汽車發動機蓋電泳條紋改善研究

摘要：汽車發動機蓋電泳條紋影響發動機蓋外觀及防腐蝕性能，為了解決條紋問題，從前處理、電泳工藝進行分析改進。結果表明，通過將電泳槽MEQ控制在23～24，pH值控制在6.05～6.2，使得電泳條紋的嚴重度有所減輕，但不能完全消除；通過調整整流柜程序，后車機蓋接觸液面時，斷開1～12組陽極，相鄰兩車在第12～18組陽極之間持續斷開3組陽極，1～15組陽極電壓由60V降低至35V，發動機蓋條紋消失。

關鍵詞：汽車發動機蓋；電泳條紋；陽極

陰極電泳是汽車涂裝工藝中普遍應用的工藝，其陰極電泳漆具備較強的耐酸堿性，對車身基材防腐起到重要的作用。而電泳過程中通常會產生部分外觀缺陷，此部分缺陷常通過打磨進行處理（缺陷嚴重的會打磨至露出基材），對車身防腐性能造成較大破壞，同時會產生大量的人工成本及物料成本，降低生產效率。

公司前處理選用薄膜工藝，電泳選用IGBT整流源設備。涂裝車間原有車型（C1與C2）均存在發動機機蓋（以下簡稱機蓋）條紋，其寬度為3～5cm、觸感較輕微，由于新車型（C3）的投產，新車型長度較原有車型長500mm，導致相鄰兩車在電泳槽中間距減小500mm，使得C3車型機蓋條紋寬度增加至10～15cm，且條紋觸感較嚴重，如圖1所示。其條紋的產生率為100%，電泳條紋外觀與基材腐蝕后進行電泳產生的缺陷類似。為消除該缺陷，將對產生條紋的機蓋進行打磨，通常會打磨至鈑金，人工工時增加1min，單車打磨砂紙用量增加1.5～2張。

條紋產生真因排查

1.環境因素

由于產生的機蓋條紋外觀與機蓋腐蝕后的缺陷相似，因此首先對機蓋電泳前是否產生腐蝕進行排查。排查結果發現，機蓋入電泳槽前鋯化膜完整，無腐蝕現象發生。因此車間環境并未提前造成機蓋腐蝕，確定與條紋產生無關。

2.槽液參數

電泳槽液pH值過低會造成電泳漆面形成針孔[1]，因此對電泳槽液中H+離子的濃度進行排查和調整，即對槽液中和當量（MEQ）進行排查和調整，結果如圖2所示。2022年1月開始到2022年8月，MEQ值都接近于上限位置（要求25±3），此時機蓋條紋嚴重；在2022年9月降低槽液MEQ值后，機蓋條紋嚴重度降低，但此時的條紋仍然存在。綜上所述可得出結論，降低電泳槽液的MEQ值可以減弱機蓋條紋的嚴重度，但無法完全消除機蓋條紋。

3.過車節距驗證

本次問題C1、C2車型一直存在，但由于新車型C3長度增加，使得條紋寬度和嚴重度均增加。因此模擬增加相鄰兩車間距（中間空位），驗證機蓋條紋是前車尾部電場影響后側機蓋造成（相鄰兩車間距過短，使后車機蓋受前車尾部電場影響）。結果發現，相鄰兩車中間空位，C1、C2、C3三種車型機蓋均無條紋產生；連續過車時條紋再次出現。綜上所述，相鄰兩車間距過短，使得前車尾部電場影響后車機蓋，這是造成電泳條紋的根本原因。

4.原因判斷總結

根據造成電泳條紋的根本原因判斷，是因為在電泳槽中，車身為負極，帶負電荷，電泳過程中，正電荷向后車機蓋處聚集，發生陽極化現象[2]。本次問題產生于C3車型車身加長，導致相鄰兩車間距縮短，后車機蓋聚集的正電荷數量增多，最終導致陽極化現象加重。根據陰、陽極簡化方程式[3]可知：

陰極反應

2H2O+2e－→2OH－+H2↑

RNH+（水溶性）+OH－→RN↓（不溶于水）+H2O

陽極反應

2H2O→4H++4e－+O2↑

4CH3COO－-4e－+2H2O→4CH3COOH+O2↑

當陽極化現象發生時，后車機蓋形成假陽極，如圖3所示，發生陽極反應，表面產生H+；隨著相鄰兩車間距縮短，前車電場尾部電場對后車機蓋影響的加劇，其表面產生的H+增多，對薄膜和基材產生腐蝕，延電場線方向產生條紋，嚴重時破壞薄膜，并且電泳后產生針孔。

解決措施

1.降低電泳槽液MEQ值

根據上述分析，保持較低的MEQ值可減輕機蓋條紋的嚴重度，因此將電泳槽MEQ值維持在23～24，pH值維持在6.05～6.2。

2.調整通電程序

（1）保持相鄰兩車之前斷開三組陽極管" 公司電泳槽采用IGBT整流源設備，可對單獨陽極管電流/電壓參數以及導通時間進行控制，側部陽極共49組，底部陽極10組。根據上述分析，機蓋電泳條紋的形成根本原因是相鄰兩車間距過短，前車電場導致后車機蓋陽極化，因此通過對前車電場的調整，將機蓋條紋消除。

參數調整如下：

1）后車機蓋接觸電泳槽液時1～12組陽極管斷開。

2）整個電泳過程中始終保持前車背門至后車機蓋之間3根陽極管斷開。

通過上述調整，三種車型機蓋條紋全部消失，但C2、C3車型尾門處出現電場紋（見圖4），面漆/清漆后尾門會出現印記；且機蓋電泳膜厚偏高，尾門電泳膜厚偏低。

（2）縮短相鄰兩組陽極斷開時間，降低低壓段電壓" 尾門電場紋出現是因為持續斷開兩車之間三組陽極，使得電場紋兩側膜厚差異較大，并且當前機蓋沉積一定的電泳涂層后，其電阻增加，陽極化現象減弱。因此計劃兩車之間三組陽極只在低壓段保持斷開，同時降低低壓段電流/電壓參數。

參數調整如下：

1）后車機蓋接觸電泳槽時1～12組陽極管斷開。

2）12～18組陽極管，相鄰兩車間陽極管持續斷開3組。

3）1～15組陽極管電壓/電流參數由60V/10A降低至35V/5A。

通過上述調整后所有車型機蓋條紋消失，尾門電場紋消失，機蓋與尾門膜厚差異消失。

結語

本次電泳條紋通過對前處理、電泳的排查，確定真因為相鄰兩車間距過短，前車電場導致后車陽極化嚴重，從而產生條紋。最終采用控制電泳槽MEQ值（2～24）以及pH值（6.05～6.2）減弱條紋嚴重度，調整低壓段陽極管通電/斷開時間以達到減弱前車電場對后車影響的目的，最終使機蓋電泳條紋的發生率降低至零。根據部分主機廠通過減小節距提升產能方法，最終造成機蓋條紋的產生，可參考在低壓段關閉前車尾部陽極，在后車機蓋初步成膜后再進行全車通電的方法來消除電泳條紋。

參考文獻

[1] 劉薇薇.現代電泳涂裝百科全書[M].上海：復旦大學出版社，2016.

[2] 李梁，王磊，徐盛.汽車發動機蓋電泳條紋分析與解決[J].電鍍與涂飾，2020，39（14）：939-942.

[3] 王錫春.涂裝車間設計手冊[M].2版.北京：化學工藝出版社，2013.