阴极电泳涂装手册中文版.doc

11 3 97Ver1 阴极电泳漆涂装手册阴极电泳漆涂装手册 阴极电泳涂装手册 11 3 97i Ver 1 目录目录 1 简介简介 1 1 1 1 电泳涂装的历史电泳涂装的历史 1 1 1 2 为什么要采用电泳电泳涂装为什么要采用电泳电泳涂装 1 2 1 2 优点优点 1 2 1 2 2 局限性局限性 1 5 1 3 什么是电泳涂装什么是电泳涂装 1 3 1 阳极电泳和阴极电泳的区别阳极电泳和阴极电泳的区别 1 5 1 4 电化学反应电化学反应 1 10 1 5 槽液及加料组份槽液及加料组份 1 16 1 6 去离子水去离子水 1 18 1 7 膜膜 1 20 1 7 1 超滤膜超滤膜 1 21 1 7 2 阳极膜阳极膜 1 23 1 8 本节摘要本节摘要 1 23 2 设计要素设计要素 2 1 2 1 介绍介绍 2 1 2 2 总体设计总体设计 2 1 2 2 1 基本要求基本要求 2 1 2 2 2 滴漏盘滴漏盘 2 2 2 2 3 吊具设计吊具设计 2 2 2 3 金属前处理金属前处理 2 4 Automotive Electrodeposition Reference Manual iiVer 1 2 3 1 车身清洗车身清洗 2 4 2 3 2 磷化磷化 2 4 2 4 电泳槽电泳槽 2 6 2 4 1 流动方向流动方向 2 6 2 4 2 可调堰可调堰 2 7 2 4 3 槽堰超出液面高度与溢流槽堰超出液面高度与溢流 2 8 2 4 4 槽前段过滤槽前段过滤 2 9 2 4 5 尺寸 间隙尺寸 间隙 2 11 2 4 6 电泳时间电泳时间 2 12 2 4 7 入槽角度入槽角度 2 13 2 5 建槽材料建槽材料 2 13 2 5 1 浸槽浸槽 2 13 2 5 2 槽的间壁室槽的间壁室 2 14 2 5 3 槽衬里槽衬里 2 14 2 6 槽液循环槽液循环 2 15 2 6 1 表面液流表面液流 2 16 2 6 2 管路内流速管路内流速 2 16 2 6 3 泵泵 2 16 2 6 4 管路管路 2 18 2 6 5 阀阀 2 19 2 6 6 压力表压力表 2 20 2 6 7 垫圈材料垫圈材料 2 21 阴极电泳涂装手册 11 3 97iii Ver 1 2 6 8 过滤过滤 2 21 2 6 9 槽液冷却槽液冷却 2 22 2 7 电气电气 2 23 2 7 1 阳极阳极 2 23 2 7 2 阳极顶盖阳极顶盖 2 25 2 7 3 阳极隔膜系统阳极隔膜系统 2 25 2 7 4 电源电源 2 27 2 7 5 超滤器超滤器 2 29 2 8 淋洗淋洗 2 8 1 概述概述 2 30 2 8 2 槽上冲洗槽上冲洗 2 32 2 8 3 第一道和第二道冲洗第一道和第二道冲洗 2 33 2 8 4 各道冲洗之间的沥液各道冲洗之间的沥液 2 36 2 8 5 浸洗浸洗 2 36 2 8 6 循环去离子水循环去离子水 2 38 2 9 去离子水或反渗透水去离子水或反渗透水 2 39 2 10 温度防护温度防护 2 41 2 11 停线停线 2 41 2 12 烘干烘干 2 42 2 13 涂料储备槽涂料储备槽 2 43 2 14 槽液配置槽液配置 2 43 2 14 1 树脂组分树脂组分 2 44 Automotive Electrodeposition Reference Manual ivVer 1 2 14 2 颜料浆组分颜料浆组分 2 45 2 14 3 加酸加酸 2 47 3 系统操作系统操作 3 1 3 1 简介简介 3 1 3 2 金属清洗及磷化金属清洗及磷化 3 2 3 2 1 预清洗预清洗 3 2 3 2 2 磷化磷化 3 3 3 3 槽的设计和结构槽的设计和结构 3 4 3 4 槽液循环槽液循环 3 6 3 5 电泳槽加电装置电泳槽加电装置 3 7 3 5 1 阳极阳极 3 7 3 5 2 整流器整流器 3 8 3 6 超滤超滤 3 8 3 7 清洗系统清洗系统 3 11 3 8 烘干烘干 3 11 4 分析试验分析试验 4 14 4 1 电泳漆固体分 不挥发份 电泳漆固体分 不挥发份 4 15 4 2 电泳漆电泳漆 pH 值值 4 3 4 3 电泳漆的电导率电泳漆的电导率 4 5 4 4 试板及试板评价试板及试板评价 4 7 4 5 干膜厚度测量干膜厚度测量 4 12 4 6 相容性试验相容性试验 4 23 阴极电泳涂装手册 11 3 97v Ver 1 5 专有名词专有名词 5 1 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 1 Ver 1 电泳漆简介电泳漆简介 电泳涂装的历史电泳涂装的历史 在美国福特车厂 George Brewer 博士的领导下 福特汽车公司从 1957 年就着手研究电泳涂装 这个计划是开发一种改善车身难涂部位防腐蚀性的方法 汽车制造厂商们早已注意到汽车内部隐蔽处的锈蚀 但暴露在外的平面部位 如车顶却不易锈 蚀 虽然浸涂法能使涂料进入汽车内部 但是在烘干过程中 油漆因溶剂蒸发而被洗掉 于是 Brewer 博士领导小组努力去开发一种在施工过程中溶剂可以从涂膜中被排除掉的涂料 他们的工 作开创了电泳涂装 福特公司的第一个用于车轮涂装的生产槽在 1961 年 7 月 4 日开始运行 用来涂装汽车车身的 Wixom 槽建于 1963 年 这两个槽所用的均是阳极电泳漆 开发电泳涂装后 虽然市场的需求稳定增长 但直到 1973 年阴极电泳漆问世时 市场需求才 真正繁荣起来 1965 年只有 1 轿车用电泳底漆 到 1970 年增加到 10 现在几乎 90 用电泳底 漆 为什么要电泳涂装为什么要电泳涂装 由于电泳涂装具有明显的优点 此工艺在过去的 20 年中已成为汽车涂底漆的最主要方法 以 下的电泳涂装优点清楚地说明了它获得惊人成功的原因 优点优点 电泳漆在非常隐蔽的部位 如翻边以及箱式结构 仍能形成完整的保护膜 从而得到较高的防 腐蚀性 尤其与喷涂法相比 涂料利用率能达到 95 以上 减少了涂料的浪费 使用水做载体 免除了火灾危险 大大降低了水和空气的污染 明显地减少了环保设备费用 槽液粘度低 大约等于水的粘度 泵送容易 也利于被涂车身的沥干 刚沉积电泳上的漆不溶于水 允许彻底清洗 且可回收带出的槽液 未固化的漆膜不粘手 甚至可以作某些处理 不象喷涂的涂膜 电泳沉积的涂膜在烘干时不流掛 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 2Ver 1 与浸法涂装不同 电泳沉积在内腔部位的涂膜 在烘干过程中不会被热蒸汽洗掉 由于生产过程自动化 大大降低了直接劳动成本 电泳工艺稳定 可保证漆膜均一涂于工件上 电泳涂装法问世后 第一次考验是相当复杂的 但由于下列几个理由 实际上掌握它并不比其它 涂装方法难 槽的容量很大 使涂料或工艺参数的波动减少到最小 操作工艺参数已有明确的规定 且是以丰富的经验为基础 PPG 电泳漆实验室每周从槽中取的样品做实验 常常是在生产线上出现问题之前就能预报 由于 PPG 电泳漆实验室时监控实验室 可以实现以下对工业规模的工艺过程的严密控制 可以涂装各种各样的金属底材 且可进行不同条件的严格考验 可以容易的对几个槽进行相互比较 在电泳实验室使用的试验槽中 调近阳极 阴极间距可用来放大在这方面经常出现的问题 电泳涂装的局限性电泳涂装的局限性 虽然电泳的优点比缺点多 但是还是有一些局限性 电泳工艺只能用在导电的底材上 当涂装的 物体烘干后 不可能进行第二次电泳涂装 因此 电泳涂装主要被用来涂底漆 涂不同的颜色 涂膜要在不同的槽中进行 什么是电泳涂装什么是电泳涂装 阳极沉积法和阴极沉积法的区别 已经开发了阳极电泳漆和阴极电泳漆两种类型的电泳漆 阳极电泳漆首先投入正式生产有两个原 因 早期的树脂制造技术都是以含酸基团的树脂为基础 中和后 他们可以溶于水 当水溶性树脂沉积后 它可以恢复其酸性基团的功能 当此涂层被烘干时 这种酸性基团可使 漆膜其迅速交联 固化 阴极电泳漆的树脂在 1975 年阳极型树脂商品化之前很长一段时间内就有能力制造了 但其正式 投产之前要克服以下两个主要的问题 降低碱性聚合物固化的温度 同时还要确保漆膜的均一性 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 3 Ver 1 必须降低槽液的腐蚀性 热固型树脂的固化过程称为交联 这个过程是以热为动力 较小分子的沉积膜经化学交联形成 一个完整的表面 电泳漆膜交联的反应取决于涂膜的化学反应环境 靠这些固化反应获得的涂膜结构 对其防腐性 能 具有真正的实际价值 反应的条件也决定了烘干时间及温度 以及消耗能源 阳极电泳槽液一般 pH 约为 9 可沉积涂层却是高酸性 酸催化的交联反应比较容易进行 对阴极电泳就有所不同了 阳离子树脂的交联反应可以在内部或外部进行 但因未固化阴离子涂 膜具有碱性 所以外部交联反应较缓慢 内部的交联是靠与阳离子树脂混合的氨基甲酸脂基团进行的 这些交联剂于正常槽液温度下在水 中很稳定 但在固化温度下就变得活泼起来 通过采用一些特殊的处理工艺 确保这些交联剂不 会在槽液温度起反应而引起槽液的不稳定性 虽然多种树脂都可以适用于电泳涂装 但最常见的是热固型的 热固型的树脂在烘干时融合或融化成为一坚硬 均匀的耐溶剂涂膜 研发人员必须确保树脂具有硬度 柔韧性 附着力 耐水及化学品性 颜料湿润性及其它特性 用于制造电泳漆的树脂还必须具备如下特性 树脂必须可溶解或分散成一种稳定的溶液 可以适应多种生产条件 树脂必须能沉积在一个电极上 形成一光滑 致密 绝缘 并含有颜料的湿涂膜 必须能够泳涂外形复杂的工件 必须在冲洗时不再被溶解掉 经烘干后的涂膜具有机械及化学稳定性 以满足保护和 或 装饰的需要 虽然电泳涂装的原理是从阳极电泳系统获得的 但是直到开发出了阴极电泳涂装法以后 电泳 涂装才成为汽车涂底漆普遍采用的方法 阴极电泳漆有以下优点 较低的膜厚具有良好的防腐蚀性 保证工件内表面泳透力的同时 外表面上涂膜也不会过厚 双金属复合层也能获得良好的防腐蚀性 可适应日益扩大的镀锌钢板用量的需求 它具有耐皂化性 在全镀锌的车身板上可长期保持其附着力 电泳本身耗电量少 从而用于冷却的冷量也少 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 4Ver 1 本身具有足够的光泽度 可喷涂或不喷涂中涂 同时在没有中涂的情况下也不影响面漆的亮度 其实 阴极电泳的最主要优点还是防腐蚀性非常优良 材用阳极电泳时 由于通电时的阳极反 应从被涂工件上溶下的金属离子常常包含在漆膜中 在漆膜中存在的铁离子就成了开始生锈的 诱因 另外 沉积时 阳粒子树脂呈碱性 这样就成为天然的缓蚀剂 电化学反应电化学反应 到此为止 我们已经讨论了阳极漆和阴极漆 并且已使用了阳离子 阴离子等术语 虽然阳极 和阴离子可以作为同义词使用 其实他们是用于表示一个事物的两个不同方面的 带正电荷的电极称为阳极 带负电荷的电极成为阴极 水溶液中含有的带电粒子称为离子 离子 是带电荷的原子和分子 阴离子带负电荷 阳离子带正电荷 如果大家都明白异性相吸的道理 问题就简单了 阴极带负电 所以它排斥负电荷而吸引正电荷 溶液中带正电荷的离子称为阳离子 带负电荷的离子称为阴离子 这样 根据异性相吸的原理 阳离子 带正电荷 与阴极 带负电荷 相互吸引 由于阴极位置相对固定 故此阳离子便移向 阴极 这种运动称为迁移 带负电荷的离子把带正电的树脂分子存在于阴极系统的溶液中 树脂的溶解性取决于阴 阳离子 的电平衡 电泳漆沉积在阴极上时 此工艺称为阴极电泳 带正电荷的漆称为阳离子型电泳漆 故此 阴极 的 极 阳离子的 两个术语即分别表示漆的沉积对象及沉积漆的带电类型 这两个术语常可互 换使用 电泳涂装工艺在英语中有以下几个名词 跟电镀工艺相似 比如汽车保险杠度铬 电泳 电镀这两种工艺都是通过利用电流产生沉积 不 同之处在于 电镀时沉积金属离子 电泳时沉积有机树脂分子 阴极电泳涂装是一种将被涂件浸入水稀释的涂料中 进行类似电镀上漆的涂漆工艺 通过在涂料 中通直流电 在阴极电泳涂装体系中 被涂件作为阴极 带负电 油漆固体份带正电荷 因 此被吸引到阴极 漆膜的电沉积过程同时包含有电泳 电解 电沉积 电渗等过程 对于电泳槽的操作人员来说 他们不一定要懂得这些原理 我们在此只是把在电泳槽中所发生的化学反应以及工艺原理进行解 释 电解是靠通电使导电液体分解 水电解生成氢气和氧气是大家最熟悉的电解例子 电解通常同 时在一个或两个电极上析出气体 在电泳涂装过程中这种气体的析出却是不利的 它对后面将 要讨论的重要特性 泳透力 有影响 由于气体析出与电流成正比 因此要避免在沉积过程中 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 5 Ver 1 突然的电流波动 并且要将槽液电导率限制在特定的范围之内 这种电导的限制只是对油漆电 导率的控制 并不考虑由于磷化液的带入或去离子水质量差所导致的杂离子污染杂质离子物所 产生的电导率作用 诸如此类污染的作用将会在下文讨论 电泳是在一电势电压作用下 导电介质中胶体离子的移动过程 例如 发生在电泳涂装过程中 电泳的是颜料粒子及胶体树脂粒子的运动 移动 在这电势的作用下 这些粒子靠电泳过程移 向阴极 电沉积就是油漆粒子沉积在一个电极上 带正电的粒子将聚积在阴极上 带负电的粒子会在阳 极上聚集 由于这些带负电的粒子 称离子 使带正电的树脂保持在溶液中 它们有时被叫做 平衡离子 涂料的漆基一般为阳离子型 沉积只发生在阴极上 它是一个不可逆过程 在阳极上不形成涂 膜 电沉积的第一步是水的电化学分解 电解 如果漆液 PH 值呈中性 在阴极上最初的反应是 产生氢气和氢氧根离子 OH 这个反应导致在阴极面上形成一高碱性边界层 当阳离子树脂 树脂及颜料 与氢氧根离子反应 变为不溶于水时 这就产生了沉积后的涂膜 但如果碱性 边界层达不到大约 12 的临界 PH 值 将得不到不溶于水的涂膜 电渗是要讨论的最后一个过程 当涂料固体份在阴极上沉积之后 此涂膜为半渗透性 水份从 阴极附近通过沉积过程排斥出来 引起涂膜脱水 这种涂膜已具有抗物理变形性 由于沉积涂膜的不溶于水性 允许用水清洗电泳板洗掉电泳带出的漆液 当被涂工件从电泳槽中 出来时 在其表面上附着一层未沉积的槽液 为了获得外观良好的电泳漆膜 必须将带出的槽液 洗掉 总之 当加电压于装有导电溶液槽中的两个电极时 就产生溶液的电解和带电粒子的电泳 在 阴极上发生聚积或沉积 这个过程一直持续到整个阴极表面被连续 均匀的涂膜所覆盖 因为此电极沉积膜在既定的电压下具有一较高的电阻 所以当所有表面及边缘被涂膜覆盖时 电泳沉积过程会自己停止 涂膜的厚度直接与沉积涂层的电阻成正比关系 泳透力是一个比较性的参数 其定义是电泳涂料能使被涂装工件的凹深处或被隐密表面被涂上的 程度 电泳漆膜电阻高 则泳透力就好 泳透力是电泳工艺最重要的参数之一 如果电泳涂装不能将防腐涂膜涂覆在用其它涂漆法所不可 能达到的工件表面上 电泳涂装将永远仍是实验室研究的问题 由于泳透力如此重要 让我们 探讨一下一些影响泳透力的重要因素 变量 与泳透力的关系 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 6Ver 1 电泳时间 直接成正比 漆液固体份 直接成正比 电泳电压 直接成正比 如果想获得较高的泳透力而增加电压则必须小心 此膜厚度也会由于电压的增加 导致漆膜击穿 当高电流密度引起电极上气体析出失控时 便会发生击穿 气体的产生消耗电流引致泳透力下 降 则不可能使隐蔽表面涂上漆 击穿过程也使漆膜绝缘性能受到影响 槽液及加料组份槽液及加料组份 固体份在电沉积过程中被消耗 用作补充的组份称为补加漆料 补加漆料包括高浓度的颜料浆 和低粘度乳白色的树脂 PPG 公司向用户供应双组分补加漆料有以下两个原因 颜料浆与树脂的加料比例可以根据用户的工艺操作所需及涂膜特性的特别要求而加以调整 颜料浆通常比树脂的粘度高 如果颜料浆预先与树脂混合 由于加树脂后会导致粘度降低而产 生沉降 会使操作者在使用过程中遇到困难 用于电泳漆的颜料必须细心选择 不能使用水溶性太强的或与水起反应的颜料 典型的阴极电泳漆由以下四种成分组成 可与酸形成水溶性的聚合物 被一种专用的水溶性树脂湿润的颜料 混合溶剂 去离子水 聚合物和颜料在前面已经讨论过 混合溶剂是水溶性的乙二醇醚类 它有助树脂在水中的水分 散和提高涂膜的均一性 溶剂改善涂膜的均一性有两种途径 当涂膜沉积时 发生某些聚结 树脂微粒聚到一起 这个作用有助于增强涂膜的电阻及形成 均一的涂膜 在烘干过程中 混合溶剂有助于涂膜的流平 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 7 Ver 1 去离子水去离子水 去离子水是一种将自来水或生水经处理后制成适合配电泳漆槽液用的水 去离子工艺在工业成 本方面远比 蒸馏水或反渗透水经济得多 蒸馏是把水煮沸然后冷凝除去不溶性杂质 反渗透是使用膜分离工艺达到同样的目的 去离子是使自来水通过离子交换柱除去可离子的矿物质 此工艺需同时使用一强酸性阳离子交 换柱和一强碱性阴离子交换柱以除去水中所有离子 在去离子的第一步 阳离子 例如钙 镁 钠 被 H 氢离子 置换 第二步 阴离子 例 如氯化物 硫酸盐 二氧化硅 都被 OH 氢氧根离子 置换 H 和 OH 结合生成水 H O 进水的化学成分 温度 操作压力等因素是离子交换工艺中的重要参数 多年前 关于电泳漆系统用水的纯度的标准已被定出 而这些标准是由油漆制造厂 和最终用户 共同开发和订立的 目前 对阳离子漆 阴极电泳漆 系统的水纯度标准是 10 微姆欧或 100000 欧姆 欧姆是一个 电阻单位 姆欧是导电性的计量单位 姆欧是欧姆的简单倒拼 如果水质的电导率大于 25 微姆欧 槽液可能被污染 水质低于 25 微姆欧就不会引起什么问题 但也不会提供系统的水 平 为了防止漆液被污染 电泳槽中要用去离子水 无机杂质会引起两个问题 在电泳过程中无机物的存在会影响涂膜的外观和抗腐蚀性 游离的无机物 带电荷 它们泳动并消耗用于涂漆的电能 因为纯水是良好的溶剂 所以被 用 于电泳槽液的配制 电泳涂膜的最终淋洗及磷化后除去前处理残留物 离子交换的能力会随连续运行而降低 最后达到失效点 这时 可用强酸和强碱再生 为此 盐酸 HCL 和氢氧化钠 NaOH 溶液是推荐选用的材料 决不能用片状 NaOH 因为它会 引起阀门堵塞 交换柱再生之后 必须将所有的酸 碱 即使是微量 从系统中冲洗干净 任 何残留的酸碱 将对电泳槽液有破坏性影响 隔膜隔膜 隔膜可以有选择性的允许一种粒子或一种分子通过 而挡住其它物质 使用特定尺寸的隔膜或 使用在高电荷密度下运行的阳极液 电渗析 隔膜 可以达到这种状况 在所有的电泳槽中泳用到两种隔膜 阳极膜和超滤膜 阳极膜的作用是除去阳离子树脂电泳到 工件时产生的酸积聚 超滤膜的作用有两个 为闭路冲洗系统提供清洗液 冲洗掉由电泳槽中带出的浮漆 提高油漆利用率 从而得到清洁 的产品 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 8Ver 1 除去可能从磷化带入电泳槽中的水溶性污染物 超滤膜超滤膜 超滤膜是利用筛分原理工作藉此把所需的并能通过隔膜微孔的物质与不能通过的溶解分子颗粒分 开 一般的过滤是在压力作用下强行是液体通过多孔介质 同样 在超滤中 也实在压力下强行通 过多孔介质 然而 这孔径要小 1 000 倍 实际上 隔膜的孔径小得连有些细菌都不能通过 超滤膜可以通过水 酸 某些溶剂 低分子量树脂及杂质离子 当电泳槽在正常的电导率参数 内运行时 使用超滤供封闭循环的清洗系统 电导率高 表明有离子污染 当发生这样情况时 要排放超滤液 加去离子水供清洗用 阻碍超滤液的生成有两种力 渗透力和浓差极化力 渗透力是一个溶剂在其容积内浓度不断平衡的趋势 这个力靠施加压力使油漆通过超滤装置来 克服 浓差极化力是分子在膜表面堆积或浓缩的趋势 仍然是要施加压力 而且使油漆快速通过膜表 面 来减少这个浓差极化力 超滤装置有四种类型中 后面两种最普及 板框式 螺旋式 开管式 中空纤维式 阳极液隔膜阳极液隔膜 这类隔膜以电渗析原理工作 与超滤器不同 他们不需要压力 由穿过隔膜的两侧提供所需的 能量 隔膜带有稠密的电荷密度及微孔 能有选择的允许带相应电荷的离子透过 当树脂在阴极上沉淀时 平衡树脂的离子在溶液中累积 由于这些平衡离子是酸性的 它的累积 使 pH 下降 然而 阳极液隔膜仅允许 酸通过 但不允许 树脂通过 这样 除去多余的酸 来 维持槽液的正常 pH 值 本节摘要本节摘要 要点 在阴极电泳系统中 树脂和颜料沉积在阴极上 因此大大地提高了防腐蚀性 这个方法 比阳极法优越 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 9 Ver 1 下面列出了涂装一台车身时发生的四个反应 定义的关键字写在括号中 电解 分解 电泳 泳动 迁移 电沉积 析出 电渗 脱水 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 1 Ver 1 设计参数设计参数 简介简介 有关阴极电泳生产设备及控制的资料文章等很多 用户 设备供应厂家 油漆厂家及其它有关 部门都有一些有价值的数据 设想及概念等 作为油漆供应商与电泳操作关系密切 我们整理 出以下的一些关于在设计上需考虑的问题 这里的许多建议都来自我们现场服务及电泳涂装系 统的故障排除过程所积累的经验 我们认为这些内容是必不可少的 并能令电泳漆在电泳系统 中发挥最高的性能 这并不意味着这些内容是必须全部执行才可达到的令人满意的操作的 但我们的观点是这是获 得最高的涂层质量和最满意的系统操作所需要的 总体设计总体设计 基本要求基本要求 不能有没有回路的管道 电泳槽具有彻底的排空装置 为了完全排净 槽底应是倾斜的 管道也应是倾斜的来提获得一 个低的排出点 N 电泳槽里面没有裸露的金属 溢流应在冲洗中被利用来回收超滤液 滴漏盘滴漏盘 滴漏盘要连续走 随磷化和电泳生产线 电泳槽上方的防滴漏盘防止链油 及灰尘 等不落在工件 上 为使效果最佳 滴漏盘要尽可能宽 要设计得不致使赃物回流到电泳槽中 在冲洗通廊间 内的滴漏盘要保护整个运输链免受冲洗 吊具设计吊具设计 车身的吊具要设计成没有任何的吊具部件在车身上方 如果吊具部件在生产中处于工件的上方 很容易使磷化污染物和水滴到工具的顶上形成污染电泳槽的可能性 整体支撑工件的 C 型吊具在许多车厂内采用 过滤效果均好 这种设计对使用顶部阳极最好 其结构能显著的节省油漆 盒型或管型设计应为封闭式 以防止带出涂料 但允许在液面及喷 洗面上方开泄压孔 设计还必须考虑工件沥液效果 见图 1 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 2Ver 1 金属前处理金属前处理 车身车间清洗设备 有效的车身车间清洗设备应具有分散并除掉车身上矿物油 润滑剂及冲压拉延油 用高压水及皂 液进行良好的预清洗能提高磷化作业效果 清洗也可减少带入电泳槽的或电泳涂膜烘干时发生缩 孔的污染物 漆膜烘干时出现缩孔的问题在翻边及焊缝处最明显 预清洗系统包括清除金属屑及焊渣 它们是磷化和电泳槽内的污染物的来源 车底板亦是预清 洗操作的重点部位之一 磷化 磷化技术的开发是为阴极电泳涂装而服务的 磷化材料的特性取决于可否控制晶体的结构 成功 的磷化操作完全取决于车身的清洁程度 磷化膜均匀与否以及最终残留的去离子水电导率 是否 低 彻底的预清洗包括除去所有的油 冲压拉延剂 金属屑 其它碎屑颗粒及除掉所有的磷化残渣 磷化膜应完全均匀 无条痕 花纹或染色斑痕 晶粒应小而致密 膜重与磷化方式相称 水洗用 循环去离子水的水质要保持在 10us cm 以下 而随后的新鲜去离子水洗的水质电导应低于 25us cm 磷化过的车身必须全湿或全干状态进入电泳槽 干湿不均匀可导致电泳膜产生花纹或 斑痕 运输链设一个驼峰有助于沥净冲洗水残液 磷化和电泳之间的储存链 转移链及传送链要设封闭隧道 以防止悬浮于空气中的灰尘及油对车 身的污染 此封闭隧道要有充分的通风 防止凝结及对产品的再污染 外露的储存链不能沿着磷 化设备运行 因为空气中的磷化液雾可引起电泳漆膜产伸缩孔或其它缺陷 去离子水再生槽的布 置太靠近未加保护的车身也可引起类似的问题 磷化液雾和去离子水再生仅仅是各种可能污染源 的两种 不推荐用压缩空气吹除灰尘 原因是空气所带的污染物对涂层仍有损害的可能性 如使用加热烘 设备时 车身温度要冷却到电泳槽液的温度 车身温度高也会增加油漆冷却设备的负荷 电泳槽电泳槽 流动方向流动方向 电泳槽要设计成使油漆沿单一循环路线连续运动 液面运动方向与运输链运行方面相同 见图 2 实际经验证明 这样的设计能得到最干净的电泳车身 平稳的流向变化 在槽入口端 可 考虑使用一 摇臂导向板 来实现 在工件入口端斜坡上喷头以引导漆液流向入口端 漆液虽改 变流向 以有助于防止颜料沉淀 现在这种设计的两种形式已被普遍采用 见图 3 另外 底 部中央有抽出过滤装置的双向流动系统也已被证明是成功的 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 3 Ver 1 槽底的喷射嘴与竖立式带喷头侧管相结合可提供有效的槽液搅拌 必要时 为加强循环 可在出 口端加引流管 引流管是大流量搅拌泵系统 它从液面使漆液运动 它使漆液做横跨底表面运动 用引流管时 大量漆液不经过滤而返回 因此当采用引流管时会产生染质污物和缩孔问题 就会 延长问题存在的时间 槽底喷管要设在离槽底约 3 英寸 7 8cm 处 这样可使漆液沿槽底自由 流动 见图 2 在漆槽中搅拌不彻底的任何区域都会引起颜料沉淀 象排出口 储槽 泵井或空油漆管路等部位 都会有颜料汇集 为防止此类沉淀 要在这些区域安设带喷射嘴的油漆返回管路 槽底要有一定的坡度 这样主槽和溢流槽均可以完全排放 便于维修 也可以用电泳储存槽来盛 装工艺槽偶然溢出的槽液 可调堰可调堰 建议在电泳槽的出口端设可调的堰板以维持槽的液位并使槽液表面流动时会将泡沫和杂质污物从 电泳槽带入溢流槽 漆液到溢流槽的落差应保持在 6 英寸 15cm 以内来防止起泡 建议在溢 流槽底加喷嘴以保持搅拌 溢流槽的设计依使用的循环泵类型而定 见图 4 槽沿超出液面高度与溢流槽沿超出液面高度与溢流 为防止漆液因偶然的加料失误而从槽中溢出 电泳槽应设计成其槽沿超出正常工作液面约 9 英吋 23cm 这个安全系数足以满足在清洗槽清理时 将第一循环冲洗槽液泵入电泳槽的需要 在靠近槽顶处要装一个直径不小于 3 英寸的溢流管通向贮存槽 以便于材料回收 此管应设在主 槽正常工作液位置上至少 9 英寸的位置 无疑建筑结构要能支撑注满时的总重量 要装高液位报 警器及设备报警器 以保证系统安全进行 不发生事故 运输链的接油盘也必须在适当的高度上 以防止在高液位情况下被淹没 槽前端过滤槽前端过滤 实践证明 要从电泳槽中除去杂质需从槽底的进口倾斜面处抽出过滤漆液 这个概念称为槽底前 端过滤 它对具有单一流向的槽最有效 槽前端过滤 作为新结构 有两种基本设计 见图 5 第一种是称为 底盒 的最简单设计 将进口端倾斜面底部 低于槽底 沿槽宽方向设计成 12x12 英吋 30 x 30 cm 浅槽 起收集染质作用 在同一方向沿槽宽安装三个用泵控制的三个吸 Partial Radial Front End Full Radial Front End Figure 1 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 4Ver 1 口 均匀析出槽液 第二种设计为 沉积漏斗 由一个附于槽底板进口倾斜底部的延伸状的盒体组成 漏斗状边 壁端部是一个吸管口 盒体上部是一块覆盖槽宽的可调平板 用于调节漆液流入漏斗 此板宜 倾斜布置 使之构成进口端倾斜底的最低部分 通常 在首次建槽加料时对此板进行调整 这 种设计主要用于配有泵池的立式泵系统 事实上任何形式的泵系统均可用 有 50 60 的循环漆液需要通过槽底前端过滤系统 为防止大颗粒染质进入并堵塞泵体 应装有 适当强度的不导电筛网 纤维增强塑料 玻璃纤维或涂漆不锈钢 筛网的开孔面积应尽可能大 以利于保证循环及防止染质堵塞 2 英寸的网格较好 此种类型 只适用于卧式泵系统 尺吋 间隙尺吋 间隙 设计槽子时应确保车顶部至少在液面下 12 英寸 30cm 来提供及加强车辆上部漆液运动 减 少水平沉淀 增加涂料在工件上成膜的均匀性 见图 6 此上部的间隙液将为增加顶部阳极提 供空间 电泳槽的大小应以能通过最大计划生产的车辆尺寸时仍使车体与阳极隔板表面保持 12 15 30 37cm 英寸距离设计 车门开度应为 6 英寸 15cm 使漆液进出 增强对内表面的泳透力且使 便于充分冲洗 槽子间隙要从 开门 处位置算起 工件与槽底之间的间隙应为 18 英寸 45cm 有效电泳时间有效电泳时间 车身在阳极前方全浸时间最少为 2 分钟 为获得最好的泳透力 大部分的全浸没时间内应得到最 高工作电压 这个条件在采用两段电压时更容易实现 入槽角度入槽角度 30 度入槽角适宜于浸没大多数车辆 然而 较陡的入槽角对赶出 移动 车顶底残留的空气有 帮助 对无内衬要求的工件 如卡车驾驶室 特别建议采用较陡的入槽角 较陡的角度一般要求 槽子较深 或改进运输链 当角小于 30 度时 要求槽子较长 且在赶出空气方面一般效果较差 建槽材料建槽材料 浸槽浸槽 浸槽应由 3 8 英寸 9 5cm 厚的低碳钢板用双面焊接构成 所有焊缝要平滑无砂眼 槽子必须 喷砂处理至露出底金属 在涂衬里之前应无锈 槽的间壁室槽的间壁室 槽的间壁室要从浸槽的入口一直到后冲洗室 因槽液上方会有少量有机酸蒸汽 冲洗室一般采用 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 5 Ver 1 铝合金或不锈钢 304 或 603 制造 是因为电泳漆工作时会释出少量有机酸性气体 若不使用 前述材料 则金属必须涂覆环氧涂层 在前处理和电泳系统中塑料板可用于间壁室敞开的区域 槽衬里槽衬里 槽衬里的目的是用高能量的绝缘体进行绝缘 对阴极电泳槽 泵池及所有的暴露金属表面建议 涂一种加硅石的玻璃纤维加强的改性环氧树脂衬里 为了获得良好的附着力 必须对钢板表面喷 砂处理 露出底金属 材料建议使用 Ceilcote Company 生产的 Corotine505 的产品 在衬里固化 后 要在 1 5 2 万电压下进行火花试验 确保完全的绝缘性 所有操作都必须依从于衬里制造厂 商的说明书 槽液循环槽液循环 槽液循环系统由三个重要的功能 保持涂料均匀混合 防止颜料在槽中或在被涂物水平面上沉淀 进行过滤以除去颗粒状脏物 经过热交换器冷却槽液 以除去由涂装电功及泵运行的机械功所产生的热量 系统要由 4 6 次 小时的通过过滤器的循环次数 因为防止颜料沉淀所进行的的维持槽液循环很 重要 因此系统设计必须考虑一备用的可保证两台槽液循环泵运行的发电机 既保证在溢流槽的 一台及前端系统的一台泵运行 还要能为去离子水泵供电 这些最低限度的预防措施能防止在长 时间停电期间漆液变质或损坏过滤元件 表面液流表面液流 表面液流运动速度应为 12 18 英吋 秒 30 60 英尺 分 且总是要比通过槽中的车身运动速度快 管路内流速管路内流速 管路内漆液流速应为 8 12 英尺 线速度取决于泵的种类 例如 12 英尺 秒可能最好 节流阀和 泵的气穴现象一样会使局部流速增加 导致阀附近的管路过早地磨损或腐蚀 泵泵 在电泳系统中 一般使用卧式及立式端吸式离心泵 泵的选用取决于经济条件 设计的限制或设 计师的偏好 垂直涡轮泵 相当于系统过程推动头 由于易于维修和较长的使用期限已被证明是节省成本的 安装在溢流槽中的立式泵要求长轴 可防止在改变溢流液位时产生泡沫 长轴也要有较粗的轴径 以延长使用寿命 泵吸口要伸到距溢流槽底不少于 1 5 倍管径处 以尽量减小涡流及在清理溢流 Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 6Ver 1 槽时能够较大限度的抽空溢流槽 所有泵都应有防止大的染质损坏叶轮及泵谷的保护措施 立式 泵要配有安在泵头 吸口 的双层可拆卸不锈钢网 0 25 英尺的直径 要将钢网涂以绝缘涂 层以防止沉积上电泳漆 在电泳槽中泳好的钢丝网 烘干后即可 对保护网应每天要进行堵漏 检查并每月清洗一次 卧式泵必须配有可靠的阀将泵与系统分隔 泵还要装低位排净口及供冲洗用的去离子水接管口 我们发现备用泵是污染源 并且很难保持清洁 因此不推荐将备用泵安装在系统中 然而 应该 是在维修过程中更换使用的备用泵 如果用管路将备用泵接入系统中 必须将其与漆液隔离 不 使用时必须用去离子水冲洗 建议采用柔性泵连接件以减小管路张力及增加泵机械密封的寿命 泵毂要用灰铸铁 不要使用球墨铸铁 叶轮及轴要用 316 不锈钢制成 以降低磨损 见图 8 典型 的循环系统布置 管路管路 连接到浸槽外部的管路要用规定要求的 40 无缝型 A 管径不低于 2 5 英寸的 304 不锈钢 典 型的 10 种规格管径大于 3 英寸 直到目前普通钢管在系统中仍然存在并运行良好 不锈钢将为 未来的发展提供更好的适应性 槽内的分配头建议使用规范要求的 80 的 PVC 管 以消除用钢管 在接地条件下会沉积漆的情况 由于同样的原因 要使用加矿物填料的聚丙烯喷嘴 焊接结构有一定的标准 对 3 英寸 7 6cm 或较大直径的管路效果良好 较细直径的管路 标 准规定用有四氟乙烯带的螺纹管连接 如果是 2 英寸或较大内径的不锈钢管则要焊接 所有管路都要倾斜布置 使之得以完全排净 而且排放口都要有阀门及螺纹盖或螺纹塞 一般情况下不经常使用的管路 如溢流排放管及输送线 也要装有低位排出口及冲洗管线 在不 使用时要将这些管中的漆排净 阀阀 Storage Tank Strainer Basket Pump Heat Exchanger Valve Bag Filter Units Vertical Pumps Horizontal Pumps Storage Tank 1 4 Flex Coupling Figure 8 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 7 Ver 1 在电泳系统中 偏心阀 球阀及蝶阀都有使用 其材料及结构对延长使用寿命很重要 蝶阀的阀片及轴只能用 316 不锈钢制造 某些铸铁 特别是球铁寿命很短 阀座要用聚四氟乙烯 制成 偏心阀的表面要涂以聚四氟乙烯 丙烯晴 丁二烯或合成橡胶 RS24 以防止表面侵蚀 球 阀要用 316 不锈钢制成以减少磨损 铜 黄铜 铝或镀锌组件不能用于电泳系统 这些金属与阴极电泳漆接触很快溶解 将导致组件 损坏并污染槽液 在管路中 阀门要尽可能靠近 T 型结构安装 以使阀面得到冲刷 见图 9 在 死区 搅拌不到的漆会沉积 导致沉淀 引起杂质堆积和阀门堵塞 为 防止这种问题的发生 安装一高压冲洗系统可能是必须的 压力表 压力表安置在合适的位置对减少其堵塞是及重要的 只有将其安装在系统管线的上端 而且在系 统管线路和压力表之间要安装一个阀门 不能水平或环型连管 不然会引起沉淀和堵塞 可用一 种在连接管边缘装一个膜片的设计 由 Ronningen Peter 制造的 Iso Ring 就是这样一种仪表 由 乙二醇的化合物和水组成 压力表应按通常的操作压力在中央有一个大小范围 垫圈材料垫圈材料 最好的垫圈材料时异丁橡胶和聚四氟乙烯 其它材料如天然橡胶 乙烯再烯三元共聚物 合成橡 胶及三元乙丙橡胶亦可 但氯丁橡胶和丁苯橡胶不能使用 过滤过滤 为了除去颗粒状染质 所有循环的漆液要 100 的通过最大为 25 微米的过滤袋或过滤棒 过滤材 Filter Bypass Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 8Ver 1 质必须用合成的不溶于水的材料制成 例如聚丙烯或丙烯酸烯纤维 不能使用单纤维过滤袋 过滤器毂体应由不锈钢制成 或内表面要涂环氧树脂防止腐蚀 用过滤稀油棉吸收剂在消除阴极电泳漆引起的缩孔方面的污染物已经获得成功 这种过滤器配合 标准袋式过滤器使用是有效的 但要获得最佳效果 要求降低流速 过滤器要适当布置 能使电泳漆转移到和从转储槽返回时能 100 的过滤 槽液冷却槽液冷却 当今所有电泳漆组成的 操作温度都比最初的阴极电泳漆操作温度高 预计未来的发展趋势也是 这样 故此需设有可降低厚膜电泳漆系统温度的冷却系统负载 电泳漆冷却装置必须具有在满负荷生产情况下保持漆液在 70 F 20 C 的能力 温度与给定温 度的偏差不能大于 1 F 一般的操作温度是 85 95 F 29 35 C 对老的电泳漆系统来说 冷却装置必须在满负荷生产情况下保持其在 60 F 15 C 的能力 温 度与给定温度的偏差不能大于 1 F 一般的操作温度是 85 82 F 制冷剂及热交换器要以其在最高的预计电流强度下工作来设计 自来水的连接是为了制冷机在冷 却过程中发生故障时使用 槽液的压力要保持超过冷却水的压力以防止槽液污染 在冷天时 可 以用冷却塔 而不需要通过制冷机 板柜式和榖管式热交换器都适用于阴极电泳系统 槽液在进入热交换器之前要经过滤 特别用板 柜式热交换器时更为重要 这两种热交换器都要用不锈钢制造换热表面 电器电器 阳极阳极 建议阴极阳极比不能大于建议阴极阳极比不能大于 4 1 阳极表面是指当阳极是平板或半循环 阳极表面是指当阳极是平板或半循环 型时通过工件与车身相连的被浸没的阳极部分 此比值用下列公式型时通过工件与车身相连的被浸没的阳极部分 此比值用下列公式 计算 计算 阳极面积阳极面积 车身数 车身数 分分 x 2 分分 x 表面积表面积 车身 车身 4 全浸没时间长于 2 分钟时不要求加大阳极面积 阳极应沿各槽壁布置 深度不小于全浸段垂直槽 壁深度的 40 在全浸 3 分钟的槽中 阳极的排布要从出口端开始向前排 在接地电源的进入系 统 阳极一般不放在与车体进口邻近的地方 到阳极前的典型距离是 1 2 1 个车厂 两个电极端之间至少有一个极罩的间隙 以防止漆在电压较低区和极罩上沉积 如果两个极段之 间电压超过 75 伏 要留出两个极罩的间隙 电压超过 100 伏 要留出三个极罩的间隙 如果用 二极管防止回流 一个极罩的间隙就足够了 阴极电泳涂装手册 11 3 97Section 9 Ver 1 阳极要用 316L 不锈钢 厚度最好不小于 1 8 英吋 3 2cm 正常情况下 阳极缓慢溶解 其寿 命取决于通过电泳槽的生产率 阳极的概率寿命可以达若干年 经试验涂覆有氧化钌成分的阳 极使用寿命是不锈钢阳极的数倍 但初期投资也比不锈钢要多 系统设计时要为每个极罩配一个 安培计 以便可连续观察各极罩的运行情况 极罩状况及操作数据将随时可以得到 这种设计可 做得很好 在各个极罩上连接的分流器或直流变压器可很好的监视每个极罩 阳极顶盖 建议用不锈钢或氧化钌制成车顶盖 或悬挂 阳极作为第二段电极以使工件获得均匀的涂层 也 可以将其装在第一段电极上 但由于电压较低效果往往不佳 在此区域氧化钌使用寿命相当长 而在槽液表面下部的管子街头及接点则剥蚀很快 要加以防治 车顶盖阳极的设计及布置取决于 吊具的设计 见图 10 阳极罩阳极罩 板状及管状阳极一般封闭在可冲洗的阳极罩中 极罩由不导电材料制成 敞开面装有离子选择性 隔膜 见图 11 阳极液系统管路必须用不锈钢或塑料制成 要能耐 pH 2 0 5 2 有机酸溶液 每快板状阳极必须以 1 加仑 10 平方尺的有效阳极面积的速率洗涤 要装便宜的流量剂以监视流量 如果极液返回管 为塑料 则在每个极罩上装一个不锈钢连接器以将极液接地 防止接触阳极时有电击 阳极系 统要能控制阳极液电导率在设定点的 100us cm 内 控制器及仪器量程应为 0 10 000us cm 见图 12 阳极液槽及电泳槽用 无极型 电导率传感器 如 Eoxboro 871 EC body code EV 时工 作性能好 在新槽投料之前 所有极罩都要做渗漏试验 在投槽时 极罩中必须有去离子水 以 防隔膜破裂 极罩渗漏或损坏时应立即更换 当阳极液 PH 值接近 3 对第四代产品电导率为 400 1000 us cm 第五代产品电导率为 3000 6000 Anode Housing 316L SS Semi permeable Membrane Gasket Reinforcement Lead Connection Anolye solution Outlet Shrink Wraped Stainless Steel Bold Stainless Steel Nut Anti siphon Hole Plastic Anodes PlateTubular C Cell Zone 1 Zone 2 Conductivity Meter 0 10000 Microsemens 2000 40000 Solenoid Valve High Level Overflow Supply Tube Anti Siphon Hole Anolyte Return Anode Plate Connection Anolyte System Automotive Electrodeposition Reference Manual 11 3 97Section 10Ver 1 us cm 时 要充分排放阳极液 这时要考虑到废水的排放对系统的影响 第五代产品每 1000 英 尺正常情况下应排放阳极液约 10 加仑 电源 整流器电压能使电压在 0 500V 之间可调 实践经验表明厚膜电泳漆电流消耗大约为 2 5 安培 小 时 100 平方英尺 系统设计要考虑 50 的电流余量以供将来发展 可用以下公式计算泳涂一台 车所需总电流 所需安培数所需安培数 2 5 安培安培 小时小时 100 平方英尺 平方英尺 x 能涂的面积 能涂的面积 分 分 x 60 分分 小时 小时 考虑安全系数 这个安培数乘以 1 5 来求出放大的规格 把总流量分成两份 每一部分单独配整 流器 见图 12 设计要考虑配有专用及独立启动的备用整流器 以确保即使整流器发生故障 时生产也能继续进行且质量不降低 建议采用限流整流器以保护设备 考虑停链之后工艺槽中有 工件在重新启动 要求有可调时间的渐升电压电路 这样的电路可防止电流脉冲损坏涂层继电器 设备 从零伏升到工作电压的升压时间以 10 15 秒较好 要装有能控制不生产时 如午餐等 不 为系统供电的控制器 整流器 供电平稳 度或输出脉动率很重要 直流电要经滤波 电压脉冲幅度不超过平均直流电 压的 5 满负荷情况下 电压脉动率要小于 5 脉动率定义为 100 x 在直流电压上的有效交流电压 平均直流电压 工件带接地电压入槽提供了最大的人身安全性 使开关系统更简化 且能得到对车身下部最长的 电泳时间 同时也