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阴极电泳涂装的影响因素0

2011-03-29 14:03:00

基出材的表面性质

阴极电泳涂装过程中，作为阴极的基材，如低锌、普锌或含锌镍的磷化钢板由于电解作用，沉积的涂层会有缺陷，影响电沉积涂层的防腐性能。此外，电泳时阴极表面碱性增强（开始电沉积时阴极附近的pH值约12），会使部分磷化膜溶解、基材表面微观结构发生变化，影响整体涂层的性能。目前，解决的措施是改进磷化工艺，使基材表面覆盖Zn与Mn、Ca、Fe等金属的复合磷酸盐[Zn2M(PO4)2?H2O](式中M为Fe、Ni、Mn和Ca)，以提高磷化膜的耐碱性。值得注意的是，在不同基材表面上电沉积的涂层其热性能也有差异。如在氧气气氛下，未经过磷化处理的钢板上电沉积的环氧涂层在450℃即开始热降解，热降解残余量约25％；表面镀锌-镍合金的钢板在520℃开始热降解直至完全。这是因为不同基材表面对阴极放氢反应的催化活性不同，导致环氧主链的吸氢反应程度及涂层的多孔性呈现差异，从而影响了热降解速率。此外，基材对于树脂的固化温度也有影响，比如镀镍表面环氧树脂的固化温度可降低20～30℃。

电泳处理

第二、电泳前处理

1、脱脂

脱脂的目的是除去金属表面的油污。目前脱脂普遍采用水溶性碱性脱脂剂，关键在于控制好脱脂温度和脱脂时间。脱脂温度过高，水解速度加快，工件表面易泛黄；温度过低，不利于脱脂液中表面活性剂的润湿、乳化、增溶等作用，脱脂不干净。脱脂液除油能力随pH值的提高而提高，但pH值过高可能使铝及铝合金等金属工件被腐蚀。一般控制脱脂温度60～80℃、脱脂时间10～15min效果较好。此外，脱脂后应立即清洗干净。否则金属表面覆盖一层碱性物质，会影响后续除锈和磷化工序，最终使电泳涂层的抗腐蚀性下降。

2、磷化

对于阴极电泳涂装，磷化膜必须是轻量极的（膜厚为2～6μm）过厚的磷化膜导致电阻增大，使电沉积的效率降低。此外，电泳涂装还要求磷化膜致密而均匀，只有在工件的导电能力、电场强度一致的前提下，才能得到均匀的电沉积膜。我国广泛采用锌系或锌钙系中低温、低渣快速磷化工艺。低锌磷化与阴极电泳配套性好，可充分发挥阴极电泳涂装的优势，发达国家高档汽车的电泳涂装均采用低锌磷化。磷化工序的控制重点是磷化液的游离酸和总酸度、促进剂含量，以及磷化温度和时间。一般低锌磷化采用NO3-促进剂体系（含量＞15g/L），处理温度50～60℃，浸入时间3～5min，总酸度20～27点（滴定10mL磷化液至酚酞终点时所消耗的氢氧化钠溶液的毫升数），游离酸0.7～1.3点（滴定10mL磷化液至甲基橙终点时所消耗的氢氧化钠溶液的毫升数）。若在锌系或锌钙系磷化液中加入一定量的Ni2+或Mn2+（2～5g/L），可形成颗粒状晶粒致密的磷化膜，增强磷化膜的耐碱性。从而提高电泳涂层的耐腐蚀性。此外，磷化后必须彻底洗净磷化膜上残留的可溶性盐，因为在湿热条件下这种可溶性盐容易引起涂层的脱落，且它带入电泳槽会严重污染电泳涂料。

3、固体分

阴极电泳槽液的固体分通常控制在18％～25%（质量分数），固体分的高低对涂料电沉积量的影响较大。涂料的固体分高，槽液导电性好，电沉积量也随之增加，但固体分过高（＞ 30％），电沉积量增加过多，涂膜变得过厚，烘烤时因流平性不佳而在表面形成桔皮等弊病；固体分过低（＜10％）时，涂料的泳透力低，涂膜的遮盖力差，还会引起电解反应加剧，涂膜易产生针孔，槽液稳定性变差。实际涂装过程中，由于涂料固体分的下降，需要定期检测固体分的下降值，通过计算向槽液中补加新鲜电泳涂料。

4、颜基比

对以颜料为着色物质的阴极电泳漆，颜基比失调会导致涂膜的外观和抗腐蚀能力变差。颜基比过高，涂膜粗糙无光泽，甚至颜料发生沉淀；颜基比过低，涂膜易产生针孔，抗腐蚀能力降低。阴极电泳过程中，一般通过向槽液中补加高颜基比的颜料浆的方法，以维持颜基比恒定在0.24～0.3。

5 、助溶剂

助溶剂是阴极电泳涂料的重要组成部分，一方面有利于保持涂料的稳定，另一方面影响涂膜的质量。助溶剂含量太低，降低了树脂的水溶性，导致电沉积量和泳透力降低；助溶剂含量太高，涂膜变厚，与此同时，泳透力和涂膜的击穿电压下降，槽液不易控制。通常，阴极电泳涂料中助溶剂含量为20％～40%；在中和及用水稀释之后，槽液中有机溶剂一般控制在2%～5%。若选择的助溶剂是低沸点的醇类溶剂，生产中还需注意定期补加其损失量。

6、槽液的pH值

电泳过程中，槽液的pH值是控制电泳涂料稳定性的重要因素。通常情况下，阴极电泳涂装需严格控制pH在5.90～6.15。槽液的pH值太高，电泳涂料变得不稳定，严重时导致沉淀析出；槽液的pH值也不应过低，虽然pH值降低时电泳电流增大，电沉积量增加，有利于涂膜形成，但漆膜的再溶解程度也随之加大。连续电泳时，由于树脂不断沉积，中和剂不断积累，使得槽液pH值渐渐降低、电导率增大，导致泳透力降低。更为严重的是已沉积在工件上的漆膜重新溶解的趋势加大，使沉积膜变薄，失光甚至露底。一般通过极罩法、补加低中和度涂料更换超滤液的方法来调整pH值，使之稳定在规定的范围之内。

7、槽液电导率

阴极电泳涂料槽液的电导率通常在1200～1600μS/cm，维持槽液一定的导电能力，保证涂层的质量。在电泳过程中，由于杂质离子的混入，以及游离出的中和剂的浓度增加的缘故，电导率会逐渐增大。电导率过高既增加耗电量，降低了泳透力，又使槽液升温过快，涂膜光泽降低，颜料颗粒析出、漆膜抗腐蚀能力下降。

8、槽液温度

槽液温度对阴极电泳涂装及涂膜性能的影响是非常显著的。在其他工艺条件不变的情况下，升高温度，槽液粘度降低，电极反应加快，同时涂膜的电阻值也下降，有利于电沉积，使膜厚增加。但槽液温度过高（＞35℃），涂膜变得粗糙，烘干后产生波浪状的堆积，且槽液中的助溶剂易挥发，导致槽液变质，稳定性变差。温度过低（＜15℃ ），沉积量很小，涂膜很薄，光泽度和遮盖力都差，且槽液粘度大，电沉积过程中产生的气泡难以消除，漆膜易出现针孔。一般阴极电泳槽液温度控制在 28～34℃，实际操作中需采取恒温措施。以防止槽液温度超出此范围。

9、电泳电压

阴极电泳涂装的电压主要取决于涂料的品种，操作时还应该综合考虑极间距、极比、槽液温度等因素，以确定最佳电压范围。电压的高低对电泳涂膜的质量影响很大。通常电泳时间是固定的，通过提高或降低电压来调节涂膜厚度。极间电压越高，电场强度越强，电沉积量亦随之增加，工件内表面及半封闭面的涂膜厚度增大。但电压过高，工件入槽瞬间的冲击电流太大，涂膜沉积速度过快，易造成涂膜外观和性能变差。电压高到超过电泳膜的击穿电压时，沉积涂膜被击穿，电解反应加剧，电极表面产生大量气体，涂膜表面产生大量气泡。电泳电压过低，涂料泳透力差，沉积速度慢，效率低，涂膜变薄。一般在保证涂膜外观质量前提下，尽可能采用较高的电压进行阴极电泳涂装。电压控制在150～340V为宜。据文献报道，阴极电泳涂装时采用不同的供电方式对涂膜的外观影响较大。线性升高电压既可获得较高的泳透力，又可限制峰值电流，防止涂膜弊病的产生。

10 、电泳时间

一般情况下，电泳时间长，膜厚及泳透力会增加，涂膜电阻值也随之增大，约2～3min后，涂膜达到一定厚度，厚度就几乎不再增加。电泳时间过长，会导致涂膜缺陷产生，外观变差。因此，在保证涂层质量前提下，应尽量缩短电泳时间，电泳结束后，被涂物应尽快从槽中取出，以免涂膜发生再溶解而变薄。

11、极间距与极比

阴极电泳时阳极与阴极（被涂物）之间的距离（极间距）和面积比值（极比)对电沉积效率有一定影响。极间距过远，极间电阻增大，电沉积效率降低，沉积量减小，涂膜不均匀，局部甚至电泳不上；反之则会产生局部电流大和过量电沉积，影响膜厚均匀度。一般合适的极间距为50～400mm。对于较大的工件，必要时可设置辅助阳极，以达到合理的极间距范围。阳极面积过大，被涂物表面易产生异常电沉积，沉积出的涂膜厚且粗糙，附着力也降低；阳极面积过小，电沉积效率降低，涂膜变薄，泳透力也低。一般合适的极比（阳极面积／阴极面积）为1/4～1/6。