，日本汽車外板用的合金化鍍鋅鋼板比國產汽車外板用的合金化鍍鋅鋼板的涂漆性能要好；而在內板用的合金化鍍鋅鋼板方面，兩者涂漆性能相當。黃大勇等人[9]通過SEM和EPMA觀察了國產某熱鍍鋅鋼板在電泳涂裝前、后的表面狀態，對其與某進口熱鍍鋅鋼板在粗糙度方面的差別進行了比較，指出國產熱鍍鋅鋼板需要進一步提高質量，以滿足涂裝前處理和電泳的要求。

在電泳涂裝方面，蔣其林[10]介紹了汽車車身電泳涂裝工藝流程：手工預清理─(60 ± 5) °C洪流沖洗─(60 ± 5) °C預脫脂─(60 ± 5) °C脫脂─水洗2次─表調─(43 ± 2) °C磷化─水洗2次─去離子水洗─瀝干─(28 ± 1) °C陰極電泳─超濾洗2次─去離子水洗─瀝干─電泳烘干─強冷─電泳后存放。晏斌[11]報道了廈門金旅公司在國內首開大型客車整車陰極電泳工藝的先河，并對電泳涂裝存在的難點和解決方法以及在生產中應注意的問題進行了介紹。宋華等人[12]將高泳透力電泳涂料應用到青汽廠駕駛室涂裝線上，通過試驗確定了防腐蝕性能最薄弱的駕駛室內腔的最佳膜厚。該膜厚達到了汽車車身電泳涂裝膜厚基準值10 μm，提高了整車的耐腐蝕性能，而且提高了涂裝線的生產效率，降低了汽車生產成本。鄒艷芳等人[13]介紹了底面合一的陰極電泳工藝主要工序，即前處理─電泳─水洗─預熱干燥─焊縫補漆─固化干燥，并以摩托車車架為例提出了影響底面合一陰極電泳外觀質量的關鍵工藝點及工藝設計要求。

2. 2 電泳涂裝在鋁材上的應用

鋁的密度約為鋼的 1/3，而比強度(強度極限與密度的比值)則可達到或超過鋼，鋁和鋁合金易于加工成各種形狀，能適應各種連接工藝而廣泛用于工業和民用建筑業。汽車輕量化的需求使得鋁合金的發展面臨一個更廣闊的空間。東風越野公司開發生產的高性能軍用越野車，其車身就含部分的鋁合金板材件、鋁合金型材件及鑄鍛件，約占車身材質的30%[14]。

在建筑型材鋁合金方面，日本于20世紀60年代就開始使用電泳涂裝工藝作為其主要的表面處理方法[15]。目前，我國鋁合金建筑型材主要使用的表面處理方法為陽極氧化膜加陽極電泳涂裝(通常為丙烯酸樹脂)[16]。涂裝方式分以下2種[17]：陽極氧化+電泳涂裝(清漆)，陽極氧化+電解著色+電泳涂裝(清漆)。據報道[18]，我國生產的陽極氧化電泳涂漆鋁型材的質量基本上能與國外的同類先進產品相比媲，達到國際先進水平。柯躍虎[19]自行開發合成了鋁型材丙烯酸陽極電泳涂料，探討了漆液固體含量、電泳電壓、電泳時間、漆液pH、助溶劑等電泳涂裝因素對涂膜外觀和厚度的影響。當電泳工藝參數控制在如下范圍時，獲得的涂膜厚度與外觀較好：漆液固體含量為8% ～ 12%，電泳電壓為90 ～ 150 V，電泳時間為90 ～ 120 s，漆液pH為7.8 ～ 8.2。

在工業鋁合金方面，華樹芳[20]介紹了鍍鎳鋁輪轂風葉片彩色電泳涂裝的工藝配方和工藝流程、不合格漆膜的退除方法以及彩色電泳涂裝的優點，對影響電泳涂裝質量的因素進行了研究，并探討了電泳槽液的維護方法。孫淑萍等人[21]通過試驗研究了電壓、溫度、時間等因素對涂膜厚度及膜層外觀的影響，確定了鋁合金的環氧樹脂陰極電泳涂裝的最佳工藝條件：固體分17% ～ 19%，pH 6.0 ～ 6.4，溫度28 ～ 32 °C，電壓75 ～85 V，時間120 ～ 150 s。之后，孫淑萍等人[22]又對鋁合金彩色陰極電泳漆涂裝工藝進行了研究，通過試驗確定了鋁合金彩色陰極電泳著色和電泳染色的最佳工藝條件。

2. 3 電泳涂裝在鎂合金材料上的應用

鎂合金由于具有優異的物理和力學性能，已被作為結構材料廣泛應用于汽車制造、計算機、航天航空、通訊、家用電器等領域[23-24]。但鎂合金耐蝕性能較差，極大的限制了它的應用[25-26]。對鎂合金表面進行處理是解決這個問題的主要途徑。

早在1999年M. M. Avedesion[27]就報道，以電泳涂裝工藝為基礎的陰極電沉積環氧底漆用于鎂件十分有效。在國外，該工藝已廣泛用于汽車及計算機工業的鎂壓鑄件。

高福麒等人[28]研制開發的鎂合金表面合金化預處理–電泳涂裝工藝分為3個階段：合金化前處理、合金化和電泳涂裝。其工藝流程如下：除油─水洗─除銹─水洗─弱腐蝕─通電活化─合金化─水洗─電泳─烘烤─成品。所得涂膜具有優良的防腐裝飾性能。

連建設等人[29]對鎂合金磷化膜與電泳涂層的匹配性和涂層的性能進行了研究。試驗采用壓鑄 AZ91D鎂合金和 HED-2000陰極電泳涂料，工藝條件為：電導率(1 200 ± 300) μS/cm，施工電壓150 ～ 250 V，施工時間90 ～ 180 s，槽液溫度(28 ± 2) °C，烘烤條件180 °C/ 30 min或 120 °C/50 min。試驗表明，以含 1.5 g/L Ce(NO3)3的磷化液制備的磷化膜，陰極電泳獲得35 μm厚的涂層，即可耐1 000 h鹽霧試驗，滿足耐蝕性要求，且電泳涂層具有良好的附著性能。

類衍明等人[30]針對AZ31B鎂合金，將鎂合金磷化技術與電泳涂裝相結合，采用自制黑色聚丁二烯陰極電泳涂料研發出了環保、無毒，適合于自動化生產，復合涂層涂裝性能好，物理機械性能優異，耐蝕性好，對異型器件具有較好涂裝效果的電泳涂裝工藝，其流程為：試樣制備─打磨─脫脂─水洗─除銹─水洗─表調─磷化─陰極電泳─烘烤。

何毅等人[31]采用 PN310灰色無鉛陰極電泳涂料，以微弧氧化–電泳涂裝復合工藝作為MB8擠壓鎂合金的表面處理工藝。結果表明，復合工藝提高了鎂合金的耐蝕性，制得的試樣經過60 d的鹽水浸泡試驗后表面完好，沒有出現任何缺陷。

2. 4 電泳涂裝在熱敏性材料上的應用

帶塑料或橡膠的金屬零部件，鋅、鋁壓鑄材料，塑料電鍍產品以及其他熱敏性材料，高溫熱固化涂料無法達到其表面處理的要求。解決的方法之一就是研發低溫固化工藝[32]。紫外光(UV)固化技術固化溫度低、裝置緊湊、可流水線生產、加工速度快、勞動生產率高，有利于降低生產成本[33]。

UV固化陰極電泳涂料[34]集陰極電泳和 UV固化樹脂的特點于一身，既能滿足產品進行電泳涂裝的加工要求，又能解決涂裝材料受涂膜固化溫度影響的問題。目前，國內外研究的紫外光固化陰極電泳涂料基體樹脂主要有丙烯酸樹脂、環氧丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂等[35]。

UV固化陰極電泳涂料易出現的最大問題是涂膜中過高的水分會嚴重影響固化效果和涂膜外觀，因此，在涂膜UV固化之前，需增加一個閃蒸過程[36]，以減少濕膜的水含量，從而提高固化效率和涂膜性能。UV固化電泳涂料涂裝的基本過程如下[37]：UV固化電泳涂料─電泳涂裝─閃蒸─光聚合反應─固化。

劉仁等[38]研究發現，在固含量為10%的UV陰極電泳涂料工作液中，當電泳電壓為80 V、電泳時間為90 s時，得到膜厚18 μm且外觀及性能良好的漆膜。

Y. B. Kim等人[39]在電泳平行對比實驗中發現，添加季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)聚結劑后，電泳沉積速率比沒加入時高。研究證實，在陰極電泳涂料基體樹脂中加入一定量的聚結劑，能有效提高沉積漆膜的電導率，增強泳透率。

安豐磊等[40]在研究電泳涂裝工藝中發現，當電泳電壓為80 V、電泳時間為100 s時，可得到膜厚20 μm、光滑平整的漆膜。

3 結語

電泳涂裝在耐蝕性、漆膜附著力、泳透力、涂料利用率及環保方面具有靜電噴涂無法比擬的優點，因此，采用電泳涂裝技術已成為目前金屬表面處理不可缺少的方法之一。隨著人們對環保問題的日益關注，世界各國相繼制定了一系列的環保法規、法律和準則。電泳涂料作為環境友好型水性涂料中的一種，同樣面臨著進一步降低成本、無重金屬、低揮發性有機化合物(VOC)、低固化溫度和需向高性能化方向發展的問題[41-42]。隨著新型電泳涂料[43]如厚膜陰極電泳涂料、低溫固化陰極電泳涂料、尖端防銹型陰極電泳涂料和紫外光固化陰極電泳涂料等的相繼出現，電泳涂裝技術在各行各業中的應用和發展日新月異，并以其高質量、高效率、無污染、低消耗等優勢向著環保、節能、低成本及高性能化的方向發展。

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Application status of electrophoretic painting on different materials //

HU Fei-yan

The application status of electrophoretic painting on steel plate, aluminum profile, magnesium alloy and some heat-sensitive materials were summarized. The matching of substrate materials and electrophoretic coatings was discussed, and the corresponding electrophoretic painting process parameters were introduced.

electrophoretic painting; steel; aluminum; magnesium alloy; heat-sensitive material

TQ639.2

A

1004 – 227X (2011) 11 – 0072 – 04

2011–06–16

2011–06–28

胡飛燕（1982–），女，湖北荊州人，碩士研究生，講師，主要從事涂料教學與研究。

作者聯系方式：(E-mail) feiyanhu@126.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]