张全新 北汽福田汽车股份有限公司
在以市场为导向的战略方针引领下，随着客户需求的不断升级，国家政策的日益完善，新的《报废机动车回收管理办法》正式实施，作为五大总成之一的车架，相对其他总成的回收率是最高的。车架作为卡车的脊梁，车架的防腐质量逐渐被各大商用车主机厂重视，对其防腐性能要求也越来越高。尤其在近几届《国际商用车车架技术峰会》的影响下，国外技术得到了一定程度的推广。同时结合国内环保形势的逐步加严以及双碳目标的推动与实现，本文从商用车车架行业实际出发，结合商用车车架板材形式、工艺特点及使用工况等方面，提出车架防腐的各种工艺升级路线，详细分析对比，研究分析车架主流防腐工艺的施工特点和性能差异，为商用车高质量可持续发展奠定基础，为车架防腐工艺提供参考。
1、商用车车架板材类型及发展趋势
商用车车架目前主要应用的板材为热轧板，近几年随着技术的进步和质量要求的提升逐步开始应用EPS板材作为商用车车架的板材（全称Eco Pickled Surface，用物理的方式去除钢板表面氧化皮的技术，即硬钢砂和水的混合物对钢板上下表面进行喷射处理，在打击力的作用下去除钢板表面的氧化铁皮，使钢板成为光滑、清洁的表面）。主要是随着前处理技术的进步与发展包括环保对酸洗、磷化工艺的排放控制，热轧板的应用也同时受到薄膜前处理的限制。
2、底盘（含车架）涂装防腐的现状
针对底盘（含车架）防腐，当前主流有效防腐工艺有三种：第一种是相对传统的工艺即整车装配完成后对底盘进行喷蜡。第二种是底盘喷漆工艺，即在扣装发动机、变速箱之前进行所有底盘件（含车架）的二次喷涂，主要解决零部件涂层质量不一致的问题。第三种是以车架为代表的工艺即散件电泳+喷粉，首先将车架散件及其他零部件进行电泳，总成装配完成后对车架及底盘零件喷涂粉末涂料，不仅解决车架自身的夹层生锈问题，还同时提升耐盐雾和耐老化等级。以下就三种工艺分别进行介绍：
（1）首先是喷蜡工艺的应用，该工艺相较其他工艺应用较早，商用车底盘喷蜡起初目的是解决海运问题，对装配后的整车底盘进行喷蜡，防止整车在海上运输过程中海洋大气环境的腐蚀。但喷蜡的耐盐雾性能一般仅能达到240h，短期解决底盘的锈蚀问题，理论上6-12个月即出现失效。由于海外运输周期及生产后等待批次发货等问题，客户很难体验到这一防腐的效果，一般也只能保证客户买车前不生锈，车的外观保护较好，真正给客户的价值较少。
（2）底盘喷涂这种工艺国外主要是戴姆勒奔驰的Worth工厂为代表的防腐工艺，国内主要是以青岛一汽、上汽红岩及新建的重汽莱芜工厂等采用。其中奔驰worth和青岛一汽及上汽红岩主要喷涂溶剂型双组份涂料，重汽莱芜工厂采用水性双组份面漆的形式。这种工艺目前受限于所用溶剂型油漆的排放问题，很难得到环评批复所以基本上都呈现油改水的趋势，但是均面临较高的废气治理的成本；即便是水性漆理论计算的排放满足法规要求，但受地方区域及环保政策趋严的趋势，也需要一定的治理成本，且对职业健康、对环境污染仍有一定的影响。另外从工艺路线规划、工艺质量提升的角度方面此工艺仅适合于新建工厂的整体工艺规划，因为老工厂受场地、空间、工艺流程变更、路线更改等因素限制所以后期改造的难度很大。此工艺对采购的零部件质量要求相对较低，允许有一定程度的磕碰划伤，允许耐腐蚀等级略低，甚至连关键的底材处理也不是很严格，有一定的让步和容忍度。
（3）车架及底盘零部件喷粉的工艺，目前国外普遍采用的是车架散件电泳+总成喷粉的工艺，国内如东风柳汽为总成电泳+喷粉的工艺形式。另外，底盘附件为单独电泳+喷粉的形式送到主机厂进行装配。该工艺要求底盘各零部件自身的质量与主机厂车架质量标准一致，要求每个零件都确保自身的质量符合产品标准，符合图纸要求，将问题规避，输出高质量的零件和工作成果，虽然增加一定的成本，但符合高质量的发展要求，满足消费升级的大环境需求，且车架喷粉工艺不增加任何的VOC排放，符合卓越绩效准则的企业社会责任的基本理念。这种工艺体现的是加强自身工作质量的制造文化，强调每一个零部件的质量保证，强调从源头控制问题、解决问题，体现的是严谨的工作作风，较真的工作态度，这种制造文化容易形成长效的质量控制机制。长此以往，更有利于长期的公司文化的形成，部门内部、供应商等各自做好自身的工作质量，每一个工作环节都确保高质量的完成，容不得半点疏忽。
3、粉末涂装的兴起及在车架行业的应用及发展趋势
粉末涂料和涂装技术的使用在我国已经有将近40年的发展历史了。从20世纪80年代的政策开放，国外优良的配方、领先的生产技术和先进的生产设备不断进入国门，促使粉末涂料飞速发展，从最开始每年生产产量180吨，逐步增长至170万吨，甚至超越美国。主要原因在于粉末涂料自身优异的特点，粉末涂料与传统涂料进行对比拥有以下优势：以水作为溶剂或者没有有机溶剂、100%的固体涂料；喷粉过程中掉落可回收利用、损失率在3%以下；没有液体涂料的打腻子、喷底漆、喷面漆等繁杂工序，只需采用喷涂、烘烤固化等工序，一次性成膜；上粉率高，一次性就能获得40~200μm的涂膜。因此，粉末涂料行业在中国的发展正在蓬勃向前。作为一种无污染的环保型涂料，粉末涂料正渐渐走向各行各业之中，展露风采。自21世纪以来，我国成为世界排名第一的粉末涂料生产国和使用国。中国在国际粉末涂料行业的地位已毋庸置疑。
车架粉末喷涂工艺国外主要是奔驰巴西工厂、MAN、VOLVO、SCANIA、FUSO葡萄牙工厂等，国内最早以重卡企业为代表的东风柳汽的车架总成喷粉与零部件喷粉，四川现代的纵梁喷粉以及东风商用车的纵梁喷粉，轻卡为代表的北汽福田长沙超级卡车工厂和福田重卡欧曼二厂及三厂的车架散件电泳+总成喷粉工艺。
表1：国内外标杆企业车架粉末喷涂工艺的应用情况
北汽福田车架及底盘附件的防腐工艺在质量升级和工艺路线确定方面分别做了多方面的对比与测试，新项目建设方面分别就选择喷漆工艺还是选择喷粉工艺做了大量的调研和性能对比工作，最终从项目投资、占地面积、质量提升、日常运营费用及安全环保等方面综合考虑选用了车架及底盘附件喷粉工艺。
图1为北汽福田车架及底盘附件的整体涂装工艺流程图
北汽福田针对车架及底盘件的涂装工艺升级所使用的材料进行了全面的对比分析，尤其是从三者的施工性、漆膜的物理性能和化学性能分别进行了试验对比于分析，试验样品仅为常规使用的涂料进行了测试，不代表特殊开发产品及行业整体水平。如表2
表2 三种涂料性能对比
由表2可以看出，3种防腐漆膜的机械性能和化学性能实际表现相差不大。在耐候性方面，粉末涂料的表现会更胜一筹。最重要的是粉末涂料的VOC排放量非常低，更有利于环保推广以及进行自动化、智能化喷涂的推广，因为车架及底盘件具有车型多，品类杂、形状复杂等的特点决定了喷漆工艺不能够采用机器人喷涂的特点，但是喷粉工艺可以实现自动化喷涂。
北汽福田的粉末喷涂工艺是以机往复机喷枪配合激光3D扫描识别系统相结合的方式进行自动化喷涂。是以自动化喷涂为主，人工补喷为辅的工艺形式，目前的自动化喷涂率能够达到85%以上。粉末从供粉中心传送到喷枪处，充电后粉末通过静电吸附在工件表面上，形成一层均匀的薄膜；之后，大旋风将过喷粉末从抽风中分离，粉末在粉泵的作用下被送回到供粉中心，集成在回收粉末环路中的通过粉筛过滤回收粉中的杂质，后采用过滤器沉淀粉尘颗粒，将干净的气流送回周边空气中（如图2）。
图2 喷粉原理图
北汽福田采用的粉末静电喷涂设备主要由粉末喷枪、供粉系统、供气系统和粉末回收装置等组成。粉末涂料静电喷涂的基本原理为让静电粉末喷枪与高压静电发生器相连，当喷枪电极接通高压静电后，给予喷枪端部较高电压，由喷枪端部针状电极的电晕放电，使空气发生电离现象，与此同时，粉末涂料通过供粉中心从喷枪中喷射出去，分散在空气当中，粉末粒子与带电的空气粒子相互碰撞，捕捉电离子，从而形成带电荷的粉末粒子；之后粉末粒子受静电引力的作用，吸附在工件表面上。因为粉末涂料具有较大的体积电阻，因此被吸附在工件上的粉末粒子会以缓慢的速度向外释放电荷，由此带电的粉末粒子就可以不断地吸附在工件表面上，当工件上的粉末积聚到一定厚度时，发生静电相斥，粉末便不再堆积。喷涂完成后进行热风对流烘干。
2021年6月30日北汽福田长沙超级卡车工厂第一台的商用车轻卡喷粉车架下线，车架膜厚平均为120μm，表面光泽度大于60，漆膜光亮、饱满、鲜映性目视良好，耐盐雾及耐老化等性能指标均能够达到1000h。另外粉末通过熔融、流平等将车架的结构夹层、铆钉与板材之间的缝隙等均能够做到全方位的防护，同时，粉末对车架锐角的包裹性进行完美的覆盖，从而全面地提升了车架的整体质量为顾客提供了更好的产品体验。2021年7月4-6日，由商用车车架联盟、汽车制造研究院主办，湖南湘江涂料集团承办，以“共商，共建，共享；推动商用车及车架高质量智能化发展”为主题的“2021国际商用车智能制造暨车架技术峰会”于7月6日商用车行业精英、大咖莅临长沙超级卡车工厂车架喷粉线参观指导，对车架喷粉后的状态给予了充分的肯定和高度的评价。
通过散件电泳+车架及底盘附件喷粉的工艺方式，从根本上解决了车架夹层锈蚀的问题，提升了商用车车架产品的工艺质量，引领了商用车车架防腐领域的时代潮流。
图3 商用车喷粉车架
4、粉末涂料的发展前景
4.1 低温固化
推动粉末涂料的技术改革，向低温快速固化方向发展，已经成为粉末涂料行业发展的未来趋势。低温固化不但可以降低粉末的熔融温度，增大粉末涂料的应用范围，还能减少天然气等能源的使用消耗量，节约成本，减少粉末固化流平的时间，提高生产效率和工艺节拍。目前可研究的方向主要分为三方面：一是降低树脂自身的熔融黏度、软化点；二是增加树脂的官能团，提高交联度；三是采用合适的催化剂等方法来达到粉末涂料的低温固化。
4.2 薄膜化
粉末涂料的涂膜厚度对粉末涂层的外观起关键性的作用；当前粉末涂料的膜厚范围在40~200μm，对于一些产品膜厚在30μm左右就可满足它自身需求，因此粉末涂料薄膜化的技术方向是必不可少的，不仅可以降低产品成本，也可以获得更多的溶剂型涂料市场份额。
4.3 功能化
为了更好地发展粉末涂料的性能，主要升级开发关于重防腐性、耐高温性、耐候性、阻燃性、导电性等多种性能，为被涂物品提供优异的特殊保护能力和装饰美观性的粉末涂料。
4.4 专用化
粉末涂料的应用是多方面的，针对各种商品的不同性能需求，需要研发专用性的粉末涂料来适应市场的发展趋势，扩大粉末涂料的应用方向与影响力。例如，用于汽车钢板的专用粉末涂料；用于遮蔽底材花纹板粗糙的粉末涂料以及具有装饰美观性、无光性、高光性、高鲜艳性、自带金属闪光性的多种专用化的粉末涂料。
5、结语
总而言之，随着我国对于环境保护工作和节能减排工作的不断深入与推进，粉末涂料凭借其无污染、零排放、安全可循环使用的优异特点必将获得更加广阔的市场。伴随着家电行业、汽车领域、建筑材料、船舶、管道等行业的健康持续发展，将会给粉末涂料市场带来巨大的拉动效果。另外，具有节能环保、循环经济、清洁生产等特点的商品将会成为未来粉末涂料行业发展的新方向。时刻把握未来涂料市场动向及趋势，推动粉末涂料新技术的研究与发展，不断推陈出新，促使粉末涂料向更优异的方向发展，更好地为社会绿色生产做出贡献。
车架防腐升级的工艺路线选择是一个综合考量的过程，不同的方案有各自的优劣势但整体的发展趋势必然是散件电泳+总成喷粉的工艺形式。各大主机厂或配套商需要结合车架的质量标准和要求、各零部件的质量保证情况、场地的大小、运营的成本等系统进行规划，以确保工艺的先进性和前瞻性，符合日益严格的环保要求，并科学合理地运用自动化、数字化制造，聚焦价值，精益运营，全面提高车架质量，更好的参与国际竞争，推动中国速度向中国质量转变，推动中国产品向中国品牌转变，向科技与品质领先的世界级商用车迈进。
来源：2021/2022中国粉末涂料与涂装行业年会
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