阴极电泳涂装设备的改进及工艺维护

阴极电泳涂装设备的改进及工艺维护
阴极电泳涂装具有很多优点，如涂膜均匀、密着性强，可简化或取消常规电镀流程，降低生产成本、缩短作业时间，提高生产率，并可实现自动化大生产；泳透力好，涂膜的耐腐蚀性好；涂层色彩鲜艳，采用不同的颜料及配比，可以得到各种颜色的涂层；涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性及延展性；采用闭路循环超滤装置及超滤液净化器，涂料的使用率可达98％以上；尤其是漆液中不含有毒及重金属离子，排放水几乎不需处理，有利于环境保护，是低公害涂装最新方法之一。

    鉴于以上优点，阴极电泳涂装在国内外金属表面处理领域中得到迅速发展，国内中小型手动式阴极电泳漆生产线不断上马。然而，有些厂家由于缺乏技术管理经验，不能形成连续、大批量、稳定的生产。笔者总结了从业近6年来的工作经验，供读者参考。

    2 设备

    2.1 挂具

    目前，手动式阴极电泳漆生产线加工的产品主要为渔具、自行车、摩托车和各种日用小五金配件等，产品特点为：工件数量大、表面积小。实践表明，在电泳涂装过程中，挂具设计和制造至关重要，直接影响生产效率。电泳涂装挂具在设计、制造及使用时应注意以下几点。

    2.1.1 挂具与工件的电接触

    挂具经电泳涂漆处理，其挂钩因覆盖电泳漆而绝缘。阴极电泳工艺使用高电压、低电流。实践表明，工件与挂钩之间只要有“针尖”大小的接触点就能满足导电的要求。目前有些厂家直接把工件悬挂在挂具上，生产时工件来回晃动易碰撞，而且每次电泳后需进行挂具退漆处理，成本增加，生产效率不高，研究确定挂钩部分采用弹簧钢丝制造，挂钩的形状根据产品类型灵活选择，一股采用三点或四点接触形式，挂钩的尖部在下料时最好保持45°斜角，挂件时把工件来回转动一下，使挂钩尖部的电泳漆层被划破，这样就能避免挂具退漆处理，保证工件充分导电，降低了成本，提高了生产效率。

    2.l.2 挂钩的固定

    目前，有些厂家采用铜焊或锡焊的方式组装挂具，存在以下缺陷：①铜的熔点为1083℃，采用铜焊时，弹簧挂钩退火，失去了弹性，不能满足生产要求；②阴极电泳漆的烘干温度一般都在160℃以上，锡加热至160℃即变成脆锡，很容易粉碎，采用锡焊接的挂具，工作一段时间后，挂钩就会脱落。

    我厂采用机械装配的方法组装挂具，连续使用3年多，无一损坏，降低了生产成本，提高了生产效率。

    2.l.3 挂具的清洗

    对于形状复杂及有盲孔的工件，为使盲孔内的溶液空净回收，挂具上下都设有提手，正反两次清洗，不但能彻底洗净工件，而且能除去粘附在漆膜表面的浮漆，杜绝漆膜出现花脸现象。

    2.2 超滤装置

    2.2.l 原理与组成

    超滤是一种压力驱动的膜分离过程，采用特定的多孔隔膜分离方法。在施加压力下，有机溶剂、水、无机离子等及分子质量相对低的溶质透过超滤膜，而槽液中悬浮的颜料和高分子树脂无法透过超滤膜，全部流回电泳槽中。
超滤装置一般由预滤器、超滤器、磁力驱动泵和清洗贮液槽组成。

    2.2.2 作用

    超滤装置是电泳涂装的主要设备之一，它的性能及使用直接影响电泳涂装质量及生产成本，其作用如下：

    ①稳定槽液，提高漆膜质量

    杂质离子的存在对漆液的电沉积特性、稳定性及漆膜质量产生极坏的影响，但在连续生产中，漆液不可避免地要带入
杂质离子。因此，必须严格控制其含量在一定的范围之内。电泳槽液中的杂质离子、有机溶剂、小分子树脂等可以通过超滤液的排放来控制，从而保证生产稳定连续地进行。

    ②回收电泳涂料，节约大量冲洗水

    使用超滤装置，实现电泳后的“封闭回路”水洗方式，利用超滤液充分洗涤除去粘附在被涂物上的电泳涂料，再配合使用超滤液净化器，涂料回收利用率可达98％以上，节约电泳涂料，减少污水处理量及费用，有利于环境保护。而不使用超滤装置，其电泳涂料使用效率仅为70％～80%。

    2.2.3 超滤装置设计、制造、使用的注意事项

    ①分别设计超滤系统、循环系统和反冲洗系统，并且3个系统都应能独立*作，这样可以形成连续化的大生产。

    ②管道制造必须封严，完全杜绝渗漏的不良现象。

    ③严格按照使用说明书*作，避免超滤膜压力过大而破裂、失效，或反冲洗时因反冲洗液浓度太高而损坏超滤膜，停用时要及时作系统灭菌处理。

    2.2.4 使用现状

    目前，有些中小型厂家考虑到设备的投资费用，在生产中省去了超滤装置，刚开始时还能维持生产，但随着杂质离子在溶液中的积累，电泳漆液的稳定性遭到破坏，造成各种漆膜弊病，漆液不能继续使用，不得不报废，既影响生产又造成极大浪费。

    笔者曾经走访了几个厂家，均发现他们存在以上问题。我们根据各厂家的实际情况对阴极电泳漆生产线作了整改，效果显著，提高了电泳涂漆质量，降低了生产成本，一套超滤装置的设备费用不到半年时间就收回，得到厂家的一致认可和好评。

2.3 烘干设备

    烘干设备是电泳涂装工艺中主要设备之一，它的好坏直接影响涂膜的外观和各项性能。燃油或燃气烘干设备的能耗较低，但是设备投资费用大，故中小型厂家很少采用，多用电加热烘干设备。电加热烘干设备在设计、制造及使用时应注意以下4个问题：

    ①为使烘干室内温度均匀，确保涂层质量，最好采用对流式烘干设备，以提高热传导的效果。

    ②由于漆膜在烘烤过程中易产生氯化氢、二氧化硫、二氧化碳、三氯乙烯、水蒸气和助溶剂等废气，与漆膜表面瞬间
接触时，起催化剂的作用，促进涂膜表面硬化，随后涂膜内部出现收缩现象，由此产生针孔或外观不良等缺陷。这些废
气也可能在烘干室出入口上方冷凝，滴落在被涂物上造成漆膜缺陷。因此在设计时，应在烘干设备顶部设置废气排放管、蝶阀及止间阀或者设计成自拔风筒的形式，随时把烘干过程中产生的废气排出烘干室外。

  ③在出入工件时为减少热量损失，烘干设备可设计为两面开门敞开式，炉内及炉外应当铺设导轨，配备两辆烘干小车交替使用，小车的底部应铺设钻有许多孔的钢板，防止烘干时工件掉人烘干室内不易取出。加热元件应采用电加热管，不宜采用电阻丝，电加热管应铺设在烘箱的底部及两侧壁上，以使炉内温度均匀。

    ④为防止烘箱内壁铁锈和室外灰尘进人烘箱污染漆膜，建议烘箱内壁采用不锈钢板。为保证漆膜的烘干质量，采用热电偶测量温度时，热电偶应当设在工件的位置，必要时直接用温度计测量。

    2.4 电泳涂装电源

    电泳涂装电源是电泳涂装工艺中主要设备之一，它的特点是高电压低电流，电源选择是否恰当直接决定涂膜的性能及生产的连续性。

    目前绝大多数中小型阴极电泳漆生产厂家，用手动式硅整流器作为电泳涂装的电源，存在以下缺点：

    ①手动式调压，无软起动装置，由于工件通电时冲击电流大，易出现漆膜外观粗糙、桔皮筹疵病。

    ②稳定精度小，纹波系数大，波形波动大，漆膜易出现花纹及不均匀等疵病。

    ③不能自动完成设定的各种电泳工艺曲线，质量不稳定。

    ④保护功能不全，易损坏保险丝、二极管和碳刷等，不能形成大批量的连续生产。

    针对以上不足，我厂选用了KZYF系列可控硅风冷式整流设备，连续生产2年多，元件无一损坏，提高了生产效率，降低了生产成本。该设备具有以下特点：

    ①具有0～180s任意设定软起动功能，杜绝了因冲击电流大而造成漆膜外观粗糙等疵病。

    ②采用微机数字触发控制技术，不需转换即可实现对负载的恒压、恒流自动控制，稳压精度为±3％，纹波系数＜5％，漆膜产生孔隙的几率小，质量好。

    ③采用专用晶闸管多功能控制器，能自动完成设定的各种电泳工艺曲线，质量稳定，可以满足连续大生产要求。

    ④该设备保护功能齐全，设短路、缺相、超温、过流、过压和过载等保护功能，并且节省电，成本低。

2.5 循环装置

    2.5.l 组成

    为确保得到优良的电泳涂膜外观质量，维护槽液的稳定性，电泳槽液自配槽后应连续循环搅拌。循环装置是由循环搅
拌、过滤和热交换装置组成的一个封闭式回路。

    2.5.2 作用

    ①保持槽液各成分混合均匀，防止颜料沉淀至槽底，从而降低槽液固体成份。

    ②防止颜料沉降到工件上，影响其表面质量。

    ③经过滤器除去槽液中杂质颗粒及沉淀凝聚的涂料粒子和油污。

    ④保持槽液温度均匀、恒定。

    ⑤排除电泳过程中产生的气泡，保证漆膜具有良好的外观。

电泳涂装设备还包括化验设备、电泳槽、水洗槽、除油槽和纯水机等辅助设备，在此不一一详细说明。

    2.6 工艺维护

    为确保电泳涂装正常进行和获得稳定的涂层质量，必须严格工艺管理。

    2.6.1 助溶剂含量的测试

    助溶剂可改善树脂的水溶性及漆膜的外观，同时可以调节漆液的粘度，提高漆液的稳定性。助溶剂含量必须适宜，含量过高，漆膜过厚，泳透力和破坏电压下降，再溶现象严重；含量过低，槽液的稳定性差，漆膜干瘪。

    由于气相色谱仪等检测设备价格较高，中小型厂家均无此配备，故一般都不化验助溶剂含量，只凭经验加入，助溶剂的含量很难控制在一定的工艺范围之内，产品质量不稳定。笔者经过大量的试验总结出了一种测定助溶剂含量的方法，已应用于生产。

2.6.1.1 试样

    20mm×60mm的不锈钢板3个。

    2.6.1.2 漆膜的制备

    取样板一个，采用改性环氧型阴极电泳漆，在槽液温度为23℃，工件电压为150V，时间为l.5min下电泳涂膜，由于助溶剂具有挥发性，故样板经电泳清洗后立即测试。

    2.6.1.3 分析方法

    用右手大拇指与食指稍用力捏电泳漆膜，当有粘感，并且捏后留有手纹，用手擦不掉，此时助溶剂在工艺范围之内；当有手纹，且有拉丝现象并且手指粘有少量漆膜，此时说明助溶剂含量偏高；当无粘感，并且捏后无手纹时，说明溶剂含量过低。

    2.6.2 极板的刷洗

    由于中小型厂家一般都无阳极隔膜装置，故在阴极电泳过程中，阳极区不断地产生有机酸与其它杂质的反应产物，沉积在阳极板上，形成黄色的有害物质，影响电沉积性能及产品质量，应及时把极板刷洗干净。有些厂家直接用布蘸取硫酸或甲酸等擦洗极板，此法不但危害工人身体健康，而且残余的酸液易带人槽液从而影响槽液的稳定性。建议采用布蘸取助溶剂刷洗极板，此法不但易于洗净极板表面的黄色有害物质，减少对工人身体的危害，而且不影响槽液的稳定性。

    2.6.3 水洗

    水洗主要包括前处理水洗与后处理水洗。

    前处理各阶段水洗的好坏将对整个前处理及漆膜的质量产生严重影响。除油与酸中和后，水洗要彻底，防止酸、碱残

液带入电泳槽液中与之发生反应凝聚成颗粒附着在漆膜表面，影响漆膜的外观质量，建议采用超声波清洗，前处理的最后3次水洗必须采用去离子水，以防止自来水中的杂质离子带入槽液中，影响槽液的电沉积特性、稳定性及漆膜的性能。最后一次去离子水洗的电导率应控制在≤20μs/cm，电泳槽液所用去离子水的电导率应控制在≤5μs/cm，去离子水更换时应采用倒槽的方法。后处理水洗的目的是除去工件在电泳涂漆过程中粘附在沉积漆膜表面的浮漆，以防止电沉积漆膜出现“花脸”、粘附漆液造成电泳漆膜再溶等疵病。为把漆膜表面上的浮漆彻底洗净，采用正反2次清洗，可在空中停留20～30s，让浮漆自动胀破。由于水的酸碱度及硬度都会直接影响漆膜质量，因此电泳后最后一道水洗必须采用去离子水洗，或在自来水中加入0.5％～3.0%的表面活性剂，对改善电沉积漆膜外观，增加光洁度，克服“水痕”等均有益。在水洗过程中，不允许互相碰撞，因为此时漆膜很软且带有粘性，极易损伤表面。

2.6.4 锌合金压铸件电泳涂装技术

    锌合金压铸使形状复杂的零件一次成型，具有生产效率高、价格低廉、加工精度高的特点。锌合金压铸件重量轻、有
一定的强度及表面光亮度，广泛应用于日用五金、轻工、家电、机械、电子、汽车工业和工艺品制造中。但在加工过程中，锌合金压铸件电镀合格率低，电镀成本高，从而限制了它的使用。作者根据生产实践，对锌合金压铸件经适当前处理后直接进行电泳涂装处理，大大提高了产品合格率，降低了成本，又克服了材料本身的缺陷．已在生产中推广应用。

    2.6.4.l 工艺流程

    锌合金压铸件→沙滚光→水洗→上挂→自来水清洗（2道）→活化→自来水洗（2道）→纯水洗（3道）→电泳→水洗→
烘干

    2.6.4.l.l 沙滚光

    采用海沙或河沙滚光，除去毛坯表面毛刺、分模线、飞边和油污等缺陷。采用六角形清理滚筒，转速控制在20～
60r/min，应先装满工件，然后再装入海沙，用自来水冲入，再加入适量的OP乳液及磷酸三钠，滚光的时间控制在30～50min。

    2.6.4.1.2活化

    活化的目的是除去制件表面所形成的极薄氧化膜，使之显露出金相组织从而提高基体与涂层的结合力，笔者经过大量的试验，最后确定了以下配方：

    氢氟酸（AR级） 3～5ml/L

    浓硫酸（浓度为98%，CP级） 8～10ml/L

    t 5～20s

    T 室温

    活化液最好采用去离子水配制，活化时间以工件表面有均匀小气泡冒出，并呈现轻微变色为最佳状态，此时应立即出槽，清洗干净后转入下道工序。

2.6.4.2 不良锌合金压铸件电泳漆层退除工艺

    浓硫酸（工业级） 100%

    T 室温

    搅拌 压缩空气搅拌（空气中应无水）

    t 2～10min

    注意：入槽前工件表面应干燥无水

    实践表明，在槽液电导率较高时，可选择低电压，同时减少电泳时间，降低槽液温度，防止电泳漆膜既粗又厚，产生
针孔，桔皮等不良现象。电导率较低时，可选择高电压，延长电泳时间，提高槽液温度，从而提高电泳漆层的厚度、分散能力和亮度等。

    2.7 小结

    虽然阴极电泳涂装在工业生产中的应用仅有20多年历史，但是由于它自身的特点，不仅在金属表面处理的防腐、装饰方面得到广泛应用，而且在功能性电泳涂装及环境保护方面发挥着重要作用。随着中国加入WTO及电泳涂装工作者的不断努力，它将会显出更旺盛的生命力。