高電導率水質對前處理電泳涂裝過程的影響探討

向麗琴，邢汶平，常錦龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

汽車涂裝生產線前處理電泳過程需要用到大量的水，是汽車生產的用水大戶，涂裝用水一般由市政自來水管網供應。汽車涂裝生產線用水量大的工序主要是前處理、電泳工序。一般脫脂前的洪流熱水洗、脫脂后的水洗和磷化后的水洗以及脫脂、磷化配槽用水采用工業自來水。電泳前和電泳后的水洗以及表調、電泳配槽用水采用純水，涂裝車間內建有純水站供應純水。由于前處理電泳用水量大，水質的差異將會對涂裝質量產生各種直接或者間接的影響。如有些地區水質硬，有些地區水質中細菌多。水中細菌較多會對電泳漆，特別是現在大規模使用的無鉛環保電泳漆的影響較大；水質硬通常對表調劑的使用產生影響，從而對磷化與電泳漆的配套性產生影響。

本文介紹了某工廠涂裝線生產調試過程遇到的特殊自來水水質問題，總結了其對工藝調試和生產運行的影響以及解決方案，與業界同仁進行交流與探討，同時可作為后期新建工廠的設計參考。

1 水質檢測分析

1.1 對照生活飲用水標準檢測結果

該工廠為異地建廠，涂裝用水水源當地水廠自來水。對照生活水飲用衛生標準GB5749-2006，對工廠所在地和合肥市自來水水質進行對比檢測，檢測結果見表1。

可見，該工廠所在地自來水中的氯化物含量、溶解性固體、總硬度均大大高于合肥地區，尚未超出生活水飲用衛生標準限定值。

1.2 對照磷化用水標準檢測結果

因國家及行業內無相關的涂裝用水水質參考標準，故我們參考了王錫春主編的《最新汽車涂裝技術》一書所述對磷化各工序使用的水質推薦指標要求，見表2。

表1 工廠所在地自來水和合肥自來水對比檢測結果

表2 磷化各工序水質要求（推薦）

對照上述要求，該工廠所在地自來水水質的檢測結果如表3：

表3 工廠所在地自來水水質檢測結果

可見，該工廠所在地自來水中鈣、鎂離子和硫酸鹽、氯化物含量遠高于磷化各工序的水質要求。同時經檢測該工廠所在地自來水電導率穩定在(1400～1500)μs/cm之間， 而自來水國標（現用標準 GB5749-2006）里沒有電導率這一項，即自來水國標對電導率沒有要求，但一般自來水的電導率為(125～1250)μs/cm，如合肥市的自來水電導率一般為(100～300)μs/cm，可見該工廠所在地的自來水電導率遠遠高于一般自來水的電導率，更遠高于磷化各工序水質要求。

2 實驗驗證

該工廠設計時，前處理工序僅表調槽采用純水，其他工序采用自來水。由于工廠項目進度要求，投槽時間節點已經確定，針對水質可能出現的問題，通過與涂裝材料廠家協商，采用定標后的前處理材料和電泳材料進行工藝材料的驗證調整，并進行相關的配套驗證，確定投槽方案。

2.1 脫脂的驗證

取樣現場自來水，按配比要求濃度配置脫脂液。放置一段時間后，燒杯底部可見白色沉淀物，為絡合物膠體，此為脫脂劑本身軟化水中鈣鎂離子的結果。對脫脂能力進行測試，脫脂能力影響未見明顯減弱。由于脫脂工藝設計中設有旋液分離器、紙袋過濾機以及袋式過濾器等設備，能夠解決白色沉淀沉積過程。

2.2 表調的驗證

生產線表調配槽為純水，但考慮到生產過程中會帶入高電導率自來水，因而模擬極端情況下（即表調用水全部置換為高電導率自來水）的表調能力，磷化用水采用正常自來水（電導率250μs/cm），通過模擬驗證表調能力，其結果見圖1。

圖1 高電導率水直接配制表調后不同老化時間的冷軋板磷化處理后晶相照片

表調試驗結果表明表調劑在此條件下仍具有表調能力，表調后磷化晶相形貌為粒狀，但是可見結晶晶粒尺寸變大，尚未超過質量控制的規定范圍（≤10μm）；其膜重也在控制范圍內（＜3.5g/m2）。根據以上結果判斷，即使在極端情況下的表調劑的使用仍能滿足控制要求。

2.3 磷化的驗證

表調用水全部采用高電導率自來水，同時磷化用水采用高電導率自來水和正常自來水進行對比，磷化后的晶相照片對比見圖2和圖3。

圖2 正常自來水配制磷化成膜晶相

圖3 高電導率自來水配制 磷化成膜晶相

實驗室試驗驗證結果表明，正常自來水配制脫脂、表調、磷化液與高電導率自來水配制脫脂、表調、磷化液制板成膜后晶相基本一致，磷化晶相照片未出現異常，晶粒尺寸和形貌正常，即采用此種特殊水質進行投槽時前處理質量應該可以滿足材料性能設計要求。

3 投槽后的運行問題及解決

在實驗室驗證前處理材料性能基本未受到水質影響后，與前處理材料廠家、電泳材料廠家進行分析和風險識別后，采用現場自來水投槽保證調試和生產的順利進行。

脫脂、磷化采用自來水配槽，表調采用純水配槽，各工序控制參數調整到工藝范圍內，現場進行前處理制板，其磷化晶相照片如圖4、圖5。

根據現場掛板的磷化膜晶相照片，磷化的效果滿足要求，且磷化后的成膜外觀、防銹性能、膜重等均符合預期要求。但是因高電導率及高鈣鎂離子含量的特殊水質，投槽后開始生產試運行后，現場出現的問題比預計的更加復雜，主要體現在以下幾方面。

圖4 投槽后磷化晶相照片1000×

圖5 投槽后磷化晶相照片2500×

3.1 高電導率水質產生的問題

（1）過濾器、板式換熱器、噴嘴等堵塞問題：槽內析出了大量白色沉淀物吸附在槽壁、濾袋上，如圖6。

圖6 槽壁析出的白色物質

同時，熱水洗、預脫脂、脫脂等工序的過濾器、噴嘴、板式換熱器極易出現堵塞，分析其原因是因為這些工序的槽液需要加溫，而生產結束后槽液降溫過程中大量鈣鎂離子以碳酸鈣、碳酸鎂等沉淀物析出造成堵塞。脫脂劑本身軟化水中鈣鎂離子也會產生白色的膠體狀絡合物形成沉淀物。過濾器堵塞造成槽液循環量變小，槽液中的大量雜質無法清除。板式換熱器堵塞又造成槽液升溫緩慢或者無法升溫。噴嘴堵塞造成噴淋不起作用，車身表面清洗不干凈，對生產影響非常大。

（2）脫脂后水洗車身表面返銹：由于現場自來水pH在7以下，同時水中氯離子含量較大，故第一水洗和第二水洗呈弱酸性，在脫脂后表調前的水洗工序車身表面極易返銹。

（3）車身表面磷化渣多：磷化配槽后發現磷化槽內含渣量較多，同時磷化后的第三水洗和第四水洗也同樣在產生磷化渣，由于第三水洗和第四水洗為自來水，磷化液與自來水中的鈣鎂離子發生化學反應生成磷化沉渣附著在車身上，尤其是車身水平面上。這些磷化沉渣不能被后續的水洗完全清洗干凈，導致電泳后車身表面顆粒多。

（4）車身電泳漆膜粗糙度大：工廠投產后車身電泳漆膜顆粒較多、粗糙度大一直困擾著我們，尤其是水平面顆粒多、粗糙度嚴重超標。通過在生成線和實驗室進行系列工藝材料試驗對比分析，前處理過程是造成車身電泳粗糙度尤其是水平面超標的關鍵原因。高電導率水質導致車身磷化膜結晶尺寸增大，磷化后車身尤其是水平面附著的細密磷化渣顆粒難以清洗干凈，車身存在的帶液現象造成純水洗槽電導率快速上升且超標，甚至進一步污染電泳槽，這些都導致車身電泳漆膜粗糙度大。

（5）對純水機組產生的不良影響：運行一段時間后，純水出水量出現明顯衰減，而部分工序采用純水替代自來水，純水需求量顯著增加，已不能滿足現場使用需求。同時純水膜的污染嚴重，更換周期大大縮短。純水機組的不銹鋼反復出現腐蝕，補焊多次。

（6）對其他設備產生的不良影響：車間空調加濕采用自來水導致噴嘴出現堵塞現象，廠區人員飲水設備水垢嚴重，除涂裝以外的其他車間也在陸續反饋問題，如總裝的淋雨試驗噴嘴堵塞等。

3.2 臨時解決措施

（1）針對過濾器、噴嘴、板式換熱器等堵塞問題：每班生產前進行過濾器濾袋清理或更換、噴嘴及板式換熱器清理。

（2）針對脫脂后車身返銹問題：在第一水洗、第二水洗的水洗槽中添加堿液，使其保持弱堿性。

（3）針對純水洗槽電導率超標問題：增加電泳前純水槽的換槽頻次并加大溢流量。

（4）針對車身磷化渣多、車身電泳漆膜粗糙度大問題：現場開啟全過濾除渣設備。車頂增加高壓水洗噴淋，部分噴嘴由霧化噴嘴改為直沖噴嘴。同時增加純水管排布，磷化加料由原自來水稀釋加料改為采用純水稀釋加料。

3.3 根本解決措施

要徹底解決由高電導率水質帶來的各種問題，根本的解決措施是降低現場使用的自來水的電導率、鈣鎂離子含量。經過分析和調研，最終確定在廠區內增加軟化水處理系統，自來水供應到廠區后，首先經過軟化水設備系統軟化，再供應到各用水點。

軟化水處理系統采用了單級反滲透脫鹽系統，將源頭自來水先全部過濾軟化，然后對軟化后的水一部分進行反滲透處理，反滲透主要去除水中溶解鹽類，電導率由原來的（1400～1500）μs/cm降低到200μs/cm以下，由高電導率水質帶來的系列問題也得到了根本解決。

4 總結

該工廠涂裝線調試生產過程遇到的高電導率自來水水質問題，雖然實驗室驗證結果表明，高電導率水質對前處理材料性能不會造成明顯影響，但是放大到生產線后，還是產生了非常大的不良影響，尤其是對前處理電泳生產線的正常運行、產品外觀質量的實現帶來了重大挑戰，最終需要通過水質軟化來徹底解決問題。因而必須在工廠設計之初加以考慮，詳細評估水質因素。

參考文獻

[1] 王錫春主編.最新汽車涂裝技術.機械工業出版社.1997.

[2] 常錦龍.電泳粗糙度對水性緊湊型工藝的影響分析[J].現代涂料與涂裝.2016年09.