電泳涂膜夾縫油縮孔原因分析及解決方案淺析

尤 永，邢汶平，吳吉霞

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601）

0 引言

陰極電泳涂裝因其安全、環保、涂料利用率高、自動化生產等特點，已被汽車生產廠家廣泛采用。陰極電泳涂裝是指將工件作為陰極浸入電泳槽液中，通以直流電，伴隨電解（水電解）、電泳（正負離子移向對應的電極）、電沉積（樹脂和顏料在電極上沉積）和電滲（在電場力的作用下，涂膜中所含的水滲析出來）等4個電化學反應的過程。由于人、機、料、法、環等各因素現場管理的瑕疵，電泳涂膜表面通常會出現縮孔、針孔、顆粒等漆膜缺陷，直接影響電泳涂膜的外觀及質量，其中電泳縮孔是汽車車身電泳涂膜常見的涂膜弊病之一，通常是由于底材電泳涂裝前或電泳涂裝后附著了油污等異物，導致烘干之后電泳涂膜形成火山口狀的凹陷現象。現場對于電泳縮孔涂膜弊病，一般采用人工打磨的方式進行消除，不僅會影響面漆漆膜的外觀，而且會降低車身的防腐蝕性能。本研究對某公司涂裝生產線新車型試制過程中出現的電泳涂膜夾縫油縮孔質量問題進行原因分析及問題整改，從而實現新車型試制過程中對防銹油等適應性材料與現場前處理電泳材料開展配套性試驗驗證及管控的過程。

1 問題描述

某公司汽車涂裝生產線開展新車型試制驗證工作，在試制生產的拉動過程中，發現白車身經過前處理電泳以及電泳烘房烘干工序后，車身車門等部位電泳涂膜表面存在火山口狀的縮孔，目視表現為縮孔大小、深淺不一，均為典型形狀的小圓形縮孔，并伴有明顯的油漬。車身表面縮孔形態如圖1所示，涂膜縮孔示意圖見圖2。電泳涂膜縮孔問題的出現，增加了車間對電泳涂膜的打磨工作量，部分打磨不徹底的電泳涂膜縮孔，還會影響車身面漆的外觀質量，而且打磨會導致電泳涂膜局部膜厚不足，降低車身的防腐蝕性能。

圖1 大小、深淺不一的縮孔Figure 1 Shrinkage cavity with different size and shallow depth

圖2 縮孔示意圖Figure 2 The schematic of shrinkage cavity

2 問題調查及原因分析

2.1 問題調查

該涂裝生產線為商用車涂裝線，主要生產輕卡駕駛室，生產節拍為42JPH，前處理電泳為連續式生產線，采用擺桿輸送方式，白車身進入涂裝車間時表面比較干凈，沒有明顯的鐵屑、焊渣、銹蝕等問題。涂裝車間前處理電泳工段工藝流程如圖3所示。

圖3 前處理電泳工藝流程Figure 3 Pre-treatment electrophoresis process

2.2 原因分析

引起電泳涂膜縮孔的原因很多：電泳槽液工藝參數異常，如顏基比失調、顏料分偏低、涂料穩定性降低、電泳槽液溶劑含量過低、固體分過低、電壓過高等均會導致電泳涂膜產生縮孔；工件在電泳槽液中沉積反應的速度太快，會造成工件涂膜表面產生的氫氣來不及排出，也會在涂膜表面產生縮孔；涂裝車間環境差，空氣中含有的油霧、漆霧、有機硅等物質污染被涂物或濕電泳涂膜，造成電泳涂膜表面張力變化產生縮孔；前處理電泳輸送鏈中鏈條油加入過多，同時無接油盤裝置，鏈條油滴落到電泳涂膜表面或滴入電泳槽液中，也會造成電泳涂膜縮孔；脫脂過程中除油不徹底或者清洗后工件表面又落下油污等原因均會導致電泳涂膜產生縮孔。

由于造成電泳涂膜縮孔的原因很多，并且一般縮孔在濕膜狀態下不可見，均在電泳烘干后的干膜狀態才易被發現，這就給生產現場查找引起電泳涂膜縮孔的原因造成一定的困難。本研究采取排除法，設計不同的試驗來查找引起現場電泳涂膜縮孔的原因。

3 試驗驗證

3.1 電泳槽液工藝參數

現場采用新一代高泳透力電泳漆，高泳透力電泳漆通過配套新的樹脂及固化劑體系、降低VOC（揮發性有機化合物）含量、提高固體分及槽液溫度等措施，提高電泳槽液的電導率及電泳濕膜的電阻，大幅提升泳透力。如果電泳槽液工藝參數異常，會導致現場電泳涂膜出現縮孔。槽液固體分偏低，可能伴隨出現槽液電導率偏低、膜厚偏薄、涂料穩定性降低，出現縮孔等涂膜弊病；溶劑含量過低，會導致電泳膜厚降低、涂膜干澀無光，產生縮孔；顏基比偏低會導致涂膜表面出現縮孔、遮蓋力不良、涂膜光澤上升等現象。對電泳槽液進行取樣分析，結果表明槽液各項參數正常，均在工藝要求的范圍內，見表1。

表1 電泳槽液分析報告Table 1 Electrophoresis bath analysis report

3.2 電泳反應速度

電泳涂裝是一個非常復雜的電化學過程，通電后在陽極和陰極分別發生以下電解反應：

陽極：2H2O → 4H++ O2+4e-

陰極：2H2O + 2e-→ H2+ 2OH-

車身作為陰極，產生氫氣逸出。隨著反應的進行，帶電粒子在槽液中泳動，樹脂及被樹脂包裹的顏料移向陰極；酸根離子移向陽極，移向陰極表面的樹脂與陰極產生的OH-發生反應，并沉積下來：

R-NH3++ OH-→ R-NH2+ H2O

隨著以上反應的進行，陰極表面不斷形成疏水的涂膜，其附近的水分也不斷被消耗，同時部分水分被排斥出涂膜。由于水分從涂膜中滲出，沉積下來的涂膜含水量不斷降低。

如果電泳反應速度過快，會導致氫氣在車身表面聚集，現場通過調整整流器電源電壓設定，將一段電壓由180 V降低至150 V，二段電壓由240 V升高至260 V，降低電泳反應過程中的峰值電流，進而降低電化學反應速度，但是通過現場試驗，效果并不明顯。

3.3 適應性材料配套性驗證

前處理脫脂工序中如果沒有把車身防銹油等處理干凈，或者輸送系統的鏈條油滴落到車身表面，有油污的部位無法涂上電泳涂膜，形成縮孔。與電泳材料直接或間接接觸，容易影響電泳涂膜產生縮孔的油品類適應性材料有沖壓油、輸送系統鏈條油、烘房高溫潤滑油等。對現場車身使用的沖壓油、輸送系統鏈條油、烘房高溫潤滑油與電泳漆開展配套性試驗，試驗方法如下：

（1） 將采集來的油用二甲苯稀釋［稀釋比例為：m（油）/m（二甲苯）=10/90］；

（2） 取0.2 mL的二甲苯稀釋油，放到盛油用的小杯（半徑1 cm，高0.5 cm；材質要求：能耐200 ℃高溫的錫箔紙）中；

（3） 再將0.2 mL的純水加入到上述小杯中；

（4） 按標準試驗方法電泳制板（膜厚18 μm左右）；

（5） 將裝有油的小杯水平放置在電泳好的濕電泳板上；

（6） 再將以上放置小杯的電泳板水平放置在干燥爐內固化（175 ℃，20 min）；

（7） 固化后，評價電泳涂膜的縮孔情況。

試驗結果表明，輸送系統鏈條油和烘房高溫潤滑油與電泳漆配套性良好，在一定膜厚下，涂膜表面無縮孔現象。車身部分外協件防銹油與電泳漆配套性較差，電泳涂膜表面有3個縮孔，且縮孔內含有油漬。通過試驗驗證，發現車身外協件防銹油是導致電泳涂膜產生縮孔的主要原因。

4 對策的制定及實施

車身存在大量鋼板重疊部位形成的夾縫，夾縫在通過前處理電泳工序后易殘存油污及液體，夾縫內部脫脂液難以有效流動，造成夾縫內的殘留物不能被有效地清除，電泳后，夾縫內的殘留物因表面張力作用難以完全瀝干，電泳烘烤時，殘留的油水混合物爆沸，從夾縫處濺出附著于車身電泳涂膜上，產生夾縫油縮孔。

制定的解決措施及實施情況如下：

（1） 對外協件使用的油品進行調整：重新選擇車身外協件防銹油，更換為配套性好的車身外協件防銹油，并降低車身表面的涂油量。

（2） 電泳后增加下線吹水：在電泳下線位置，增加人工壓縮空氣吹水，把車身縫隙內殘存的液體吹掃出來，進行充分的瀝水。

（3） 調整電泳烘房溫度：降低電泳烘房一段爐溫，使夾縫內殘存的液體緩慢地揮發出來，避免烘干過快產生爆沸。

通過以上措施的實施，現場因夾縫油導致的涂膜縮孔問題得到了有效解決。

5 結語

涂膜縮孔是涂裝生產過程中常見的弊病之一，電泳涂膜受到外界物質污染后，最容易出現的涂膜缺陷就是縮孔，涂膜縮孔缺陷直接影響電泳涂膜的保護功能和后續的油漆噴涂工作，使中涂、面漆涂層得不到良好的基層，影響整個油漆涂層的外觀質量及車身的防腐性能。在新車型開發初期，應對車身各個外協件使用的防銹油、電泳烘房的高溫潤滑油等適應性材料與前處理電泳漆開展配套性試驗驗證，對配套性有問題的材料進行復驗或者及時更換，防止車型在現場過線時對工藝調試及生產質量產生不可逆的影響。

對電泳涂膜縮孔缺陷應立足于預防，把縮孔現象控制在設計前期，通過有效的預防管控措施提前防止質量問題的發生。造成涂裝生產線電泳涂膜縮孔的原因是很復雜的，而且很多原因可能是同時存在的，本研究針對夾縫油導致的電泳涂膜縮孔問題進行分析總結，希望對現場涂裝工藝人員有一定的參考價值。