汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋電泳條紋改善研究

摘要：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋電泳條紋影響發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外觀及防腐蝕性能，為了解決條紋問(wèn)題，從前處理、電泳工藝進(jìn)行分析改進(jìn)。結(jié)果表明，通過(guò)將電泳槽MEQ控制在23～24，pH值控制在6.05～6.2，使得電泳條紋的嚴(yán)重度有所減輕，但不能完全消除；通過(guò)調(diào)整整流柜程序，后車機(jī)蓋接觸液面時(shí)，斷開(kāi)1～12組陽(yáng)極，相鄰兩車在第12～18組陽(yáng)極之間持續(xù)斷開(kāi)3組陽(yáng)極，1～15組陽(yáng)極電壓由60V降低至35V，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋條紋消失。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋；電泳條紋；陽(yáng)極

陰極電泳是汽車涂裝工藝中普遍應(yīng)用的工藝，其陰極電泳漆具備較強(qiáng)的耐酸堿性，對(duì)車身基材防腐起到重要的作用。而電泳過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生部分外觀缺陷，此部分缺陷常通過(guò)打磨進(jìn)行處理（缺陷嚴(yán)重的會(huì)打磨至露出基材），對(duì)車身防腐性能造成較大破壞，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的人工成本及物料成本，降低生產(chǎn)效率。

公司前處理選用薄膜工藝，電泳選用IGBT整流源設(shè)備。涂裝車間原有車型（C1與C2）均存在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)蓋（以下簡(jiǎn)稱機(jī)蓋）條紋，其寬度為3～5cm、觸感較輕微，由于新車型（C3）的投產(chǎn)，新車型長(zhǎng)度較原有車型長(zhǎng)500mm，導(dǎo)致相鄰兩車在電泳槽中間距減小500mm，使得C3車型機(jī)蓋條紋寬度增加至10～15cm，且條紋觸感較嚴(yán)重，如圖1所示。其條紋的產(chǎn)生率為100%，電泳條紋外觀與基材腐蝕后進(jìn)行電泳產(chǎn)生的缺陷類似。為消除該缺陷，將對(duì)產(chǎn)生條紋的機(jī)蓋進(jìn)行打磨，通常會(huì)打磨至鈑金，人工工時(shí)增加1min，單車打磨砂紙用量增加1.5～2張。

條紋產(chǎn)生真因排查

1.環(huán)境因素

由于產(chǎn)生的機(jī)蓋條紋外觀與機(jī)蓋腐蝕后的缺陷相似，因此首先對(duì)機(jī)蓋電泳前是否產(chǎn)生腐蝕進(jìn)行排查。排查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，機(jī)蓋入電泳槽前鋯化膜完整，無(wú)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。因此車間環(huán)境并未提前造成機(jī)蓋腐蝕，確定與條紋產(chǎn)生無(wú)關(guān)。

2.槽液參數(shù)

電泳槽液pH值過(guò)低會(huì)造成電泳漆面形成針孔[1]，因此對(duì)電泳槽液中H+離子的濃度進(jìn)行排查和調(diào)整，即對(duì)槽液中和當(dāng)量（MEQ）進(jìn)行排查和調(diào)整，結(jié)果如圖2所示。2022年1月開(kāi)始到2022年8月，MEQ值都接近于上限位置（要求25±3），此時(shí)機(jī)蓋條紋嚴(yán)重；在2022年9月降低槽液MEQ值后，機(jī)蓋條紋嚴(yán)重度降低，但此時(shí)的條紋仍然存在。綜上所述可得出結(jié)論，降低電泳槽液的MEQ值可以減弱機(jī)蓋條紋的嚴(yán)重度，但無(wú)法完全消除機(jī)蓋條紋。

3.過(guò)車節(jié)距驗(yàn)證

本次問(wèn)題C1、C2車型一直存在，但由于新車型C3長(zhǎng)度增加，使得條紋寬度和嚴(yán)重度均增加。因此模擬增加相鄰兩車間距（中間空位），驗(yàn)證機(jī)蓋條紋是前車尾部電場(chǎng)影響后側(cè)機(jī)蓋造成（相鄰兩車間距過(guò)短，使后車機(jī)蓋受前車尾部電場(chǎng)影響）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相鄰兩車中間空位，C1、C2、C3三種車型機(jī)蓋均無(wú)條紋產(chǎn)生；連續(xù)過(guò)車時(shí)條紋再次出現(xiàn)。綜上所述，相鄰兩車間距過(guò)短，使得前車尾部電場(chǎng)影響后車機(jī)蓋，這是造成電泳條紋的根本原因。

4.原因判斷總結(jié)

根據(jù)造成電泳條紋的根本原因判斷，是因?yàn)樵陔娪静壑校嚿頌樨?fù)極，帶負(fù)電荷，電泳過(guò)程中，正電荷向后車機(jī)蓋處聚集，發(fā)生陽(yáng)極化現(xiàn)象[2]。本次問(wèn)題產(chǎn)生于C3車型車身加長(zhǎng)，導(dǎo)致相鄰兩車間距縮短，后車機(jī)蓋聚集的正電荷數(shù)量增多，最終導(dǎo)致陽(yáng)極化現(xiàn)象加重。根據(jù)陰、陽(yáng)極簡(jiǎn)化方程式[3]可知：

陰極反應(yīng)

2H2O+2e－→2OH－+H2↑

RNH+（水溶性）+OH－→RN↓（不溶于水）+H2O

陽(yáng)極反應(yīng)

2H2O→4H++4e－+O2↑

4CH3COO－-4e－+2H2O→4CH3COOH+O2↑

當(dāng)陽(yáng)極化現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，后車機(jī)蓋形成假陽(yáng)極，如圖3所示，發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，表面產(chǎn)生H+；隨著相鄰兩車間距縮短，前車電場(chǎng)尾部電場(chǎng)對(duì)后車機(jī)蓋影響的加劇，其表面產(chǎn)生的H+增多，對(duì)薄膜和基材產(chǎn)生腐蝕，延電場(chǎng)線方向產(chǎn)生條紋，嚴(yán)重時(shí)破壞薄膜，并且電泳后產(chǎn)生針孔。

解決措施

1.降低電泳槽液MEQ值

根據(jù)上述分析，保持較低的MEQ值可減輕機(jī)蓋條紋的嚴(yán)重度，因此將電泳槽MEQ值維持在23～24，pH值維持在6.05～6.2。

2.調(diào)整通電程序

（1）保持相鄰兩車之前斷開(kāi)三組陽(yáng)極管" 公司電泳槽采用IGBT整流源設(shè)備，可對(duì)單獨(dú)陽(yáng)極管電流/電壓參數(shù)以及導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制，側(cè)部陽(yáng)極共49組，底部陽(yáng)極10組。根據(jù)上述分析，機(jī)蓋電泳條紋的形成根本原因是相鄰兩車間距過(guò)短，前車電場(chǎng)導(dǎo)致后車機(jī)蓋陽(yáng)極化，因此通過(guò)對(duì)前車電場(chǎng)的調(diào)整，將機(jī)蓋條紋消除。

參數(shù)調(diào)整如下：

1）后車機(jī)蓋接觸電泳槽液時(shí)1～12組陽(yáng)極管斷開(kāi)。

2）整個(gè)電泳過(guò)程中始終保持前車背門至后車機(jī)蓋之間3根陽(yáng)極管斷開(kāi)。

通過(guò)上述調(diào)整，三種車型機(jī)蓋條紋全部消失，但C2、C3車型尾門處出現(xiàn)電場(chǎng)紋（見(jiàn)圖4），面漆/清漆后尾門會(huì)出現(xiàn)印記；且機(jī)蓋電泳膜厚偏高，尾門電泳膜厚偏低。

（2）縮短相鄰兩組陽(yáng)極斷開(kāi)時(shí)間，降低低壓段電壓" 尾門電場(chǎng)紋出現(xiàn)是因?yàn)槌掷m(xù)斷開(kāi)兩車之間三組陽(yáng)極，使得電場(chǎng)紋兩側(cè)膜厚差異較大，并且當(dāng)前機(jī)蓋沉積一定的電泳涂層后，其電阻增加，陽(yáng)極化現(xiàn)象減弱。因此計(jì)劃兩車之間三組陽(yáng)極只在低壓段保持?jǐn)嚅_(kāi)，同時(shí)降低低壓段電流/電壓參數(shù)。

參數(shù)調(diào)整如下：

1）后車機(jī)蓋接觸電泳槽時(shí)1～12組陽(yáng)極管斷開(kāi)。

2）12～18組陽(yáng)極管，相鄰兩車間陽(yáng)極管持續(xù)斷開(kāi)3組。

3）1～15組陽(yáng)極管電壓/電流參數(shù)由60V/10A降低至35V/5A。

通過(guò)上述調(diào)整后所有車型機(jī)蓋條紋消失，尾門電場(chǎng)紋消失，機(jī)蓋與尾門膜厚差異消失。

結(jié)語(yǔ)

本次電泳條紋通過(guò)對(duì)前處理、電泳的排查，確定真因?yàn)橄噜弮绍囬g距過(guò)短，前車電場(chǎng)導(dǎo)致后車陽(yáng)極化嚴(yán)重，從而產(chǎn)生條紋。最終采用控制電泳槽MEQ值（2～24）以及pH值（6.05～6.2）減弱條紋嚴(yán)重度，調(diào)整低壓段陽(yáng)極管通電/斷開(kāi)時(shí)間以達(dá)到減弱前車電場(chǎng)對(duì)后車影響的目的，最終使機(jī)蓋電泳條紋的發(fā)生率降低至零。根據(jù)部分主機(jī)廠通過(guò)減小節(jié)距提升產(chǎn)能方法，最終造成機(jī)蓋條紋的產(chǎn)生，可參考在低壓段關(guān)閉前車尾部陽(yáng)極，在后車機(jī)蓋初步成膜后再進(jìn)行全車通電的方法來(lái)消除電泳條紋。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉薇薇.現(xiàn)代電泳涂裝百科全書(shū)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2016.

[2] 李梁，王磊，徐盛.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋電泳條紋分析與解決[J].電鍍與涂飾，2020，39（14）：939-942.

[3] 王錫春.涂裝車間設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工藝出版社，2013.