2023-03-17
電泳涂料的樹脂經(jīng)酸或堿中和劑中和以后能溶解分散于水中，此聚合物電解質(zhì)便離解形成帶電膠粒，在直流電場中，離子化的樹脂膠團將同時發(fā)生電泳、電解、電沉積和電滲作用，使之在金屬表面附著一層樹脂膜，電泳涂裝法涂料利用率高達 98%。汽車電泳涂裝工藝為行業(yè)內(nèi)應用最廣泛的涂裝工藝技術之一，各汽車涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場也對電泳漆槽液及電泳漆膜進行科學管控，但電泳漆膜縮孔質(zhì)量問題仍為涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場最常見的涂膜缺陷之一。 本文通過解決某公司涂裝車身生產(chǎn)線工藝調(diào)試過程中出現(xiàn)的電泳縮孔質(zhì)量問題，并將解決措施落實到涂裝技術標準規(guī)范中，從而實現(xiàn)電泳涂裝工藝科學管理的過程。 某公司涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場在電泳涂料投槽結束，工藝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)車身電泳漆膜表面存在縮孔質(zhì)量問題，目視檢查烘干前電泳漆膜上無縮孔，但當電泳車身經(jīng)過電泳烘房漆膜干燥固化后，電泳車身表面不平整，出現(xiàn)火山口形狀的凹陷問題，整車發(fā)生電泳漆膜縮孔且無明顯分布規(guī)律，平均一臺車身電泳縮孔數(shù)量超過600 個(直徑≥1 mm 的縮孔），車身發(fā)生電泳縮孔問題后，電泳打磨工位的工作量超出標準工時要求，打磨后電泳漆膜厚度減少，嚴重影響車身防腐性能。 該涂裝生產(chǎn)線涂裝工藝為水性 B1B2 工藝，在現(xiàn)場工藝調(diào)試過程中，車身電泳漆膜縮孔未經(jīng)打磨徹底就轉入面漆工序進行色漆和清漆噴涂工作，面漆對電泳縮孔無法填充遮蓋，導致面漆車身下線后進入大返修。涂裝工藝技術人員在現(xiàn)場解決問題的主要方向是查找電泳漆膜縮孔產(chǎn)生的主要原因，并解決電泳漆膜縮孔質(zhì)量問題，確保工藝調(diào)試合格。通過現(xiàn)場調(diào)查，電泳漆膜縮孔問題的可能原因是焊裝下線后車身防銹油涂抹量較大，涂抹量≥2 g/㎡ 為重涂油，所以采取的臨時措施是沖焊生產(chǎn)車間現(xiàn)場增加外協(xié)工件及自制件表面人工擦拭去除防銹油工序，涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場在電泳下線進入電泳烘房前，增加人工吹水工序，防止油水共沸。 2.1 問題調(diào)查 對電泳縮孔部位進行實驗室截面分析，通過掃描電子顯微鏡(SEM）與 EDS 能譜圖進行分析，SEM 觀察電泳縮孔表面微觀形貌、表面形態(tài)、斷口、微裂紋等；EDS 檢測電泳縮孔部位元素及其分布。二者配合使用對材料表面成分化學元素類型及含量開展詳細的數(shù)據(jù)檢測分析。 SEM 結果顯示，電泳縮孔位于電泳漆膜之上，縮孔形貌為“D”型縮孔，但在縮孔凹陷處未觀察到明顯外來顆粒及異物。EDS Mapping 結果顯示，電泳漆膜縮孔部位無異常元素分布，初步判定為此次電泳縮孔產(chǎn)生的污染源濃度較低，在電泳漆膜表面造成表面張力梯度，需要找出并消除污染源。 2.2 縮孔原因分析 白車身在沖焊裝車間完成沖焊工藝，通過焊涂連廊輸送線自動轉入涂裝生產(chǎn)線上線工位，生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)，白車身表面滿足涂裝前白車身質(zhì)量要求，目視無鐵屑、焊渣等雜物，涂裝車間檢測白車身含渣量≤5g/臺，滿足標準要求。涂裝生產(chǎn)線為水平擺桿輸送方式，前處理電泳生產(chǎn)結束，車身轉至地面滾床輸送系統(tǒng)，通過升降機將白車身送入Ⅱ式電泳烘房進行烘干。 電泳漆膜縮孔產(chǎn)生的原因非常多，如前處理脫脂工序堿度低、脫脂除油率低、車身上的油脂未去除干凈、電泳槽過程中油污污染形成縮孔；電泳漆工藝參數(shù)不在工藝要求范圍內(nèi)，如電泳過程電壓設定過高、溶劑含量過低、固體含量過低、顏基比過低等均會導致電泳漆膜縮孔問題的發(fā)生；電泳槽液循環(huán)過濾系統(tǒng)過濾袋多為紡織物和無紡布制成，濾芯一般是纖維或塑料材質(zhì)；更換過濾袋之前應進行縮孔適應性試驗；電泳烘干室體內(nèi)部鏈條選用的高溫潤滑油、高溫潤滑脂每批次開展配套性驗證，在電泳漆膜烘干過程中加熱減量揮發(fā)物冷凝后也會引起電泳漆膜縮孔；電泳結束后進入電泳烘干前瀝水時間不足，電泳烘房升溫速率過快(超過 14 ℃/min）會導致夾縫油爆沸，產(chǎn)生縮孔。由于造成電泳漆膜縮孔的原因有很多，且電泳漆膜縮孔大部分在漆膜烘干后才發(fā)現(xiàn)，給現(xiàn)場查找問題的主要原因帶來一定的難度。現(xiàn)場解決問題采取排除驗證法，頭腦網(wǎng)暴列出最全的影響因素，設計 DOE 試驗驗證分析引起電泳縮孔的主要因素。 2.2.1 車身防銹油脫脂效果驗證 汽車進入涂裝前處理生產(chǎn)線，白車身表面可能存在的污染物有：防銹油、潤滑油、清洗油、各種潤滑劑、車身密封劑和膠黏劑、預磷化層殘渣、薄有機涂層、焊渣、金屬顆粒及其他污染物( 如記號筆標記、灰塵、指紋、搬運痕跡）等。脫脂的主要目的是去除這些污染物，以金屬表面目視水膜完整作為判定標準，即用水沖洗掉多余的脫脂化學試劑后金屬表面能夠形成連續(xù)水膜。此時的金屬表面是一種能夠參與化學反應的表面，能在合理的時間內(nèi)生成磷化膜(或其他轉化層）。脫脂槽液的參數(shù)控制主要包括：總堿度、游離堿度、電導率及pH，定期監(jiān)控配槽用水的硬度及氯離子濃度。 脫脂效果的判定標準為觀察脫脂水洗后車身表面水膜連續(xù)性，如車身表面水膜不連續(xù)，則脫脂效果不滿足要求，如車身表面水膜連續(xù)，則脫脂效果滿足要求。通過微譜分析，發(fā)現(xiàn)不同的防銹油品主要區(qū)別為是否含有礦物油。礦物油主要由飽合及不飽合烴組成，需要通過表面活性劑的乳化分散將其去除。目前洪流水洗槽和預脫脂槽在逐步添加表面活性劑，加大清洗效果。對沖焊生產(chǎn)過程現(xiàn)場油品開展脫脂除油率驗證，驗證流程為：試板表面涂油→試板在 110℃烘箱內(nèi)烘干2h→實驗室條件下放置48h→按照工藝流程脫脂→水洗。試板進行試驗后觀察試板表面，水膜連續(xù)，脫脂除油率≥95% ，滿足要求。脫脂除油率試驗檢測項目及方法見表 1。 2.2.2 電泳槽液工藝參教 電泳槽液工藝參數(shù)不在工藝要求范圍內(nèi)也會引起電泳漆膜縮孔，顏基比失調(diào)、顏料含量偏低、灰分過低，電泳漆膜表面易出現(xiàn)縮孔、遮蓋不良、漆膜光澤上升等現(xiàn)象。一般根據(jù)現(xiàn)場槽液工藝參數(shù)化驗結果按照比例向電泳槽液內(nèi)補加物料，按要求比例補加新料，提高顏基比在工藝要求范圍內(nèi)，電泳槽液的有機溶劑比例過低，電泳漆膜厚偏低，電泳漆膜表面目視干澀無光，外觀粗糙，表面不平整光滑，嚴重情況會導致電泳漆膜縮孔，需要適量補加新料和溶劑。針對電泳槽液的各項工藝參數(shù)，對電泳槽液進行化驗分析，試驗結果表明電泳槽液工藝參數(shù)正常，詳見表 2。 2.2.3 涂裝適應性材料 電泳材料直接或間接接觸電泳烘房鏈條高溫潤滑油脂、車身防銹油等，最容易導致電泳產(chǎn)生縮孔問題。對現(xiàn)場烘房使用的高溫鏈條油脂、車身防銹油與電泳漆開展配套性縮孔試驗，試驗方法采用”皇冠法”。采用耐200℃高溫的錫箔紙制備盛油用的小杯敞口容器，容器的直徑為 2 cm，高度為 0.5 cm。將需要驗證的油脂用 0.2 mL的二甲苯溶劑進行溶解稀釋，放到敞口容器中，再加入 0.2 ml 的純水進行稀釋，按工藝要求進行電泳漆膜泳板工作(試板尺寸為 150 mm x70 mm x0.8 mm，膜厚要求在 16 um 左右），將制備好的油水混合容器固定在電泳濕膜表面，放入烘箱內(nèi)烘干固化(165℃x20 min）固化完全后，對電泳漆膜表面的縮孔數(shù)量進行評價，判定標準以電泳縮孔平均密度(個/c㎡）表示，優(yōu)=0，良<1，中等 1-3，差>3。認驗結果見去 3。 試驗結果表明，烘房高溫鏈條油脂在一定電泳膜厚下的板面無縮孔，該油脂與電泳涂料有良好的配套性。車身部分外協(xié)件防銹油與電泳漆配套性較差，配套性較差的防銹油涂布在車身內(nèi)表面及夾縫部位，夾縫部位脫脂不凈，電泳后瀝水時間不足，電泳烘房升溫速率過快，導致在電泳烘房內(nèi)車身夾縫防銹油爆沸，電泳漆膜表面產(chǎn)生縮孔。 2.2.4 電泳烘房 前處理脫脂工序脫脂除油率不滿足要求或夾縫油水未瀝液干凈，電泳后進行電泳烘烤，車身初始烘干溫度過高會加劇縮孔、流痕等問題發(fā)生，初始升溫速率過快，小空腔、縫隙內(nèi)液體在快速受熱后爆沸或流出，在車身外表面形成縮孔或流痕。理論上降低烘房初始溫度是可以減輕夾縫油爆沸縮孔問題，但由于可能對漆膜烘干產(chǎn)生影響，生產(chǎn)現(xiàn)場電泳烘房共計 30 min，升溫 10 min，保溫 20min，結合電泳涂料烘干窗口優(yōu)化爐溫設置，車身爐溫曲線(170 ℃穩(wěn)定 15 min）滿足產(chǎn)品工藝要求(保證電泳漆膜性能最低要求165℃、15min），對爐溫實測最低爐溫處進行電泳漆性能測試，結果合格，確保電泳漆膜烘干固化完全的情況下降低升溫速率。對降低升溫速率后的車身縮孔進行分析，經(jīng)統(tǒng)計整車縮孔數(shù)量下降 90%以上；電泳烘房爐溫調(diào)整優(yōu)化可以有效降低電泳縮孔數(shù)量，并能保證電泳漆膜性能合格。 針對本次電泳縮孔漆膜缺陷采取有效的解決措施，要求不滿足配套性要求的外協(xié)件防銹油品升級為滿足要求的產(chǎn)品型號，更換為驗證合格的 MU-320A油品。同時對電泳烘房爐溫設定優(yōu)化進行工藝驗證，在電泳涂料烘干窗口內(nèi)，降低電泳烘房升溫速率，電泳車身漆膜表面縮孔數(shù)量大大降低，效果顯著，電泳縮孔問題基本解決。 該生產(chǎn)線電泳烘干工藝要求，整車車身溫度上限不超過 220℃，推薦溫度 170℃，20 min；車身下限溫度 165℃，15 min；爐溫設置；升溫一段由 180 ℃降低為 130℃；升溫二段由 180℃降低為 160 ℃；升溫三段由 183℃升溫至195℃： 保溫一段由 185 ℃升溫至195 ℃：保溫二段由 185℃升溫至 195℃?，F(xiàn)場經(jīng)過嚴格的工藝驗證，產(chǎn)品質(zhì)最合格，在工藝文件中固化工藝參數(shù)。 現(xiàn)場出現(xiàn)的電泳漆膜縮孔問題得到解決，為避免此類質(zhì)量問題的再次發(fā)生，制定了相應的鞏固措施： 1）新建涂裝生產(chǎn)線在工藝規(guī)劃階段，電泳烘干入口前瀝水工位時間加長，最好≥8 min，增加自動吹水，把車身表面及夾縫水分完全瀝凈，電泳烘干升溫時間盡可能長一些；升溫速率≤13℃/min；因為水在 100℃沸騰，所以烘干爐設計時在 95℃左右最好可以停留5-10 min，將車身表面及夾縫中的水分緩慢揮發(fā)干凈。 2）新車型在設計階段，通過開設漏液孔、增加鈑金間隙或減小存液空腔體積等方法對空腔或縫隙內(nèi)殘留液體進行疏導減少，使其可以在烘干前瀝水排盡，避免烘干過程中受熱導出。采用的方法包括優(yōu)化設計結構、優(yōu)化包邊膠膠量、提升包邊壓合度等，均屬于“疏”與“堵”范疇，這也是從源頭解決夾縫油爆沸問題。 3）生產(chǎn)線在安裝調(diào)試過程中，前處理、電泳工段的閥門等應多次拆卸徹底清洗，要求不得含有對涂裝過程有害的物質(zhì)；對設備在安裝及調(diào)試階段使用的潤滑油、潤滑脂、保溫棉等材料與電泳漆等進行適應性試驗驗證，要求配套性良好且不會產(chǎn)生漆膜縮孔等質(zhì)量問題；烘房鏈條使用的高溫鏈條高溫潤滑油脂、車身防銹油等在正式加注前，需開展適應性試驗驗證工作，對于生產(chǎn)線使用的電泳漆，驗證選擇至少兩種型號的油品與之匹配，并納入控制計劃中使用。 4）在量產(chǎn)過程中，電泳烘房室體內(nèi)部安排專業(yè)保潔人員定期開展保潔工作，確保烘房清潔度。涂裝對任何外來的物質(zhì)均進行確認，如沖焊更換防銹油、拉延油、膠等產(chǎn)品時，提前提供樣品至涂裝，涂裝開展配套性縮孔試驗驗證，驗證合格后方可切換使用。 以上措施實施后，新建涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場在電泳調(diào)試過程中未出現(xiàn)電泳漆膜縮孔問題，有效控制了電泳漆膜縮孔質(zhì)量問題的發(fā)生。 電泳漆膜縮孔是車身涂裝過程最常見的漆膜弊病之一，嚴重影響車身表面質(zhì)量，如露底的縮孔無法保證漆膜的致密性，特別是電泳漆膜縮孔。人工打磨過程中很容易磨穿導致漆膜打磨露底，需要噴涂防銹底漆進行修補，但是防銹底漆的防腐性能與電泳漆膜防腐性能相比有一定的差距，所以電泳漆膜縮孔質(zhì)量問題應著重于預防、加強涂裝生產(chǎn)過程的工藝管理，把縮孔等質(zhì)量問題控制在前期，通過工藝管控措施的有效實施，減少漆膜弊病的發(fā)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量。引起涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場電泳漆膜縮孔原因非常復雜，且可能并存多種影響因素，結合本文縮孔質(zhì)量問題原因分析總結的經(jīng)驗，希望可以幫助同行快速找到電泳漆膜縮孔產(chǎn)生的主要原因。
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