电泳涂装手册.docx

1、电泳涂装手册涂 装 手 册一九九九年一月目 录前言 11电泳涂装的历史和特点11电泳涂装的历史12电泳涂装的优点213电泳涂装的局限性32 电泳涂装（电沉积）机理21电化学机理 422电泳的化学反应式53 涂装前处理31概述32清洗633表面转化7 4 电泳系统工艺概况41电泳涂装部分942电泳系统设备介绍 1043电泳槽 1144循环系统 1245过滤装置 1346清洗系统（后冲洗） 1447热交换（冷却）系统 1548超滤系统 1549反渗透（RO）系统 18410阴（阳）极系统 19411电源系统 23412加料系统 25 413后冲洗系统 26414烘干系统 275 异常情况处理51概

2、述52阳极电泳异常情况处理 2853阴极电泳异常情况处理 366 电泳涂料的使用61设备检查与现场清理 4962设备清洗63投槽64试涂装65电泳线现场管理要求 537 水性浸涂漆71前言72简介 5773浸涂设备要求 5874涂装工序75前处理工艺要求 6076浸涂 618 涂料的检测方法81固体份(63) 82粘度(63) 83细度(64) 84 pH值 85 MEQ值 86颜基比(65) 87电导率 88有机溶剂含量(66) 89泳透率(67) 810库仑效率(69) 811电泳漆电沉积量测定(70) 9涂膜的检测方法91电泳漆膜制备方法(70) 92膜厚测定(71) 93硬度(72)

3、94光泽 95附着力(73) 96柔韧性(74) 97耐冲击(75) 98漆膜耐水性(76) 99耐盐雾(77)前 言 作为汽车防腐层的涂装，电沉积过程最易实现自动化，电沉积涂装法与传统的涂漆方法有着本质上的差异，它是通过电解、电泳、电沉积、电渗等作用完成的，工作液属于低浓度的胶体分散体系，只有在特定的条件下方能构成稳定的体系，且又须在稳定的体系下工作，才能够达到理想的涂装效果。选择和控制工作稳定条件十分重要，按照涂料的工艺要求及涂装规范，严格管理工作液是电沉积涂装正常进行的必要条件和保证。本涂装手册旨在帮助用户更好地操作和控制电沉积过程，以确保金力泰公司的电泳涂料产品能够发挥其最佳性能。该手

4、册可作为：电泳涂装线操作者培训手册。电沉积产品和现场技术服务规范的资料和依据。1 电泳涂装的历史和特点11 电泳涂装的历史电泳涂装的原理发明于二十世纪三十年代，为提高汽车车身内腔和焊缝面的防腐蚀性，美国福特汽车公司于1957年开始着手研究电泳涂装。福特公司于1961年7月建立了第一个用于涂装车轮的阳极电泳槽，用来涂装汽车车身的WIXOM总装厂的电泳槽建于1963年。电泳涂装在实际应用中显示了高效、优质、安全、经济等优点，受到世界各国涂装界的重视。1973年成功开发了阳离子电泳涂料和阴极电泳涂装技术。之后电泳涂装工艺在汽车工业中迅速普及、发展。我国开发电泳涂料和涂装技术已有近30年的历史，70年

5、代初，我国汽车工业中就已建成几条汽车零部件阳极电泳涂装线，到70年代中后期，第一条阳极电泳车身线在“一汽”投产。12 电泳涂装的优点121 底涂工序可实现自动化，适用于流水作业。 相对于喷涂工艺而言，电沉积工艺虽然一次性投资较大，但投槽后两至三年内就可收回高于常规喷涂工艺的那部分成本。随之，电沉积过程的能量消耗和正常的保养费用都大大低于常规喷涂工艺。122 可控性工作槽液容量较大，使涂料及工艺参数的变化减到最小。操作工艺参数已有明确的规定，且是以丰富经验为基础。依靠调整电压，容易得到均一的目标膜厚，通过选择不同品种的电泳漆和调整泳涂工艺参数，膜厚可控制在10-35m范围内。工件间和不同日期所沉

6、积的涂膜（如膜厚及性能）重现性好。123 泳透（力）性好提高了工件内腔的防腐蚀性，尤其阴极电泳涂膜的耐蚀性更好。喷涂、浸涂等涂装法涂装不到的部位和涂料难以进入的部位也能涂上漆膜；且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉，从而使工件内腔、焊缝、边缘等处的耐蚀性显著提高。124 高效性若槽液操作参数及设备维护得当，与喷涂相比，涂料的有效利用率可高达95%以上。 工作液是低固体份的水稀释液，粘度与水相似，原漆带出槽外的量很少。泳涂的湿漆膜是水不溶性的，泳后可采用UF液封闭清洗，回收带出槽外的漆液。125 低污染性、高安全性与其它溶剂型涂料、水性涂料相比，因其溶剂含量少，且低浓度，故无火灾危险，对水源和大

7、气污染少。采用UF和RO装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。126 电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量也小，在烘干过程中不会象其它涂料那样产生流痕、溶落、积漆等弊病。电泳水洗后的涂膜是干的，晾干时间短，可直接进入高温固化。13 电泳涂装的局限性一般电泳涂膜的耐候性差，在户外使用时需涂装面漆。对挂具的管理要求较严，要确保被涂物良好导电。仅适用于具有导电性被涂物的涂装。对小批生产场合不宜推荐采用电泳涂装，原因是槽液的更新速度太慢，槽液中的树脂和溶剂组份的变动大，而使槽液不稳定。2 电泳涂装（电沉积）机理电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法，适用于

8、与一般涂料不同的电泳涂装专用的水性涂料。它是将具有导电性的被涂物浸渍在用水稀释的、固体份较低的电泳漆槽中作为阳（或阴）极，在槽中另设置与其相应的阴（或阳）极，在两极间通直流电一定时间，在被涂物表面析出均一、水不溶的涂膜的一种涂装方法。21电沉积的电化学机理 电泳涂装过程中伴随有电解、电泳、电沉积、电渗等四种电化学现象。211 电解：是指导电液体在通电时，发生分解的现象。在电泳过程中水发生分解，在阴极上产生氢气，阳极上放出氧气，金属阳极发生溶解，溶出金属离子。212 电泳：电泳是指导电介质中的带电荷的胶体粒子（树脂及树脂包裹的颜料）在电势的作用下向相反电荷的电极迁移的过程。213 电沉积：电沉积

9、是指涂料粒子在电极上沉析成膜的现象。在阳极电泳涂装时，带负电荷的涂料粒子在阳极凝聚成膜，平衡离子则在阴极上聚集；这是一个不可逆过程，与此同时出现的“电解”反应，在阳极上的最初反应是形成氧气和H+；致使工件表面形成高酸性介面层，当阴离子树脂与氢离子反应变成不溶性时，就产生了涂膜的沉积。同理，在阴极涂料涂装时；带正电荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的粒子（离子）在阳极聚集；在电沉积过程中，由于水在阴极区电解生成氢气和氢氧根离子（OH-），致使在阴极（被涂物）表面形成高碱性介面层，当阳离子（涂料粒子）与氢氧离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。214 电渗：电泳涂装过程中刚沉积到被涂物表面的涂膜是半渗

10、透性膜，在电场的持续作用下大分子涂膜内部所含的水分子从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。电渗使亲水的涂膜转化成为憎水涂膜，并使之致密化，所以工件泳涂成膜后，可用水来冲洗附浮在漆膜表面的槽液。22 电泳的化学反应式221 阳极电泳涂料（阴离子电沉积涂料）的化学反应：阳极反应（被涂工件） 2H2O4H+4e+O2 （电解） MeMen+ne- (阳极溶解) RCOO+H+RCOOH（电沉积，树脂，颜料树脂的析出） 水溶性水不溶性 n-RC00+Men+(-RCOO)nMe 阴极反应： 2H2O+2e2OH+H2 R3NH+OHR3N+ H2O222 阴极电泳涂料（阳离子电沉积涂

11、料）的化学反应： 阴极反应（被涂物） 2H2O+2e2OH+H2 -R-NH+OH-R-N+H2O （水溶性水不溶性）阳极反应： 2H2O4 H+4e+O2 RCOO+ H+RCOOH23 泳透率 与涂膜形成的电化学过程相关的另一个电沉积的特征是泳透率，即电泳过程中使背离电极的被涂物表面涂上漆膜的能力强弱称之为泳透率，也可理解为电泳涂膜在膜厚分布上的均一性。 电沉积涂装时，沉积是沿着系统中存在于阴极和阳极之间的电力线进行的，沉积行为将沿着阻力最小的路线进行，首先覆盖最靠近电极的外表面，随着沉积膜厚的增加，所形成的涂层的绝缘特性渐渐屏蔽了金属基层的导电性，并使电场强度因这种绝缘性的出现而减少，电

12、力线转移到较远的表面，渐渐地，外表面便完全绝缘，电沉积停止，电力线将开始完全作用于内表面。同样，重复上述的过程而使被涂物的内、外表面均被泳涂上漆膜。泳透率与电泳槽液的电导率和湿膜的比电阻成正比关系，泳透率还与涂装工艺参数有直接关系，如泳涂时间长些，电压和固体份高一些，泳透率也就会相应增高，它是确保工件（被涂物）内腔部分，缝间等表面涂上漆膜的目标值。3 涂装前处理31概述在钢铁的制造、冲压成型和组装操作中，会使用各种保护油、润滑油、冲压油、粘合剂、焊接助剂等，而要得到光滑平整、耐腐蚀好，附着力好的涂层决定于工件表面的清洁程度及转化膜的质量。前处理就是对铁板、钢板、镀锌板等金属的表面进行清洗、化学

13、处理，而使底材易于电泳涂装，从而得到所需的防腐蚀涂层。经过表面清洗、磷化或转化而在底材上形成一层膜，主要作为涂料的底层，并不是对暴露于大气中的表面所进行的防锈处理或作进一步的贮存。前处理主要分为二个部分32 清洗部分 在电沉积处理的前期，首先应清洗掉各种附着被涂物表面的污物（油污、锈、氧化皮、焊渣、金属屑等），各种清洗系统至少都应包含：预脱脂、脱脂、水洗三个步骤。321 预脱脂：是在上挂工件表面手工揩擦或高压喷雾脱脂剂，或者擦前处理供应商提供的手工脱脂剂（膏），为下道脱脂工位作准备，并且要保持工件表面湿润，以防疏松的脏物再干燥，因为若除去不净会导致磷化层出现斑纹病态。322 脱脂：通常情况下脱

14、脂是在预脱脂后，采用浸渍或喷淋的方法进行，工作液是含有多种表面活性剂的碱溶液，其浓度、温度、处理时间及喷淋压力由供应商推荐。工作液可循环使用，但应配备油水分离系统，确保脱脂液中的含油量在规定值以下。323 水洗：脱脂后，进入水洗，主要是为了清洗掉工件表面残留的脱脂剂及附着物。水洗可采用喷淋或浸渍的方式进行，采用循环清水清洗，连续生产时，应保持一定量的溢流来控制清水的pH值和碱性清洗剂的浓度，从而使工件表面得到完全的清洗。33 表面转化（磷化）331 表调：对工件表面使用钛盐或其它物质进行活化，是该工序之目的，主要作用是增加磷化膜晶体的成核点，提高结晶致密度，减少晶粒尺寸和重量，改善磷化膜的结构

15、。表调工艺的良好，是形成优良磷化膜的重要保证。表调可采用喷淋或浸渍的方式实施。如果采用喷淋，保持表调处理液的浓度十分重要，喷淋时建议采用低压宽口喷嘴，可进行平稳的喷淋而均匀地覆盖工件的内外表面，避免强力的冲击而使表调剂在产生预期作用前被冲走。为使喷淋难以到达的部位能够进行有效的表面调整，我们目前推荐采用浸渍处理的方式。332 磷化：汽车工业使用最多的是磷酸锌系的转化处理，得到的磷化膜应有以下特点： 提供一个具有均匀电导率的表面，特别是车身，车身若是由不同金属材质组成的，此特性更显重要，将有利于形成涂膜的均匀性，特别是漆膜的厚度。 通过离子键，磷化膜与金属底材紧密相连，从而提高了漆膜与底材的结合

16、力。 多孔的膜结构，增大了漆膜附着的表面积，从而也相应提高了涂膜的附着力。 涂料的一部分渗入细孔使整个体系连续。 若漆膜某处出现破损，则磷化膜可以抑制金属在破损处或膜下的腐蚀，从而提高整体涂层的耐蚀能力。 磷化工艺可采用喷淋或浸渍施工的方式进行，为了控制磷化液的组成和施工的进行，Zn含量、总酸、游离酸的浓度必须维持在特别推荐的范围内。如使用喷淋方式，工件外表面应是一个均匀的低压层状喷淋，必须选择合适的喷嘴以及排布适当的位置。浸渍施工可使所有的表面包括箱式结构的内侧被磷化膜覆盖。浸渍施工的控制参数与喷淋施工是不相同的；并且通过浸渍所得到的磷化膜具有较高的P比。P比反映了磷化膜中Zn-Fe磷酸盐的

17、百分含量。当底材为冷轧钢板时磷酸锌系膜主要由磷酸铁锌盐及磷酸锌组成，磷酸铁锌含量高的（P比高）磷化膜，可全面提高与电泳涂膜（阴极电泳膜）的结合力。转化膜形成后，需进入水洗工艺。可采用喷淋或浸渍方式来进行水洗操作，主要目的是为了清洗磷化带来的酸和磷化残渣。333 钝化：钝化是指磷化膜的封闭处理，是泳涂前处理的最后阶段，其包括以下三个部分： a.后处理：主要是钝化磷化膜表面、络合任何残留的水溶性盐，阻止形成气泡。一般常用材料有：铬酸，铬/磷酸；反应性铬酸盐，改性铬酸盐、非铬酸盐类型。钝化处理可采用喷淋或浸渍的方式进行，由于环保以及对于一般要求的涂层来讲，钝化处理可以不采用。b. 循环清水洗主要是清

18、洗掉工件表面残留的化学杂质。c. 纯水洗使用纯水喷淋清洗，保证工件表面的可溶性电解质在电沉积前被除去。此项工艺要求应保证工件的滴水电导率阴极电泳时小于30s/cm，阳极电泳时小于50s/cm。4 电泳系统工艺概况电泳过程（电沉积过程），无论是阴极电泳还是阳极电泳，均包括四个基本部分：（1）前处理（前章节已述）；（2）电沉积；（3）后冲洗；（4）烘烤。本章节主要涉及以下三个部分。41 电泳涂装部分411 将经过前处理的工件浸渍于电沉积槽中，通电后工件表面首先被泳涂。当外表面产生较大的电阻后，未被泳涂的内表面电流增大，沉积便在这些表面发生，该过程将一直持续到所有的外表面及内表面被涂覆完毕。一般来说

19、，槽液中电泳底漆含80%以上水，1-3%的助溶剂和11-20%的固体份，施以一定的电压，工件上可得到一层固体份为75-90%的漆膜。电沉积过程结束后，将工件从沉积槽中取出，在沉积涂层表面吸附着一层槽液，这些浮漆必须通过后漂（冲）洗清除，以保证涂膜外观。同时回收的浮漆重新回到电沉积槽，提高涂料的利用率。412 标准的泳后（电沉积后）冲洗应由以下工序完成：（后冲洗部分）。(a) 槽上清洗(b) 循环UF液清洗(c) 新鲜UF液清洗(d) 循环去离子水清洗(e) 新鲜去离子水清洗根据被涂工件处理的要求，设计合理的后冲洗工艺，上述工序不一定相同。采用封闭性清洗系统对工件进行漂洗是除去表面浮漆的有效方法

20、，它可使携带出的涂料近100%的回到工作液中。超滤器是完成该系统的基础，它可以将工作液中的水、溶剂和低分子量组份提取出来成为透明溶液，即超滤液（UF液），利用超滤液对工件进行连续性清洗，可减少纯水的用量及排放废水的处理。该工序的最后一道漂洗采用新鲜的去离子水作为清洗液，也可采用喷淋方式，以提高涂膜外观质量。最后清洗结束后，必须有充分的沥水时间以沥尽水份，并用自动空气鼓风装置吹干工件涂膜。随后进入下道烘烤工序。413烘烤部分大部分烘箱设计为多个区域，每个区域的温度可以单独调节。这样可以逐渐除去膜中的挥发份物质，避免产生水斑、溶剂斑，同时可以改善成膜过程中的流动状况，使涂膜有良好的流平，得到光洁的

21、表面。42 电泳系统设备介绍电泳涂装设备一般由电泳槽、循环过滤系统、冷却系统、超滤系统、电源系统、阴（阳）极系统、涂料补加系统、后冲洗系统等组成。不同的电泳漆品种对涂装设备的要求有一定的差异，电泳涂装工艺及设备设计或选用不当所导致的涂装质量问题，单靠管理是克服不了的。所以，涂装工艺及设备的设计，作为涂料供应方应尽早介入，提供必要的技术支持，即所谓的“售前服务”才能确保涂装的正常进行，即涂膜质量的正常。421 电泳槽 电泳槽是电沉积涂装作业的浸槽，由三个基本部分组成：主槽、副槽及贮备槽。 主槽：一般有方形和船形两种，船形槽适用于连续式生产，根据工件大小及生产的速度来设计主槽的体积和尺寸；两端的斜

22、坡长度取决于被涂物出入槽的角度。方形槽适用于步进间歇式生产。为保证槽液有较好的搅拌状态和最佳的极间距，槽体两壁与被涂物要留有间隙，对于汽车车身的涂装，一般要求工件距液面及极板间隔应大于300mm，距槽底间隔应大于400 mm。副槽：一般电泳槽的出口端设有溢流槽（副槽），其作用是使槽液形成稳定的层流状态，消除主槽表面的气泡及漂浮物。副槽与主槽间设有可调式堰板，以调节主槽液位及表面流动状态；但主、副槽的落差不宜超过150mm（一般为50mm以内）以防起泡。主、副槽底部宜设一连通管道，同样可以起到调节主、副槽之间的液位及防止副槽出现沉降物。典型的电沉积漆槽示意图槽底和转角都应设计呈弧型，尽量清除循环

23、死角，槽液的总容量在满足各种要求的前提下应尽可能的小，以缩短更新周期和配槽投料费用。备用槽 备用槽供清理维修电泳槽系统设备时储存电泳槽液，其容量应能容纳全部的槽液，并有槽内自循环喷流装置。各槽体应具有足够的强度，防止装满槽液时槽体变形，一般采用6-10mm厚的低碳钢板双面焊接而成，外壁用槽钢加强。电泳槽内壁及液面下的所有金属构件都要进行绝缘防腐处理，绝缘要求能耐2万伏电压。422 循环系统 槽液循环搅拌系统有以下三个主要功能：1） 保持涂料均匀混合，防止颜料在槽液中析出、沉淀。2） 进行过滤，除却槽液中的杂质颗粒及油污物质。3） 经过热交换器，控制槽液温度。 循环系统的设备包括：泵、管路、过滤

24、器、换热器、阀门温度计、压力表等。 循环系统工艺设计的要求：1）使槽液沿单一路线连续运转，且成层流状态，液面运动方向与运输链运动方向相同，实际经验证明：这样可以得到最洁净的车身。2）槽液循环过程中，确保液面流速不应小于0.2m/s；靠近槽底部的槽液流速最低为0.4m/s；槽液在循环管路系统内的流速必须都保持在0.4m/s以上，以防止在管路系统中沉淀。3）槽液的循环量要求为4-6个槽容量/小时，即以此来选择循环泵的流量。在电泳槽液循环系统中，一般采用卧式及立式端吸式离心泵；分体卧式泵要求采用双机械封闭，因此需增加液封设备，通常采用洁净的超滤液或去离子水，压力3-5kgf/cm2。泵转速选择低于1

25、450rpm。立式泵通常安装在溢流槽上，泵吸口要伸至距槽底不小于1.5倍管径处，以尽量减少涡流及在清理槽液时又能够最大限度抽空槽液。所有泵都应装有防止大的杂质颗粒损坏叶轮及泵壳的保护装置，立式泵要配有安在泵头（吸口）的双层可拆卸的钢网，并涂以绝缘涂层。卧式泵必须有可靠的阀将泵与系统分隔，泵最好安装低位排污口，及供冲洗用的去离子水接口。备用泵是杂质污染源，并且很难保持清洁，因此，应避免将其安装在系统中。槽内喷嘴可采用文丘里喷嘴或鸭嘴式，其材质可采用PVC，ABS或碳钢，后者必须涂布环氧树脂。压力表安置的位置对减少堵塞极其重要，通常安装在管线的上端，不能用水平或环形连管。闸阀、球阀、偏心阀及蝶阀可

26、用于电泳系统，其结构、材质、布置对延长使用寿命很重要，阀门要尽可能地靠近“T”型结构安装，以使阀面可以得到冲刷，不形成死角。铜、黄铜、铝或镀锌组件不能用于电泳系统，否则将导致组件损坏并污染槽液。理想的垫圈材料是异丁橡胶和聚四氟烯。氯丁橡胶和丁苯橡胶不能使用。423 过滤装置为了确保良好的电泳涂膜的外观质量，在槽液的循环管路中，在泳后清洗的循环UF液及循环去离子水管路中都应有过滤器装置，对槽液、循环清洗液进行最大限度的过滤。槽液中机械杂质（环境污染、被涂物带入污染），凝聚颗粒（前处理带入的杂质与涂料反应生成的脏物）都将依靠循环系统中的过滤装置来清除。因此，要求过滤通过量2-4倍槽容量/小时。常用

27、的过滤器为袋式过滤器，过滤袋为无纺布材质，或聚丙烯材质。过滤器由主循环泵驱动，推荐在每一个主循环泵上串联两台袋式过滤器，这种配置方式中，第一个过滤器选用孔径较大的过滤袋，以除去大部分大颗粒杂质，第二个过滤器选用较小孔径的过滤器以除去细小颗粒。阴极电泳过滤袋可选用聚丙烯过滤袋；阳极电泳过滤袋为无纺布。阳极电泳槽液过滤精度一般采用能通过50-75m的过滤介质过滤袋。阴极电泳槽液过滤精度一般采用能通过25-50m的过滤介质过滤袋。过滤器的清洗及过滤袋的更换视过滤器上的进出口压力而定，一般过滤器管线上并联旁通管线（推荐采用并联双桶过滤器的安装形式），在过滤器上应设置最低排放点及上排气口，过滤器壳材质最

28、宜采用不锈钢。实践证明：过滤效果的好坏，不仅取决于过滤精度，也决定于吸口位置，一般认为，从溢流槽底部抽出的过滤吸口位置主要过滤比重较轻的颗粒。从入槽端斜面的底部吸出的过滤杂质比重较大。因此，建议在电泳槽的前端安装一独立的过滤回路，由一个独立的泵将槽液输送到该过滤器中，通常也选用袋式过滤器，过滤精度为100-150m，这类过滤，主要用于除去当被涂物（车身、驾驶室）浸入电泳槽时，冲掉下来的金属碎屑等杂质，或是沉淀在底部，后又聚集在进口处的颗粒杂质。新的电泳涂装主循环管线中，建议设计安置磁性过滤装置及吸油过滤袋。424 清洗系统（后冲洗）过滤装置在泳后清洗系统中建议采用袋式过滤器，以收集除去凝聚的涂

29、料颗粒，过滤精度为25-50m，在细微颗粒较多的情况下，应更换100m孔径的过滤袋。 超滤系统的过滤 超滤系统中采用预过滤器，可以防止颗粒堵塞超滤膜，一般选用100-150m的袋式过滤袋。425 热交换（冷却）系统电泳涂装过程中，由于电解反应产生的热量、泵机械搅拌转化的热量、被涂工件带入的热量及施工环境温度的影响，槽液温度变化较大，因此，对电泳槽的温度必须有一个控制装置。一般情况下，槽液温度控制：冷却用7-10的冷水；加热用40-45的温水。整个调控系统由热交换器、泵、水源（冷、热）循环管路、温水加热器、冷却机组、温度控制器、调节阀等组成。热交换器一般安装在主循环管上，袋式过滤器之后，其压力要始终超过冷却水的压力，以防槽液污染。热交