本文作者：孙颖，叶超，张正兵，曹裕平
近年来，随着我国汽车行业的高速发展，人们对汽车品质的要求也越来越高，其中汽车的防腐性能更是关注的重点。汽车涂装的主要目的是保护、装饰和特殊功能，其中优良的电泳漆膜不仅能为中涂、面漆提供合格的底材条件，更能增强车身的防腐性能，延长汽车的使用寿命，提高其商品价值。阴极电泳涂装采用阳离子型树脂涂料，将导电性的被涂物作为阴极置于电泳槽液中，并在槽体相对应的位置设置阳极，在两极间通电，被涂物表面会沉积一层均匀的电泳涂膜。阴极电泳涂装工艺容易受工艺条件和各种不良因素影响，从而发生各种漆膜质量缺陷，其中电泳缩孔是最“头疼”的问题之一。缩孔通常是连续性产生，需要长时间排查各个可能存在的变化点，很难在短时间内彻底解决，会形成批量的质量问题。本文以某涂装车间2020年初生产过程中出现批量小缩孔为例，分享具体的排查过程、缩孔的改善及后期的槽液维护保养。
1、 现状
1.1车身缩孔现状及产生原理
受国六排放标准的实施和疫情的双重影响，某涂装厂已大半年未生产。在2020年初复工生产时，电泳车身内、外表面出现密密麻麻直径约1mm的小缩孔，且漆膜表面粗糙（如图1，其中小图放大5倍），缩孔分布呈平面比立面密集、外表比内表多的状态。对电泳小缩孔进行打磨直至消失时，发现小缩孔并未见底（如图2），打磨部位剩余电泳膜厚为4~8μm。过量打磨电泳漆膜会严重降低车身的防腐性能，导致车身有锈蚀的风险，急需尽快解决电泳缩孔的问题。
图1 电泳小缩孔
图2 打磨小缩孔后的漆膜
阴极电泳中产生缩孔的原因很多，主要原因是电泳涂膜中有异物（如，油、硅酮、颗粒等杂质）；在烘烤过程中，由于异物和电泳漆膜的表面张力梯度不一致，导致漆膜流平性能不均衡，从而产生电泳缩孔。
1.2电泳工艺流程及电泳槽液参数
某涂装车间主要生产SUV车型，前处理电泳的输送设备为电动葫芦，电泳烘房使用π式烘干房。前处理电泳工艺流程为：白车身上挂→手工预清理→洪流热水洗（喷淋）→预脱脂（浸泡）→脱脂（浸泡）→水洗1（喷淋）→水洗2（浸泡）→表调（浸泡）→磷化（浸泡）→水洗3（喷淋）→水洗4（浸泡）→纯水洗1（浸泡）→磷化膜检查及纯水喷淋→电泳→UF1（超滤液喷淋）→UF2（超滤液浸泡）→纯水洗2（浸泡）→下挂沥水→电泳烘干。
涂装生产线设计节拍为20JPH（每小时工作量），其电泳槽液工艺参数控制范围见表1。
表1 电泳槽液工艺参数
2、缩孔产生根源排查
2.1原因推测
根据整车电泳小缩孔的数量、状态、分布情况，初步推测可能是因电泳烘房长期未使用和未保洁而被污染。同时根据现场状态及个人经验判断，可能还存在如下污染源或影响因素，需逐一排查验证：
（1）电泳槽液主要参数不合格；
（2）车身板材油污重导致脱脂不完全；
（3）前处理脱脂液除油不良，车身残留油污；
（4）表调不良、磷化孔隙率大导致电泳缩孔；
（5）电泳电压高漆膜被击穿形成缩孔；
（6）电泳槽液老化或被污染，如长菌等因素导致产生缩孔；
（7）电泳漆膜再溶解量超标形成缩孔；
（8）UF1槽表面漂浮物附着导致缩孔。
2.2过程排查与验证
根据当天生产前、后的电泳槽液检测化验结果看（表2），除pH外，其他都符合工艺参数的要求。
表2 电泳槽液工艺参数
2.2.2验证电泳烘房是否被污染
随车挂板经前处理电泳后，在电泳下挂沥水工位取下，在化验室的烤箱内烘干。同时对3台电泳湿膜车身使用锡箔纸，一台包裹右A柱，一台包裹左叶子板，一台包裹右前门外板，经电泳烘房烘干后观察车身被锡箔纸包裹的部位，电泳漆膜上仍存在大量缩孔，与车身未包裹的部位的数量、形态基本一致，且与化验室烘烤的随车电泳试板表面缩孔状态基本一致。
试验结果表明电泳烘房不是产生小缩孔的根源。
2.2.3验证是否由车身板材油污重导致
焊装在交车前对整车外表面进行重点擦净作业，同时涂装在手工预清理工位对3台白车身的机盖、左右叶子板使用400#砂纸重点打磨，打磨完后再用脱脂液进行擦净，随后进入前处理和电泳生产线。车身经电泳烘干后，机盖和左右叶子板的缩孔跟未打磨处理的车身上的缩孔数量、状态均一致。
试验结果表明电泳小缩孔不是车身板材油污重导致。
2.2.4验证是否由脱脂不良导致
取12块冷轧板试板，先用脱脂液浸泡洗净，再经纯水冲洗干净后，立即用无水乙醇进行擦净，确保每一块试板无任何油污。12块试板均随车挂板经前处理电泳后，在电泳下挂沥水工位取下6块送化验室烤箱烘干，剩余6块随车进烘房烘干。结果随车烘干的试板和化验室烘干的试板均出现了缩孔，且状态一致。
试验结果表明电泳小缩孔与前处理脱脂液的性能无关。
2.2.5验证是否由表调、磷化不良导致
由于产量低，表调已数月未更换，因此在复工后不久重新调配表调槽液。在磷化膜检查及纯水喷淋工位，使用600#砂纸对磷化后的机盖中间部位进行打磨，将磷化膜打磨直至完全露铁，再用纯水冲洗干净，随后进行电泳和烘干。结果机盖打磨部位依然存在大量小缩孔，和未打磨的机盖的缩孔数量、状态均一致。
试验结果表明电泳小缩孔与表调、磷化状态无关。
2.2.6验证是否由电泳电压高导致
由于电泳槽液的pH已经严重低于工艺范围的下限，且槽液也存在老化的现象，电泳槽液的击穿电压下降。通过分别降低一、二段的电压30V，用生产的最后一台验证，结果烘干后整车的电泳小缩孔数量、状态与其他车身均一致。
试验结果表明电泳小缩孔与一、二段电压无关。
2.2.7验证是否由电泳槽液老化、被污染导致
观察阳极液循环系统，发现部分转子流量计内部有丝絮状物质，阳极水箱的浮球上有类似菌落状的不明物体，且阳极液的pH偏下限，推断阳极液已经长菌。结合电泳漆供应商化验室的检测报告显示，电泳槽液老化严重，细菌等级为3.0，pH为4.9，酸助剂含量为0，电导率、溶剂含量均严重低于工艺下限，且通过做L型试板，试板上有少量缩孔和大量颗粒，试板漆膜粗糙且膜厚不达标。
检测报告表明电泳小缩孔与电泳槽液老化、被污染有关。
2.2.8验证是否由再溶解超标导致
在磷化膜检查及纯水喷淋工位随车挂6块试板（试板脱脂除油、纯水洗净、酒精擦干），其中3块在电泳出槽后取下，用纯水冲洗干净，剩余3块随车进行UF槽喷淋、浸泡冲洗以及纯水洗，然后在电泳下挂沥水工位，再将取下的3块试板挂回原来的位置随车进烘房烘干。经检测，6块试板的电泳膜厚均无差异。
试验结果表明电泳小缩孔与UF槽液的漆膜再溶解量无关。
2.2.9验证是否由UF1槽液表面漂浮物导致
在未生产时，由于超滤液的大循环一直处于开启循环状态，在UF1槽液的表面会漂浮一些黄色的物质（如图3）。
图3 UF1槽液表面漂浮物
经取样送电泳漆供应商化验室检测后，判断该漂浮物为细菌的排泄物。经生产前取样，然后将其涂抹在随车试板上，经电泳烘干后，试板上的电泳缩孔略微变大，无缩孔区域的漆膜变粗糙。
但在实际生产过程中，由于UF1为喷淋冲洗，且UF1槽液由槽体底部抽出经过滤器后喷淋至车身，漂浮物基本不直接接触车身。所以试验结果只能证明电泳小缩孔与UF1槽液表面的漂浮物存在间接关联。
综上所述，电泳小缩孔产生的根源与电泳槽液老化、长菌有关，与UF1槽液表面的黄色漂浮物有间接关联。
2.3根源确认验证
为进一步验证电泳小缩孔产生的根源在电泳槽液，通过交叉挂板对比试验，即某涂装厂一期的磷化板在二期电泳线进行电泳，二期的硅烷板在一期电泳线电泳，试板均在化验室烤箱内烘干。结果显示二期电泳的试板无缩孔，一期电泳的试板有缩孔，即确认电泳小缩孔产生的根源在电泳槽液。
3、缩孔解决措施
根据实车及挂板验证，结合电泳漆供应商的槽液样品化验报告，确定电泳小缩孔是因电泳槽液老化、长菌导致。为此，根据生产计划制定以下解决措施。
（1）对电泳槽进行倒槽后，用纯水冲洗槽壁、阳极管膜，清除槽底沉积的电泳漆。
（2）电泳槽液倒回电泳槽后，添加新的电泳树脂至固体分偏工艺上限。
（3）先排净阳极液，再重新调配阳极液，然后添加杀菌剂循环2d后排尽，加纯水循环至生产前一天排净，再重新调配阳极液。
（4）电泳槽液及超滤循环系统添加杀菌剂循环，每天更换一次除油过滤袋。
（5）添加2桶电泳溶剂，预计能达到工艺范围的下限（电泳槽为120m3）。
至此完成以上措施后，车间安排了几次生产，结果电泳车身的小缩孔数量有所减少，但未完全解决。随即再次取样送至电泳漆供应商化验室进行检测，结果显示电泳槽液和UF1已无细菌（如图4细菌测试棒两面的检测结果所示）。
图4 细菌测试结果
但溶剂含量、电导率、pH及部分酸助剂含量仍低于工艺要求的下限，MEQ值高于工艺要求的上限。与电泳漆供应商协商决定，向电泳槽液中添加2桶抗缩孔助剂和1桶溶剂。药剂添加完后第2d车间安排生产，结果电泳车身的小缩孔数量明显减少。
一个星期后，再次生产的电泳车身外表面已无小缩孔，内表面仅有少量浅盘型的缩孔。之后在每次生产的前两天向电泳槽液中添加1桶溶剂，经过2次生产后，车身内外表面的小缩孔彻底消失，电泳漆膜粗糙度明显下降（如图5所示）
图5 无缩孔的漆膜外观
4、 延缓槽液老化的措施
虽然电泳漆膜的小缩孔已经得到解决，但电泳槽液的多项参数指标仍不满足工艺要求，且电泳膜厚<18μm。由于生产量少，为防止槽液参数继续恶化和膜厚下降，延缓电泳槽液老化的速度，除正常的维护保养外，要求车间执行以下措施。
（1）非生产时间将电泳槽液温度降至25~28℃。
（2）UF大循环开启时，每天排放1~2t超滤液，防止pH继续下降。
（3）每次生产前补加1桶溶剂，维持槽液溶剂含量，提升膜厚和改善漆膜外观。
（4）UF大循环在生产结束后循环2d，将UF槽液排尽，倒入新超滤液循环；若预计后续1周以上不生产，关闭UF与电泳槽的循环，每天白晚班定时循环1~2h即可。
（5）电泳倒槽后暂不添加新的电泳树脂，在生产的前两天再一次性补加，提高槽液的更新率。
（6）定期检查电泳槽液、UF槽液、阳极水箱是否长菌。
（7）每次生产结束后将阳极液排空，加纯水循环，在生产的前一天重新配置新的阳极液。
（8）按照材料供应商检测报告的建议，购买相关助剂并按要求进行添加，维护槽液的稳定。
5、 结语
在近3个月的时间里，通过电泳倒槽、补充电泳树脂和溶剂、杀菌、添加抗缩孔剂等手段，电泳缩孔问题得到彻底解决，且在后续生产中未再出现。虽然槽液的部分工艺参数仍不合格，但大大减轻了打磨员工的工作强度和提升了产品的防腐性能。
目前还没有完全不老化的阴极电泳漆，只能通过一些适当的手段及措施延缓槽液老化的速度。对于已经老化的槽液，目前还没有特殊药剂快速恢复槽液的性能，只能通过槽液的更新来改善。以上延缓槽液老化的方法，对长期不生产或生产量少、槽液老化不可避免的生产线提供了参考价值。
本文来源：2021年《涂料工业》第1期
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