阴极电泳涂装工艺的质量控制要素

阴极电泳涂装工艺的质量控制要素1.前言阴极电泳涂装是目前世界上较为先进的一项涂装技术，采用该项技术所获得的涂膜抗腐蚀性能要比阳极电泳涂膜强一倍以上。阴极电泳的涂膜质量除了与涂装线的设计、安装水平、工艺及设备是否完善以及涂料产品质量是否有保证等因素有关外，还与管理者的水平和素质有着极为重要的关系。在已固有的生产条件的涂装管理中，应采取什么措施、抓住哪些环节、怎样设置控制点来保证涂膜质量?本文提出了看法和意见，与读者共同商榷。涂膜质量问题及其影响因素阴极电泳涂装的典型工艺流程

由于处理的材质和表面状态不尽相同，所以所采用的工艺流程、特别在前处理的工艺上也不完全相同。但

其总体要求是一致的。较为常见的流程如下：机加工成形产品一清除焊渣毛刺一上线一脱脂(除锈)一水洗

一表调磷化一水洗一电沉积一电泳后洗一干燥固化一产品。涂膜质量问题及质量要求

由于受到各种因素的影响，涂膜将出现各种质量问题，归纳起来主要分为两大类：外在质量即装饰质量问题，主要是颜色、光泽和平整度三项，其质量要求主要看该涂膜是作底漆还是作“底、面合一漆”的不同而异。内在质量问题，包括机械性能和耐腐蚀性能两方面。•机械性能涂膜附着力(级)：级数越大表示附着力越差，一般以“0”级为最好。涂膜厚度(pm)：由于受到电阻的影响，涂膜厚度总会受到某种程度的限制。一般而言，涂膜不宜太薄，太薄不仅降低其光泽和平整度，而且会降低涂膜综合性能。不管属于何种产品，增加涂膜厚度，对提高涂膜

的光泽、丰满度和内在质量都是有利的，但从降低涂装成本考虑，过厚是不必要的。涂膜硬度(H)：硬度适中为好(如2H)。过小将降低其机械性能，同时，其耐腐蚀性能亦无法得到保证；过大，涂膜变脆，其柔韧性、耐冲击性将降低，在很多情况下都会降低涂膜的使用寿命。涂膜柔韧性(mm)：这是一项保证涂膜使用寿命的重要指标，一般以试验涂膜裂纹长度小于2mm为符合

要求。冲击强度：一般要耐50cm的冲击才符合要求。•耐腐蚀性能

包括耐水性、耐汽油性、耐化学药品(酸、碱)性，常用耐盐雾性综合表示。对阴极电泳涂膜而言，其耐盐

雾性至少要达到720h以上才符合要求。涂膜的机械性能对涂膜的耐腐蚀性起着非常重要的作用，用户亦应加以重视。涂膜质量的影响因素在阴极电泳涂装中，影响涂膜质量的因素主要有5个。购进的涂料产品质量不佳或不稳定。此因素对涂膜质量的影响是首要的，影响的大小视产品质量优劣程度的不同而异。预涂件的材质及表面状态。预涂件材质及表面状态用现有的表面处理方法或工艺无法提供质量保证，即表面处理方法(工艺)不佳、不完善所致。表面处理方法虽好但操作不到位，导致处理质量不过关。此因素对涂膜质量的影响较为广泛，不仅影响涂膜的外观质量，而且将影响涂膜的附着力、厚度乃至它的耐腐蚀性能。因此，它不仅是一个从始至终不能放松警惕的操作因素，而且也是工艺设计者需要着意研究解决的重要课题。电泳槽液不稳定，涂料溶解性、分散性差，乳化效果不好，导致电泳特性差。影响电泳槽液稳定及其电

泳特性的因素有：涂料产品质量(差)；槽液工艺参数控制不到位；循环搅拌系统失控、运营不正常；杂质

离子(污物)干扰和破坏。这是一个大的影响因素。此因素对涂膜质量的影响是全面的甚至是致命的。涂膜

质量控制的重点和难点基本集中于此。电沉积后水洗不充分，多余涂料未洗净或洗涤冲力过大，将已沉积的湿膜冲薄。此因素主要影响涂膜的

外观质量，或使涂膜变薄。湿膜干燥固化条件不充分或失控，如：烘烤温度过高或过低；烘烤时间过长或过短。此因素对涂膜质量

的影响是全面的，不仅影响它的外观质量，而且还影响它的内在质量。人为因素。人员技术素质和职业操守好坏不等。显然，这是一个需要调动和值得开发的因素，涂装线的

成功或失败全赖于此。由上可见，影响涂膜质量的因素是多方面的，只要一个环节出问题或是一个措施跟不上，都会使涂膜出现

这样或那样的质量问题。质量管理措施加强职工素质教育，全面提高职工技术素质和职业操守；健全质量规程和岗位责任制，使质量管理纳入制度化、科学化、规范化；加强涂料产品质量验收，对每批进厂涂料必须进行系统检钡0，非标产品不能入库；对每次投槽涂料亦

需进行相关检测，不符合质量技术要求的，亦不能投槽使用。保持操作环境整洁，防止污物(如悬链轨道上的锈迹、尘埃、润滑油等)掉入各工作液(特别是电泳槽)或

涂件上，造成“二次污染”，这是一个不可忽视的重要环节。明确质量控制点，加强质量监控。质量控制点及质检要求

总的要求是：在实施质量管理的过程中，不仅要关注每个工序的处理质量，而且要每时每刻关注每个工序

中每个参数的细小变化，并将瞬间突变所造成的质量问题消灭在萌芽状态之中。简而言之，在实施质量控

制的过程中力求“微观管理”。从阴极电泳涂装的工艺流程得知，其质量控制点可分为两部分：第一部分为上线前控制点；第二部分为上

线后控制点，现分别予以讨论。4.1上线前质量控制点

上线前质量控制点只设一个，这就是清除焊渣、毛刺。该控制点主要是针对有切割、电焊作业的机加工产

品在成形后其表面的焊渣、毛刺等“多余”部分，必须在上泳涂线之前将其清除，其处理质量是否达到要求

不仅关系到预涂件相关部位的涂膜厚度和附着力，而且还将影响涂装产品的外观质量。这是因为焊渣、毛

刺的凸出部、焊渣中被烧焦的碳素等物质不清除，不仅降低预涂件表面的平整度，而且将降低有关部位的

导电性。该工序多为手工或半机械处理。为了保证处理质量，要求有比较严格的质检制度。

质检要求：毛刺、焊渣除净、表面平整。4.2上线后质量控制上线后主要分为4个工序，分别是：前处理工序，包括脱脂(除锈)、表调、磷化、水洗；电沉积工序；电

沉积后洗工序；湿膜干燥固化工序。4.2.1前处理工序脱脂除锈。该工序是表面处理最为重要的工序，其处理质量的好坏是保证涂膜质量的一个关键所在。该工序的处理方法较为常见的有酸洗(或“二合一”)法、超声波法等。影响处理质量的因素虽略有不同，但亦有共同点。如预涂材质及表面状态、工作液的种类、性能及其pH、操作温度、Fe3+离子含量、工作液的使用周期等。质量控制应关注工作液的pH、操作温度和工作周期(Fe+离子浓度)。当处理效果明显下降，采用提高pH或温度仍无效果时，主要是工作液使用周期过长(Fe2+离子浓度过高)所致。此时为了保证处理效果应果断采取措施即更换新液。质检要求：预涂件表面无油污、锈迹、氧化皮和其他杂质(金属表面完全裸露)，表面平整，不返锈。（2）表调、磷化。电泳涂装要求涂件有较高的磷化质量，一是膜厚要均匀无遗漏；二是结晶细致；三是膜不能过厚。为了保证磷化质量，磷化前预涂件表面预先经过“表调”是必不可少的。影响磷化质量的因素除r与磷化剂的产品质量密切相关外，还与工作液的温度、总酸度、游离酸度、促进剂浓度等参数的操作控制有关。这些参数因磷化产品的不同而不同，管理者和检测人员应定时或不定时地做好监控工作，切实控制好这些参数。质检要求：磷化膜均匀、细腻、膜厚1〜3pm，不能过厚，否则，将使涂膜变得粗糙或者降低涂膜厚度甚

至电泳不上。（3）水洗此处水洗包括2个工序的水洗：•脱脂除锈后洗。该工序的水洗主要是为了洗净预涂件表面的残酸、残碱，以避免它们污染和干扰下道工作液（表调、磷化）的处理效果和使用寿命。对涂装质量本身并无直接的影响。只要洗后保证了洗件的洁净度（不降低表调剂、磷化剂的使用效果）就算达到了洗涤目的。质检要求：滴水pH中性，洗件湿润均匀，无挂珠。•磷化后洗（附纯水水质要求）。该道工序的水洗远比前道工序水洗重要，而且对水洗质量要求非常苛刻，其原因在于磷化后如果不洗净工件表面残存的磷化剂和其他杂质，将会引起两个严重后果：①残存磷化液中的Zn2+、Fe2+、H2PO4-、HPO42-、HPO43-等可溶性盐类离子是电泳涂膜''蛤蟆皮"、“针孑L”等弊病的''元凶”，随着它们的混入和含量的增加，将造成大量的涂膜质量问题，后果极为严重；②残存磷化剂中可溶性盐类离子随使用时间的增加而增加，含量过高引起树脂析出而沉淀，从而降低涂料利用率，严重时甚至会使电泳槽液报废，从而造成重大的经济损失。质检要求：预涂件洗水滴液pH小于7；电导率小于50pS/cm。应特别指出，磷化后最后一道水洗对纯水

水质要求较高，这是保证该道水洗质量的重要环节。管理者及操作人员应做好纯水水质的监控工作。纯水水质要求：电导率小于20pS/cm（pH<6.5）。工序质检重点：①油、锈、污除净；②磷化膜厚1〜3pm；

③洗件滴水电导率小于50pS/cm。4.2.2电沉积

该工序是整个电泳涂装的中心环节，涂装线成功与否皆赖于此。因此，管理的重点和难点亦集中于此。前

面所有工序即前处理质量如何亦将在此得到'反馈”,为了使电沉积能正常地进行和获得好的涂膜质量，就必

须正确和全面地执行工艺规程，使电泳槽液始终处于一个稳定、乳化效果和电泳特性均佳的良好状态，以

及能维护其正常运行的循环搅拌系统。为此，平常的管理应针对如下几个环节，紧紧抓住不放松。•电泳槽液的工艺参数如固含量、助剂含量、pH、颜基比、电导率、温度、施工电压（电流）应根据不同季

节（温度）和是否生产进行适时调整和控制，使之始终处于正常范围。电泳槽液良好状态的特征是：漆液均匀、细腻、呈均相状态。应以此标准检查槽液。•循环搅拌系统运行正常，槽底各处均无沉淀现象发生。

•槽液循环过滤装置、恒温装置、超滤装置等均运行正常，设备（滤袋、滤管）无破漏，透过液清澈（参数符

合工艺要求）。•施工电压稳定、电流充足、吊具导电性和阳极液循环系统良好。•正确配漆、使之'熟化”彻底。•检测系统运行正常。4.2.3电沉积后洗为了保证电泳后水洗质量，关键是控制好洗水流量和压力，防止过大或过小。

质检要求：手触湿膜要干净；指压湿膜，压印明显—涂膜厚度可望获得保证。4.2.4湿膜干燥固化

为了使湿膜各处烘烤温度的均匀分布和热能的充分利用，进烘箱前必须沥干湿膜表面的水迹。烘烤质量的

关键是：烘烤温度和烘烤时间要得到足够的保证，但过高或过长也是不适宜的。质检要求（烘烤时间已设

定）：趁热触摸刚出炉的涂膜不黏手也不发黄，说明涂膜已干透，而且无过烤现象，理应符合质量技术要

求；如黏手，说明温度偏低，湿膜仍未干透；如发黄，说明温度偏高，出现了过烤现象，涂膜变脆，将降低其机械性能。仪器检测涂膜各项质量技术指标，如无异常，产品符合质量要求。（来源：五荣五金有限

公司）常用直接电镀的品质检验方法反映直接电镀品质好坏的最主要的特征是孔壁导电性和电镀铜层的沉积速度。导电能力的强弱既与导电层的微观结构相关，又同导电层的厚度和板子的厚度有关，前处理后，镀铜之前印制板两面之间的电阻值可以反映出直接电镀制程形成的导电层的质量。另外也可在短时间电镀后，观察通孔铜的覆盖率直观地反映出直接电镀性能的好坏。常用的直接电镀的品质检验方法有以下几种：一、“测试板”电阻测定将覆铜板剪裁成一定尺寸的小板，上面按一定规律钻一定数量不同孔径的通孔，挂到生产板挂具上，完成直接电镀制程，不经电镀铜直接水洗，风干，测定板两面的电阻值。推荐''测试”板大小为7.6x10cm2板厚1.6mm，钻孔®3mm2个（用于挂板），91.0mm孔10个，90.8mm孔20个，^0.5mm孔20个，此种测试板经直接电镀制程、水洗后用电吹风吹干，然后测两面电阻。阻值1.5KQ为优良1.5KQ阻值3.0KQ为良好3.0KQ阻值6.0KQ为合格阻值6.0KQ应仔细检查各项控制指标，并调整.二、 5分钟全板电镀从已完成直接电镀制程的板中随机抽取一块或数块板经正常电镀前处理后作!分钟全板电镀，取出水洗，观察通孔电镀效果。如果全部镀上铜，属于合格，有空洞，即需检查各项控制参数，并调整，亦可切片做背光测试，有0~1个透光点（3个通孔）为合格，2个以上透光点为不合格。电镀条件：电流密度为2-3A/dm2,有空气搅拌，有阴极移动（频率20次/分，幅度2.5cm），镀铜槽化学成份在工艺控制范围内。三、 取与霍尔槽片相同大小的覆铜板取与霍尔槽片相同大小的覆铜板，在板中部分别蚀出0.8mmx50mm,1.6mmx50mm,3.2mmx50mm的无铜区，此板经过直接电镀制程处理后，风干，在霍尔槽中电镀（正常电流2A），观察无铜区全部镀上铜的时间，一般在2-3分钟内全部上铜。四、生产板电阻测试经验判断法各型号生产板的大小，孔径，孔数是不一定的，在正常工艺条件下，经直接电镀制程处理后的印制板两面电阻在一定范围内波动。经过一段时间的经验积累，即可了解各种生产板的合格品电阻值范围。此法使用初期，应同另外几种品质检验方法相结合，同时要实际观察电镀铜后的效果。直接电镀的品质检验方法很多，以上几种可用于生产过程中的常规品质检验。它们简单、有效、易操作。电镀工艺综合添加助剂

除了基本配方法,电镀的是否能实用化全在添加剂,尤其对于小孔深孔等高难度的板子,助剂更是非常重要.

一般助剂约可分为光泽剂Brightener,整平剂，载运剂，细晶剂,润湿剂.此等助剂之理论基础尚不成熟，多半

是来自不断实验的结果,故几乎全为商业化的范围,其参考来源多为各种专利,但已发表者几乎都已过时而不

再是第一流的产品了,现役上市者多在阶段.由各数据看来硫酸铜镀液之微布力非常好能将待镀面上种细小

的刮痕及凹陷先预以填平，再镀全面•但对PTH的孔壁而言,要想发挥这微分布的优点,则必须要使高浓度的

镀液能够不断的流进去,降低阴极膜的厚度,才是施展其长处的首要条件。二.小孔或深孔镀铜的讨论电路板的装配日趋紧密,其好处不外减少最后产品的体积及增加信息处理的容量及速度•尤其自VLSI大量开发后,IC在板子上的装配已由早期的通孔插装,渐改进至表面黏装之SMT了•对板子而言细线及小孔是必然要面对的问题.而就小孔而言,受冲击最大的就是现有的镀铜技术,要在孔的长宽比很高时,既要得到1mil厚的孔壁,又不可发生狗骨现象,面且镀层的各种物性双要通过现有的各种规范,其中种种需待突破的困难实在不少.各国的业界现正从基本配方、添加剂、设备等多方面努力,至今尚少重大的突破.现将小孔的难镀以下列事实讨论之.实体部份远大于孔径部份,比种强力的水流几乎都浪费在板面的阻碍上了.解决办法之一就是使液中的铜浓度增加，或可减少通过的次数,但这也是一条行不通的死巷，因2oz/gal的铜量几乎是板面与孔壁的镀层均匀颁比率的上限,再提高时狗骨会变严重,已不是添加剂所能帮忙的了.解决办法之二是改进化学铜镀层的物性使能达到规范的要求，目前日立公司的TAFII制程,已进行数年的研究。现阶佒对硫酸铜镀液所能做的事约有:

(1)选择高纯度的物定助剂,如特殊的整平剂使在高电流处抑制镀层增加,使低电流处仍能有正常登陆,并严

格分析、小心添加、仔细处理以保持镀液的最佳效果.(2)改变镀的设计,加大阴阳间的距离,减少高低电流密度之间的差异.降低电流密度至15ASF以下，改善整流器出来直流的纹波量至2%以下•若不行时将电流密度再降低到5ASF,