电泳工艺过程

涂膜生成

为了生成电泳涂膜，涂装工件要接地后浸入带相反极性的槽液中。树脂和颜料迁移（电泳）到工件上成膜，然后用水洗将多余的材料洗去，最后在固化炉中将涂膜固化。

在图3-2中表示了在电泳槽中所发生的沉积成膜过程。槽中有带正电的阳极和带负电的阴极。

导电溶液的电解分解导致了带电粒子的移动，负电粒子向阳极移动，正电阳离子向阴极移动（电泳）。

带电的涂料粒子从溶液中沉淀后粘附在金属基材上（电沉积）。随着沉积膜增厚，涂装表面上相应的电阻就会升高。随着电阻的升高，工件逐渐变成绝缘体，这时侯就停止继续成膜

随着油漆粒子的沉积和表面的移动停止，分散介质将向相反方向运动，造成溶剂损失和漆膜的变硬（电内渗现象）。

穿透法拉第笼凹陷区的能力是电沉积中独特的方面。就象在静电喷涂中那样，涂层最初从电阻最小的部分开始向大部分可以接近的表面涂装，先涂外表面，然后移向内表面。由于穿透一个法拉第凹陷区后电场降低，电力线就自然地向最近的接地点处弯曲。在电泳中，围绕着法拉第区的电场强度随着涂膜的变厚和绝缘化而降低。这样就使进入法拉第凹陷区的电流增加，使漆膜向凹陷区更深的区域沉积。电沉积方法可使涂层穿透深的凹陷区的能力使涂层的防腐性能极好。电沉积涂料穿透法拉第区域的能力被称为电泳力。各种涂料的电泳力用一种电泳箱来测定，单位是英寸。

电泳工艺过程

1. 加电压V=IR

2. 水在电极上电解分解

3. 涂料粒子向带正负电荷的电极移动（电泳）

4. 涂料粒沉淀（电沉积）

5. 涂料粒子紧密地包裹（电内渗）

6. 工件上沉积涂料后变成绝缘体

7. 沉积变缓并停止沉积

表3-1，电极反应

阳极电沉积

带有正电荷的物质会被带有负电荷的物质所吸引，应用这个原理，带有电荷的粒子就可以在液体中运动。在电沉积中，由于溶液的化学性质使油漆带了电。阳树脂带上了负电荷。由聚合物的类型、粒子大小、酸基的数目和稳定计的含量等产生的平衡决定了溶液的电性质。

电沉积成膜过程是一系列电化学反应的结果，通过水的电解使沉积电极周围的化学环境发生改变，造成树脂的溶解度降低后在所浸渍的工件上凝结成膜

阳极电泳工艺中需要用超滤法来控制电泳槽的pH。在超滤中将在电沉积工艺中所产生的过量的酸去除掉。过量的酸留在电泳槽中会使pH升高。典型的阳极电泳系统都使用超滤来控制pH。

这样就是使阳极电泳系统增加了pH控制设备。在过去应用超滤技术时，许多槽液会变得不稳定时就必须用新的槽液来换槽。

图3-2，阳极电沉积中的电极反应

图3-3，阳极系统的渗析池

下面表示了阳极电泳系统中的化学反应步骤：

1． pCOOH+R₃ NH₂OpCOO^-+R₃NH^-+H₂O (溶解步骤)

2．2H₂Oà 4H⁺+O₂ á+4e^-

3．pCOO^-(可溶性)+H^-àpCOOH(不可溶)(沉积步骤)

在最后一步反应中，水电解中的产生的氢离子与阳树脂结合而成为原来的不可溶形式，然后在工件表面上凝结成涂膜。

从另一方面来看，阳极电泳方法也是金属工件的电化学溶解过程。溶解后的金属离子通常也会包括在涂膜中，这会造成防腐力的降低，在固化时会使表面产生红锈。

在涂装工业的历史中，由于电泳法的种种优点，所以这个缺点被容忍了。在七十年代出现了阴极电泳系统后，它就不再有这种着色沾污的缺点了。

阴极电泳

阴极电泳槽的电化学原理和阳极电泳法相同，但电极功能则相反。电沉积在相反极性的电极上发生。所发生的反应步骤相同，阴极电泳中的化学反应步骤为：

1．pR₂N＋RCOOHà H2OpR₂NH^- ＋RCOO^-＋H₂O（溶解步骤〕

2．2H₂O＋2E^-à H₂á＋2OH^-（阴极反应〕

3．pR₂NH^＋（可溶性〕＋OH^-à pR₂N（不可溶〕＋H₂O〔沉积步骤）

在阳极电泳系统中将工件作阳极，而在阴极系统中将工件作阴极

在阴极上发生了关键的反应，在最后一步反应中，由水电解所生成的OH^- 夺取了可溶性阳树脂中的H^＋，使树脂凝结而在阴极上沉积成膜。

阴极电泳工艺的一个主要优点是槽液中只有极少量的从工件溶解下来的金属离子。由于清除了着色的缺陷，所以较早期的期望是在电泳工艺中可以使用较泄的颜色来涂装了。但是由于在固化中仍有发黄的趋势，所以早期的阴极电泳仍限于涂装较深的颜色。

这些早期的阴极系统中的涂料是环氧类树脂和芳香烃交联剂。现在已有了许多不同类型的交联剂和为了使电沉积涂膜获得特殊性质的混合交联剂

最新的阴极电泳涂料是环氧改良型的丙烯酸涂料，它们的物理性能有了较大提高，并且固化中发黄的趋势减少。

这些改良的技术使得电泳涂装中可以使用更多的颜色，包括以前曾有问题的淡颜色。阴极电泳膜的光泽和色牢度好，而且耐洗涤性好，色斑少，金属在电泳槽中的溶解量小，另外它的膜厚也比阳极厚。它的膜厚范围在0.5-1.5密尔，阳极电泳膜的膜厚为0.5-1.2密尔。尽管当前阳极电泳法仍在使用，它的这些主要的优点使得工业上更愿意采用阴极电泳法。