《汽车制造工艺技术》 教案 学习情境四 底漆的涂装

授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术2单元9授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务一底漆的基础知识教学目标知识目标：掌握底漆的作用、性能要求；底漆的种类、涂装方法和底漆涂料配制。能力目标：能正确进行底漆的配制。素质目标：培养善于思考、善于总结、认真严谨的态度重点难点重点：底漆的作用、性能要求难点：底漆的种类、涂装方法和底漆涂料配制教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结

教学后记教案用纸No授课内容备注任务一底漆的基础知识【复习】1.概述喷漆房的结构组成？2.喷漆房供气系统的三种方式？3.概括烤漆房的类型？4.简述烘干设备的类型和特点。【导入】汽车涂装工艺经历了100多年的发展历程，其作业方式由最初作坊式的简单刷涂到简单喷涂再到适应于大量流水生产的现代化工业涂装；其作业内容也由最初的仅在需保护的工件表面刷上一层油漆到在工件表面先刷防锈漆再喷面漆，最后发展到现在的“漆前处理一电泳一中涂一面漆”等十分复杂的作业内容，其工艺布局与流程如图3-109所示。车身涂装涂层至少包括电泳底漆、中涂、色漆和清漆等四层，如图3-110所示。对于有密封要求的焊缝部位，在电泳底漆与中涂之间还要加涂PVC或SGC密封胶。近20多年来，为了适应用户对汽车外观质量越来越高及多样化的要求，汽车车身涂装工艺过程中的漆前处理、底漆阴极电泳工艺已实现全自动化，中涂与面涂工艺实现了静电自动喷涂(机器人喷涂机实现喷涂无人化)、计算机智能化控制。汽车车身涂层质地(外观装饰性、耐蚀性、抗擦伤性等)得到了显著提高，车身保用期达到或超过了汽车的整体使用寿命。【讲授新课】一、底漆的作用

底漆即底涂层用漆，它一般直接涂覆于施工物体表面或涂于原子灰表面，如图3-111所示。它的作用一是防止金属表面的氧化腐蚀，二是增强金属表面与原子灰(或中间涂层、面漆)、原子灰与面漆之间的附着力。合适的底漆是面漆耐久、美观的前提。如果底漆不好，面漆的外观就会受影响，甚至出现裂纹或剥落。二、底漆的性能要求（1）底漆对经过表面处理的工件表面应有很好的附着力，所形成的底漆漆膜应具有极好的机械强度。（2）底漆本身必须是腐蚀的阻化剂，底漆涂层必须具有极好的耐腐蚀性、耐水性(耐潮湿性)和抗化学试剂性。（3）底漆与中间涂层和面漆涂层的配套性应良好。（4）底漆应能适应汽车涂装工艺的大量流水生产的特点，应具有良好的施工性能。为达到上述要求，制造汽车底漆用的主要漆基是各种环氧树脂、酚醛树脂和一些优质水溶性树脂。汽车用底漆中都加有优质的防锈颜料。底漆涂膜的强度和结合能力的大小取决于涂膜的厚度、均匀度及其是否完全干燥，底漆涂膜一般不宜过厚，以15～25

μm为宜(在汽车表面装饰性要求不高，底漆上直接喷涂面漆的情况下膜厚可以在30

μm左右)，过厚则涂膜干燥缓慢，还容易造成涂膜强度不够和附着力不强。三、底漆的种类1.根据使用目的不同分类底漆根据其使用目的不同可分为头道底漆、头二道合用底漆、二道底漆、表面封闭底漆等。2.按构成的主要树脂分类用于制造底漆的树脂种类比较多，现在汽车涂装中，以环氧树脂底漆和侵蚀底漆最为多见。（1）环氧树脂底漆环氧树脂底漆简称环氧底漆，是物理隔绝防腐底漆的代表。环氧树脂是线型的高聚物，以环氧丙烷和二酚基丙烷缩聚而成。环氧底漆具有如下优点。（2）侵蚀底漆侵蚀底漆是以化学防腐手段来达到其防腐目的的，主要代表为磷化底漆。磷化底漆是以聚乙烯醇缩丁醛树脂溶于有机溶剂中，并加入防锈颜料四盐锌铬黄等制成，使用时与分开包装的磷化液按一定调配后喷涂。品牌漆中的磷化底漆一般都已经制成成品，按一定的比例加入固化剂使用即可。四、底漆的涂装方法涂装效果好与坏是涂装三要素综合作用的结果，其中涂装工艺的正确选用尤为重要。所谓涂装工艺的选择在某种意义上说是涂装方法的选择，不同的涂装方法适用于不同条件下的涂装。因此，选择正确的涂装方法是非常重要的。到目前为止，涂装方法主要有浸涂、喷涂、刷涂、辊涂、电泳、刮涂、静电喷涂和搓涂8种。其中，电泳、喷涂、静电喷涂和刮涂在汽车涂装中应用较多。五、底漆的选配六、底漆喷涂常用工具与设备当被涂表面经过清洗、除油、除旧漆膜、除锈等表面处理后，就可以对其进行涂装施工。空气喷涂的特点：优点主要是：设备简单，容易操作，能够获得厚薄均匀、光滑平整的涂层膜，使有缝隙、小孔的物件，以及倾斜、弯曲的地方均能喷到。

（2）空气喷涂的基本原理：典型喷枪空气喷涂的原理，如下图所示。【提问】1.概述底漆的作用？2.简述底漆的分类及特点？【布置作业】

简述空气喷涂系统组成？【小结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术2单元10授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务二底漆前处理教学目标知识目标：底漆前处理内容和流程；底漆前处理主要设备能力目标：能正确进行底漆前处理操作素质目标：培养善于思考、善于总结、认真严谨的态度重点难点重点：底漆前处理工艺流程难点：底漆前处理主要设备教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结

教学后记教案用纸No授课内容备注任务二底漆前处理【复习】1.概述底漆的作用？2.简述底漆的分类及特点？3.简述空气喷涂系统组成？【导入】早期生产的汽车，尽管新车出厂时外观非常漂亮，但不久就会出现起泡、油漆表面冒出星罗棋布的锈蚀斑点，通常每隔2至3年需要重新做一次油漆。其原因是漆膜的附着能力不够、防腐蚀能力差。为有效提高涂层寿命，其有效的方法是磷化。利用磷酸的离解（平衡）反应在洁净的金属表面析出不溶性的磷酸金属盐膜（简称磷化膜）。磷化膜是否能够有效生成与金属表面的洁净程度和表面微观结构直接相关。车身冲压与焊装工艺过程中不可避免会在金属车身表面留下脂、锈或其他残留物。为此，在磷化前需彻底除脂、除锈和表调处理；磷化处理后，还需彻底清除残留在车身表面上的磷化液及磷化膜表面的疏松层，并对磷化膜不完全的部分空穴进行封闭，使磷化膜的结晶细化，提高其致密性（即钝化）。汽车车身的前处理通常需要经历预清洗、预脱脂、脱脂、水洗、表调、磷化、水洗、纯水洗、翻转沥水等10多道工序，如下图。【讲授新课】一、底漆前处理工艺流程1.汽车整车涂装工艺流程按照汽车的种类，包括货车、乘用车、商用车等，其整车涂装生产线工艺各有特点。常见的汽车整车涂装工艺如图3-112所示。气动打磨机是利用粘附砂纸对表面进行打磨的设备，根据砂纸和运动方向有单作用打磨机、双作用打磨机、轨道式打磨机和往复直线式打磨机，适用于不同的工作需要。2.前处理主要工艺流程为了有效提高涂层使用寿命，经过不懈努力，人们找到了一种十分有效的方法，即磷化，利用磷酸的离解(平衡)反应在洁净的金属表面析出不溶性的磷酸金属盐膜(简称磷化膜)。如图3-113所示，汽车在进行第一遍涂层时需要进行漆前表面处理，主要包含洪流水洗。预脱脂、脱脂、脱脂后喷淋洗及浸洗、表面调整、磷化、磷化后水洗、钝化以及钝化后纯水洗等工序。实验表明，磷化膜能显著提高涂层的附着力和耐蚀性。磷化膜是否能够有效生成与金属表面的洁净程度和表面微观结构直接相关。然而汽车车身在上游的冲压与焊装工艺过程中不可避免会在金属车身表面留下脂(防锈油、润滑油等)、锈或其他残留物。为此，在磷化前需进行十分彻底的除脂、除锈和表调处理(在金属车身表面形成一层有利于生成磷化膜的均匀结晶核)；磷化处理后，还需彻底清除残留在车身表面上的磷化液及磷化膜表面的疏松层，并对磷化膜不完全的部分空穴进行封闭，使磷化膜的结晶细化，提高其致密性(即钝化)。汽车车身的前处理通常需要经历预清洗、预脱脂、脱脂、水洗、表调、磷化、水洗、纯水洗、翻转沥水等十多道工序。3.前处理的目的前处理是对适于涂装的板材进行处理的第一道工序，其把附着在钢板表面上的油、杂质、异物等去除，并在钢板上形成多孔的磷酸盐膜，为电泳涂装提供良好条件，以提高与电泳涂料结合的密合性，提高防锈能力。4.夹具安装为保证车身在生产时能够得到有效的工艺处理，不出现碰撞、积液及由于夹具固定问题而导致的品质不良，在进入前处理之前需在四门及前、后盖位置安装支撑固定及相关辅助功能的工装夹具，如图3-113所示。5.脱脂前五道工序是除油清洗(脱脂)工序。用热水和热碱液喷、浸结合的方法清洗车身，通过脱脂剂中的碱性物质对油污皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到脱脂的目的。脱脂质量的好坏主要取决于脱脂温度、脱脂时间、机械作用和脱脂剂四个因素。6.除锈除锈较为有效的方法是酸洗。对于现代汽车制造业而言，由于普遍采用了拉动式生产方式，焊装好的白车身无需中间停留便进入到涂装工艺，锈蚀通常来不及产生，因此在现代化的汽车制造公司，车身涂装工艺中已很少见到除锈工序。当然，若车身冲压件及换装好的车身有较长时间的储存、中转，车身表面锈蚀可能在所难免，在这种情况下，则应增设除锈工序。7.表调表调是磷化前必须进行的一道重要工序，其作用是改变金属表面的微观状态，促使磷化过程中形成结晶细小、均匀、致密的磷化膜。尤其是经酸洗或高温强碱清洗过的金属表面。8.磷化磷化处理的主要物质是磷酸(H3PO4)，磷酸在水溶液中三次离解所对应的是三种不同离解状态的盐。当金属是Zn、Fe等二价金属时，生成的三种盐分别是：磷酸二氢盐Me(H2PO4)2、磷酸一氢盐MeHPO4、磷酸盐Me3(PO4)2。Me(H2PO4)2是可溶性的，Me3(PO4)2是难溶性的，MeHPO4介于二者之问。磷化处理技术是可溶性磷酸二氢盐Me(H2PO4)2形态的水溶液通过化学反应析出难溶磷酸盐Me3(PO4)2膜。9.水洗磷化后的水洗，其目的是清除残留在车身表面上的磷化液。水洗效果与水洗次数、水洗方式、水的洁净度、水质（自来水、纯水、去离子水）和沥水时间等工艺参数有关。多次水清洗是提高清洗效果的关键因素，欲达到工艺要求的洗净度，需水洗2~4次。在大量生产的流水生产线上喷射水洗一般为20~30s，浸渍水洗为浸入即出。沥水时间以达到没有水流及近乎无滴水为标准，一般约需30s左右，最长不超过l

min。如果超过l

min还沥不干净，则应在产品上增设排水孔。应充分注意清洗用水的水质，所用自来水的电导率应<200us/cm；新鲜纯水的电导率应<1uscm。前处理的最终一道水洗必须用纯水来置换自来水，使得从车身上滴落下来的水的电导率<30us/cm。10.钝化利用化学或电化学的方法，在金属表面形成一层化学转换膜使活性金属表面处于钝化状态，称为钝化。汽车车身磷化后的钝化处理常采用化学钝化方法，即利用钝化剂实现钝化。常用的钝化剂有稀铬酸(0.1~2g/L)和铬酸盐溶液(0.01%)。磷化后进行钝化处理能进一步改善电泳涂层与磷化膜黏附能力和提高磷化膜的耐蚀性。钝化处理可在常温下进行，钝化时间约为0.5～1min。磷化膜的钝化技术，在北美和欧洲国家被广泛应用，采用钝化技术是基于磷化膜自身特点决定的。磷化膜较薄，一般在1~4g/m2，最大不超过10g/m2，在显微镜下可以看到磷化膜有针状、片状、棒状等，磷化膜含有约１%的孔隙，孔隙深处“裸露”的金属表面容易因腐蚀介质渗入而腐蚀，导致膜本身的耐蚀力有限，有的甚至在干燥过程中就迅速生黄锈。磷化后进行一次钝化封闭，可以使磷化膜孔隙中暴露的金属进一步氧化，或生成钝化层，对磷化膜可以起到填充、氧化作用，使磷化膜稳定于大气之中。二、前处理主要设备1.前处理方式前处理方式大致分为喷淋方式、大洪流喷淋方式、半喷半浸渍方式和浸渍方式，如图3-118所示。目前整车涂装常用到的处理方式为大洪流喷淋方式/半喷半浸渍方式、喷淋方式、浸渍方式相结合，磷化一般采用浸渍方式。前处理各种方式的特点见表3-1。图3-118

前处理喷淋方式图解图3-1

前处理各处理方式特点2.前处理输送方式在整车生产过程中，全浸的连续式生产输送模式是车身借助悬挂式输送链贯穿通过各处理槽体进行处理。在规划中对输送形式进行选择时，要充分考虑不同的输送形式对车身涂层质量的影响，以及所需投资(包括工艺设备和土建公用)的高低，所能达到的净产能的大小。设备运行、维修、维护成本等因素。目前生产常用的输送方式有推杆式悬链输送机(OHC)、双摆杆输送链及旋转全浸式输送机。【提问】1.概述汽车整车涂装工艺流程？2.概述前处理主要工艺流程？【布置作业】

简述前处理输送方式？【小结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术2单元11授课时间2022年3月9日年月日年月日第2周第周第周星期三星期星期第9-12节第节第节20772/23/21761班班班授课章节任务三电泳底漆涂装教学目标知识目标：掌握电泳底漆概念、发展历程；了解电泳涂装膜的形成原理和电泳涂装工艺流程；了解电泳涂装工艺参数能力目标：会进行电泳涂装操作素质目标：培养善于思考、善于总结、认真严谨的态度重点难点重点：电泳涂装膜形成过程难点：电泳涂装工艺流程教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结

教学后记线上网络授课，无法及时掌控学生动态，教学效果一般教案用纸No授课内容备注任务三电泳底漆涂装【复习】1.概述汽车整车涂装工艺流程？2.概述前处理主要工艺流程？【导入】

当前汽车涂装工艺技术采用多是阴极电泳涂装工艺。什么阴极电泳涂装工艺？【讲授新课】一、电泳底漆概念电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法，仅适用于电泳涂装专用水溶性或水乳液涂料(或称电泳涂料)。将具有导电性的被涂工件浸渍在装满用水稀释过的低浓度电泳涂料槽中，被涂工件作为一个电极(阳极或阴极)，在槽中另设置一个与之相对应的电极(阴极或阳极)，两极间通上一定时间的直流电后，在工件表面析出一层均匀的水不溶性涂膜，这种涂装方法称为电泳涂装法。根据被涂工件极性与电泳涂料种类的不同，电泳涂装法分为阳极电泳涂装法和阴极电泳涂装法。若被涂工件为阳极，电泳涂料是带负电荷的阴离子型涂料，则称为阳极电泳涂装；若被涂工件为阴极，电泳涂料是带正电荷的阳离子型涂料，则称为阴极电泳涂装。

二、电泳涂装膜的形成原理电泳涂装膜的形成需要经历电泳、电沉积、电解和电渗四个化学物理过程。（一）电泳涂装膜形成过程1.电泳

(ElectroPhoresis)胶体溶液中的阳极和阴极接电后，在电场的作用下带正(或负)电荷的胶体粒子向阴极(或阳极)一方泳动的现象称为电泳。胶体溶液中的物质不是分子和离子形态，而是分散在液体中的溶质，该物质体积较大(粒度约为10-7~10-9m)，不会沉淀，如图3-128所示。2.电沉积

(ElectroDeposition)固体从液体中析出的现象称为沉积，一般是由于冷却或溶液浓缩时才会产生，而电泳涂装中是借助于电的作用，使得带正电荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的粒子(离子)在阳极上聚集。当带正电荷的胶体粒子(树脂和颜料)到达阴极表面时得到电子，并与氢氧离子反应生成水不溶性膜，沉积在阴极(工件)上，如图3-129所示。

3.电解

(Electrolysis)具有离子导电性的溶液中的阳极和阴极接通直流电后，产生电化学反应，在阳极端产生金属溶解，放出氧气、氯气；阴极端金属析出，并将H+电解还原为氢气，如图3-130所示。4.电渗

(Electroosmosis)阴极和阳极通电后，低浓度的溶媒向高浓度侧移动的现象称为电渗。刚沉积到工件表面上的涂膜是半渗透膜，在电场的持续作用下，涂膜内部所含的水分从涂膜中析出，涂膜脱水，这就是电泳涂装过程中的电渗。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜，脱水使涂膜致密。电渗性好的电泳涂料泳涂后的湿漆可用手摸也不粘手，且可用水冲洗附着在湿漆膜上的电泳液。

（二）电泳涂装膜的增厚

电泳涂料是靠添加中和剂使水不溶性的涂料树脂变成水溶化和水分散化的液态涂料。阴极电泳涂料呈酸性。阴极电泳涂料是用有机酸中和碱性树脂(氨)基改性的环氧树脂制成水溶化(水乳化)带阳离子的涂料粒子，使之涂着到阴极的工件上，工件表面上得到负电荷析出水不溶性涂膜。随着这一过程不断进行，涂膜不断增厚而形成湿涂膜。图3-132所示是电泳涂装过程电流值、涂膜厚度和涂膜电阻的变化曲线。湿电泳涂膜的特点是涂膜有一定的电阻值，因而使其有较好的泳透力。图3-132

电泳涂装过程电流值、涂膜厚度和涂膜电阻变化曲线（三）电泳涂装工艺流程

电泳涂装工艺包括电泳涂装工序、电泳后清洗工序及电泳涂膜的烘干。（1）电泳涂装工序。将被涂物浸入电泳槽中按规定的泳涂条件通电一定时间，使槽液中的成膜物质泳涂至被涂物表面上。（2）电泳后清洗工序。为防止涂膜表面的再溶解、二次流痕等缺陷，电泳后的被涂物需要用超滤水清洗，最后使用去离子水清洗。（3）电泳涂膜的烘干。在规定的温度下保持一定时间，直到涂膜完全固化。电泳涂装工艺主要流程如图3-133所示。电泳过程由摆杆链式输送系统在输送过程中自动完成，各工序的功能、工艺参数管理要点等见表3-4。图3-133

电泳涂装工艺主要流程表3-4

阴极电泳底漆涂装工艺内容与参数控制表（四）电泳涂装的特点（1）良好的浸透性（2）泳透性好、涂膜均匀（3）电泳液的利用率高（4）电泳涂膜的附着能力、防锈能力均强（5）安全性好（6）电泳涂装工艺的应用范围受限（六）电泳涂装工艺参数阴极电泳涂装的工艺参数包括四类12个参数，分别是：1.电泳液成分参数电泳液成分参数包括固体分(NV)、灰分与颜基比、中和物质当量(MEQ)和有机溶剂含量。固体分（NV）。灰分与颜基比。（3）中和物质当量（MEQ）。（4）有机溶剂含量。2.电泳条件参数电泳条件参数包括电泳液温度、泳涂时间和泳涂电压。电泳液温。

（2）泳涂时间。（3）泳涂电压。3.槽液特性参数

槽液特性参数包括pH值、电导。pH值。（2）电导