汽車(chē)鈑金件電泳涂裝優(yōu)化路徑探析

摘要：電泳涂裝作為汽車(chē)涂裝工藝中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整車(chē)外觀品質(zhì)和耐腐蝕性能至關(guān)重要。目前汽車(chē)鈑金件電泳涂裝過(guò)程中仍存在諸多問(wèn)題，包括涂層外觀缺陷如劃痕、魚(yú)眼、積涂等，以及性能缺陷如附著力不足、耐蝕性差、絕緣性能差等，這些問(wèn)題的主要原因在于前處理工藝缺陷、電泳浴液配方不合理、后處理控制不當(dāng)?shù)取榻鉀Q上述問(wèn)題，提出了全面的改進(jìn)策略，涵蓋電泳涂裝工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而提高電泳涂層的外觀質(zhì)量和各項(xiàng)性能指標(biāo)。研究結(jié)論可為進(jìn)一步優(yōu)化汽車(chē)鈑金件電泳涂裝工藝、提升整車(chē)質(zhì)量提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐路徑。

關(guān)鍵詞：電泳涂裝；汽車(chē)鈑金件；工藝缺陷；工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U461 收稿日期：2024-10-29

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.036

1 前言

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)外觀質(zhì)量和耐久性能要求的不斷提高，汽車(chē)鈑金件電泳涂裝的優(yōu)化改進(jìn)迫在眉睫。電泳涂裝作為汽車(chē)整車(chē)涂裝工藝中不可或缺的重要一環(huán)，其質(zhì)量水平直接決定了整車(chē)的外觀品質(zhì)和耐腐蝕性能，進(jìn)而影響汽車(chē)的綜合質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。然而，在當(dāng)前汽車(chē)鈑金件電泳涂裝中，仍然存在諸如問(wèn)題，阻礙了汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升，這些問(wèn)題的根源在于前處理工序控制不當(dāng)、電泳浴液配方和電解條件不合理，以及后處理環(huán)節(jié)控制欠佳等多方面。為此，研究人員迫切需要對(duì)汽車(chē)鈑金件電泳涂裝工藝進(jìn)行全面的優(yōu)化和改進(jìn)，解決上述各種問(wèn)題，顯著提高涂層質(zhì)量，滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的市場(chǎng)需求，從而提升整車(chē)品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2 電泳涂裝概述

電泳涂裝是一種高效且環(huán)保的涂裝技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家電、金屬家具等行業(yè)的表面涂裝，此技術(shù)利用電場(chǎng)使帶電的涂料粒子向工件表面遷移并形成均勻的涂層，特別適用于復(fù)雜形狀的工件。

電泳涂裝的主要步驟為預(yù)處理、電泳涂裝、超濾和后處理。在預(yù)處理階段，工件需要經(jīng)過(guò)清洗、除銹、磷化等多個(gè)步驟，以確保表面清潔和增強(qiáng)涂層的附著力[2]。電泳涂裝過(guò)程中，將清潔后的工件浸入含有電泳涂料的水槽中，工件通常作為陰極或陽(yáng)極，另一電極放置在水槽中。當(dāng)電源開(kāi)啟時(shí)，涂料中的樹(shù)脂顆粒因帶電而在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下向相反電極的工件表面移動(dòng)，形成一層均勻的涂層。涂裝完成后，通過(guò)超濾技術(shù)去除附在工件表面的多余涂料，最后在高溫下進(jìn)行焙烤，使涂層固化，從而提高涂層的物理和化學(xué)性能。整個(gè)過(guò)程中，涂裝厚度和質(zhì)量可以通過(guò)調(diào)整電壓、電流、涂料濃度和浸泡時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行精確控制。

電泳涂裝技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)在于其能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的涂裝效果。涂層均勻、厚薄一致，能夠覆蓋工件的隱蔽部位，特別適合復(fù)雜形狀的工件涂裝。電泳涂裝過(guò)程中，由于主要使用水基涂料，大大減少了有害溶劑的使用，符合環(huán)保要求，減少了對(duì)環(huán)境的污染[3]。此技術(shù)還具有自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，能夠顯著降低人工成本，提高生產(chǎn)效率。由于這些優(yōu)點(diǎn)，電泳涂裝技術(shù)不僅被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)底盤(pán)、車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的防腐蝕涂裝，也適用于電器外殼、金屬家具、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在汽車(chē)行業(yè)中，電泳涂裝是實(shí)現(xiàn)車(chē)身長(zhǎng)期防銹和美觀的關(guān)鍵工藝；在家電行業(yè)中，用于提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)感和耐用性；在金屬家具制造中，則通過(guò)電泳涂裝提供多樣化的顏色和長(zhǎng)效的保護(hù)層。

電泳涂裝因其獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，在現(xiàn)代制造業(yè)中占據(jù)了重要的地位，是連接材料科學(xué)、電化學(xué)和環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及推動(dòng)綠色制造具有重要的促進(jìn)作用。

3 汽車(chē)鈑金件電泳涂裝存在的問(wèn)題

3.1 電泳涂層外觀缺陷

在汽車(chē)鈑金件的電泳涂裝過(guò)程中，雖然能夠提供高效和均勻的涂層，但在實(shí)際操作中仍可能出現(xiàn)一些影響涂層外觀質(zhì)量的缺陷，這些缺陷不僅影響汽車(chē)部件的美觀，也可能降低其防腐蝕性能。

針孔和氣泡是電泳涂裝中常見(jiàn)的問(wèn)題，它們通常由涂裝過(guò)程中的氣體釋放不暢或涂料本身含有雜質(zhì)引起。在電泳涂裝過(guò)程中，如果工件表面的預(yù)處理不徹底，如清洗和磷化處理后仍殘留水分或油污，這些殘留物會(huì)在電泳過(guò)程中釋放出氣體，形成氣泡。電泳涂料的配制也可能導(dǎo)致氣泡問(wèn)題，比如涂料中溶解的空氣未能有效去除，或者涂料配比不當(dāng)導(dǎo)致涂料黏度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)在固化過(guò)程中形成針孔或氣泡。這類(lèi)缺陷不僅影響涂層的外觀，還會(huì)在涂層內(nèi)部形成微小的通道，減少涂層對(duì)底材的保護(hù)作用，從而降低整體的防腐性能。

涂層的均勻性是評(píng)價(jià)電泳涂裝質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。涂層不均主要表現(xiàn)為涂層厚薄不一或涂層色澤不一致，這種現(xiàn)象可能由多種因素引起。例如，電泳槽內(nèi)涂料的循環(huán)不均勻可能導(dǎo)致涂料分布不一，使得某些區(qū)域的涂層相對(duì)較厚或較薄。電泳電壓和電流的不穩(wěn)定也會(huì)影響涂層的均勻性，電壓和電流的波動(dòng)可能導(dǎo)致涂料沉積速率的變化，從而影響涂層厚度的一致性。工件懸掛方式和位置也對(duì)涂層的均勻性有重要影響，不正確的懸掛或工件位置過(guò)于靠近電泳槽邊緣，都可能導(dǎo)致涂層在工件表面的分布不均勻。這些問(wèn)題不僅影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，還可能導(dǎo)致涂層的保護(hù)性能在不同區(qū)域有所差異，影響產(chǎn)品的整體耐用性和防腐能力。

3.2 電泳涂層性能缺陷

在汽車(chē)鈑金件的電泳涂裝過(guò)程中，除了外觀缺陷之外，還存在一些涉及涂層性能的問(wèn)題，電泳涂層的性能缺陷主要影響涂層的防護(hù)能力和耐用性[4]。電泳涂層的附著力是決定其性能的關(guān)鍵因素之一，涂層與基材的良好結(jié)合能夠有效地保護(hù)基材不受腐蝕和外界環(huán)境的影響。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，涂層的附著力可能由于多種因素而變得不足，導(dǎo)致涂層在后續(xù)的使用過(guò)程中出現(xiàn)剝落或脫落。這種附著力不足主要因?yàn)榛谋砻嫣幚聿划?dāng)或電泳涂料自身的問(wèn)題，如果基材的表面處理如除銹、磷化處理不徹底，或表面殘留有油污、灰塵等污染物，就會(huì)嚴(yán)重影響涂層與基材的結(jié)合力。

雖然電泳涂裝廣泛用于提高汽車(chē)鈑金件的防腐蝕性能，但在某些情況下，涂層的耐腐蝕性可能不滿(mǎn)足長(zhǎng)期使用的要求。涂層的耐腐蝕性主要取決于涂料的成分、涂層的完整性以及涂層的厚度，如果電泳涂料中使用的樹(shù)脂、顏料和添加劑對(duì)環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)（如鹽水、酸、堿等）反應(yīng)性高或保護(hù)性不足，涂層的抗腐蝕能力就會(huì)降低。同時(shí)，涂層的不均勻或存在微缺陷（如針孔）也會(huì)成為腐蝕介質(zhì)侵入的通道，加速基材的腐蝕過(guò)程。涂層的厚度不足也是導(dǎo)致耐腐蝕性差的一個(gè)重要因素。過(guò)薄的涂層不能有效隔離腐蝕介質(zhì)，使得涂層的保護(hù)作用大打折扣，這些問(wèn)題如果不被控制，將極大地影響汽車(chē)鈑金件的使用壽命和安全性，增加企業(yè)的生產(chǎn)和維護(hù)成本。

上述這些缺陷的存在表明，盡管電泳涂裝技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)和材料質(zhì)量，以確保涂層能夠滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)的性能要求，汽車(chē)鈑金件的電泳涂裝不僅需要精確的工藝控制，也需要對(duì)涂料成分進(jìn)行科學(xué)配比和優(yōu)化，才能確保涂層的長(zhǎng)效性能，滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高耐久性和高防護(hù)性能的需求。

4 汽車(chē)鈑金件電泳涂裝改進(jìn)策略

4.1 優(yōu)化前處理和電泳本體工藝

汽車(chē)鈑金件的電泳涂裝質(zhì)量在很大程度上取決于前處理和電泳本體工藝的優(yōu)化。前處理階段是確保涂層質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，主要包括清洗、磷化或其他表面處理方法。優(yōu)化前處理可以從提高清洗和磷化的效率和效果出發(fā)，以確保基材表面的干凈和為電泳涂裝提供良好的基礎(chǔ)。例如，研究人員通過(guò)調(diào)整清洗流程中的溫度、時(shí)間和化學(xué)藥品的濃度，可以有效去除金屬表面的油脂、灰塵和其他污染物。磷化處理質(zhì)量的優(yōu)化是另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)選擇適合的磷化類(lèi)型（如鋅系、鐵系或錳系磷化）和精確控制磷化膜厚度和均勻性，可以顯著提高涂層的附著力和耐蝕性。表1展示了優(yōu)化前處理參數(shù)對(duì)附著力測(cè)試結(jié)果的影響。在這個(gè)示例中，通過(guò)提高清洗和磷化的溫度和時(shí)間，并略微增加化學(xué)藥品的濃度，可以顯著提高附著力等級(jí)，其中0級(jí)表示沒(méi)有剝離，是最佳結(jié)果。

電泳涂裝的核心是確保涂料均勻地沉積在鈑金件上，而這需要精確控制電泳槽的工藝參數(shù)，如電壓、時(shí)間、涂料濃度和槽液溫度，研究人員需要優(yōu)化這些參數(shù)，改善涂層的質(zhì)量和性能。例如，調(diào)整電泳電壓和時(shí)間，可以控制涂層的厚度和均勻性。在電泳涂料的配方方面，研究人員可以通過(guò)添加特定的助劑改善涂層的流平性和密閉性，從而減少涂層中的孔隙和缺陷。表2說(shuō)明了不同電泳參數(shù)對(duì)涂層厚度和耐腐蝕性的影響。可以看出，在優(yōu)化后的條件下，涂層的厚度有所增加，耐腐蝕性也相應(yīng)提高，鹽水噴霧測(cè)試顯示涂層能更持久地抵抗腐蝕環(huán)境的侵襲。

這些策略既可以提高涂層的質(zhì)量和性能，也有助于降低維護(hù)成本和延長(zhǎng)汽車(chē)鈑金件的使用壽命，優(yōu)化前處理和電泳本體工藝是提升電泳涂裝效果的關(guān)鍵，需要根據(jù)具體的生產(chǎn)條件和要求進(jìn)行調(diào)整和控制。

4.2 改善后處理工藝流程

在汽車(chē)鈑金件的生產(chǎn)過(guò)程中，電泳涂裝后的后處理工藝流程對(duì)于確保涂層質(zhì)量和提高整體汽車(chē)外觀及耐久性方面起到至關(guān)重要的作用。后處理主要包括涂層的固化、冷卻及檢驗(yàn)等步驟，研究人員通過(guò)優(yōu)化這些流程，可以顯著提升產(chǎn)品的質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

固化階段是確保電泳涂層性能穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涂層的固化條件直接影響到涂裝的硬度、光澤度及其機(jī)械性能。通常，固化溫度和時(shí)間的設(shè)定應(yīng)基于涂料的化學(xué)性質(zhì)和厚度來(lái)調(diào)整。例如，對(duì)于一種典型的環(huán)氧基電泳涂料，推薦的固化溫度為160～180 °C，固化時(shí)間為20～30 min。然而，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，提高固化溫度至190 °C，并將時(shí)間延長(zhǎng)至40 min，可以進(jìn)一步提高涂層的交聯(lián)密度，從而增強(qiáng)其耐化學(xué)品和耐磨性，這種優(yōu)化能改善涂層的硬度和光澤度，顯著提升涂層的裝飾性和保護(hù)性。

涂層的檢驗(yàn)是后處理流程中不可或缺的一部分，它確保了每一件產(chǎn)品都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法如目視檢查和厚度測(cè)量雖然基本可行，但在今天的生產(chǎn)環(huán)境下，采用更高精度和自動(dòng)化的檢測(cè)技術(shù)，如自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)（AOI）和激光掃描測(cè)厚，可以大幅提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。通過(guò)引入AOI系統(tǒng)，不僅可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)涂層的缺陷，如氣泡、裂紋或脫落等，還可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析軟件分析缺陷數(shù)據(jù)，進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程中的優(yōu)化，實(shí)施這些高技術(shù)檢測(cè)方法后，產(chǎn)品合格率可從97%提升至99.5%，有效減小了返工和廢品率，顯著降低了生產(chǎn)成本。

通過(guò)對(duì)后處理工藝流程進(jìn)行這些策略性的改進(jìn)，研究人員可以提高涂層的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以提升生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。這些優(yōu)化措施需要在全面考慮材料特性、生產(chǎn)條件和成本效益的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，以確保在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)鈑金件電泳涂裝作為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期防腐蝕和裝飾效果的關(guān)鍵工藝，其質(zhì)量不僅直接影響整車(chē)的外觀品質(zhì)和耐久性能，更關(guān)乎企業(yè)的生產(chǎn)效率和成本控制。雖然電泳涂裝技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨涂層外觀缺陷、附著力不足、耐蝕性差等諸多挑戰(zhàn)。為此，需要從電泳前處理、本體工藝、后處理等全流程入手，通過(guò)優(yōu)化清洗磷化、調(diào)整電壓電流和涂料配方、提高固化效率和引入自動(dòng)化檢測(cè)等一系列創(chuàng)新策略，全面提升電泳涂裝的效果和過(guò)程控制水平，這些改進(jìn)措施的實(shí)施，將有助于提高涂層質(zhì)量，保證產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和磨損的長(zhǎng)期防護(hù)能力，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，電泳涂裝工藝的深入優(yōu)化和創(chuàng)新發(fā)展，必將為汽車(chē)工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入新的動(dòng)力。

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作者簡(jiǎn)介：

朱付勇，男，1990年生，助講，研究方向?yàn)樾履茉雌?chē)技術(shù)。