王兵，賴云飛，單志愿，許能才，李文鵬

（合眾新能源汽車有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

電泳工藝作為車身涂裝主要環(huán)節(jié)之一，電泳涂層的各項(xiàng)指標(biāo)不僅關(guān)乎車身防腐，其外觀粗糙度對后序涂層質(zhì)量也有明顯影響，對緊湊型B1B2工藝外觀的影響尤其更大。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，節(jié)能減排、降低環(huán)境污染成為涂裝工藝的主要改善方向之一，與傳統(tǒng)3C2B工藝相比，緊湊型B1B2工藝壓縮了中涂工藝，減少了VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)排放，降低了設(shè)備能耗，且外觀優(yōu)良，因此已被越來越多的主機(jī)廠所采用。而電泳粗糙度是影響面漆涂層短波及 DOI(鮮映性)的主要因素之一，為獲得良好的面漆外觀，一般要求電泳粗糙Ra< 0.3 μm。本文研究了采用硅烷工藝前處理的電泳過程中，硅烷溫度、硅烷銅離子含量、硅烷活化點(diǎn)、電泳槽液循環(huán)壓力、電泳溶劑含量、電泳電壓、電泳溫度等因素對電泳粗糙度的影響，并研討了改善電泳粗糙度的方法。

1 硅烷薄膜前處理、電泳工藝流程簡介

根據(jù)長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要想降低白車身板材對電泳粗糙度的影響，一般將白車身板材粗糙度控制在0.7 ~1.0 μm，這既保證了沖壓施工性，同時(shí)兼顧涂裝電泳漆膜的質(zhì)量。在此前提下，從某新能源主機(jī)廠實(shí)際應(yīng)用的硅烷薄膜體系著手，就硅烷工藝對電泳粗糙度的影響進(jìn)行了驗(yàn)證。

硅烷薄膜前處理及電泳工藝流程為：手工預(yù)清理→洪流熱水洗→預(yù)脫脂→脫脂→水洗→純水 1→硅烷→純水2→純水3→瀝水→電泳→超濾1→超濾2→純水4。

2 粗糙度的影響因素

結(jié)合前處理電泳參數(shù)，列出可能影響粗糙度的參數(shù)及其范圍，見表1。

表1 前處理電泳工藝參數(shù)范圍Table 1 Range of pretreatment and electrophoresis parameters

計(jì)劃將前處理參數(shù)保持在一定范圍內(nèi)，第一步先對電泳槽液參數(shù)進(jìn)行調(diào)整驗(yàn)證，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，固定電泳參數(shù)后再調(diào)整硅烷參數(shù)，進(jìn)行二次驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證過程中，固定相同的工序流程，減少不必要的變量，步驟如下：

(1) 采用同批車身材料相同的冷軋板，測得其粗糙度為1.0 μm，取樣尺寸為70 mm × 150 mm。

(2) 按照硅烷前處理工藝流程處理后，在同一工作環(huán)境下模擬電泳小槽進(jìn)行電泳。

(3) 模擬電泳后取出，用純水沖洗1 min。

(4) 放入同一烤箱內(nèi)，在180 °C下烘烤20 min。

(5) 使用Mahr PS1的粗糙度檢測儀，在17.5 mm的取樣長度下測量車身外表面，固定點(diǎn)位置。

3 電泳工藝對粗糙度的影響

3.1 電泳一段電壓對粗糙度的影響

按前期調(diào)試確認(rèn)的電壓及時(shí)間進(jìn)行調(diào)整驗(yàn)證，一段工藝時(shí)間為30 s，二段為150 s，二段電壓穩(wěn)定在290 V，通過調(diào)整一段電壓分別為180、160、140、120和100 V，驗(yàn)證一段電壓對電泳涂層粗糙度的影響，粗糙度測量結(jié)果見圖1。

圖1 不同一段電壓下的電泳粗糙度Figure 1 Roughness of electrophoretic coatings prepared at different first-stage voltages

通過對比發(fā)現(xiàn)，二段電壓不變的前提下，粗糙度隨著一段電壓的降低而呈現(xiàn)先減小再增大的趨勢。這個(gè)現(xiàn)象與一段電壓形成的電泳膜厚有關(guān)。一段電壓過高，電泳上膜速度相對較快，一段上膜階段膜厚增大，對板材填充過快，導(dǎo)致粗糙度升高；一段電壓過低，則電泳上膜速度相對變慢，一段上膜階段膜厚減小，對板材的填充性較差，導(dǎo)致粗糙度升高，二段啟動(dòng)后成膜速率不變。此兩種情況均會(huì)造成電泳涂層粗糙度增大，故一段適宜的電壓為140 V。

3.2 電泳二段工藝時(shí)間驗(yàn)證

在穩(wěn)定一段電壓為140 V和二段電壓290 V的情況下，通過調(diào)整電泳一段和二段工藝時(shí)間比例進(jìn)行驗(yàn)證，在總電壓、時(shí)間不變的前提下，驗(yàn)證一段與二段電泳時(shí)間對電泳涂層粗糙度的影響，結(jié)果見表2。調(diào)整電泳一、二段工藝時(shí)間，電泳涂層粗糙度波動(dòng)較小。為保證車身成膜厚度，最佳時(shí)間為：一段30 s，二段150 s。

表2 電泳不同時(shí)間的粗糙度Table 2 Roughness of coatings prepared by electrophoresis for different time

3.3 電泳溫度驗(yàn)證

在固定電泳工藝電壓及時(shí)間的情況下，即一段電壓140 V、時(shí)間30 s，二段電壓290 V、時(shí)間150 s，梯次升高調(diào)整電泳槽液的溫度，驗(yàn)證電泳溫度對電泳涂層粗糙度的影響，結(jié)果如圖2所示。隨電泳槽液溫度升高，電泳涂層粗糙度呈降低趨勢，因溫度越高則車身成膜速度越快。為保證車身膜厚在大于18 μm、小于25 μm的范圍內(nèi)，最佳溫度為32 °C。如溫度高于32 °C，槽液內(nèi)的溶劑用量會(huì)增加，車身外表面膜厚增大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。

圖2 不同溫度電泳的粗糙度Figure 2 Roughness of electrophoretic coatings prepared at different temperatures

3.4 電泳溶劑含量

固定電泳工藝一段電壓和時(shí)間分別為140 V、30 s，二段為290 V、150 s，電泳溫度為32 °C，通過調(diào)整電泳槽液中溶劑的含量，考察其對粗糙度的影響，結(jié)果見圖3。溶劑含量的提高在一定程度上起到促進(jìn)電泳漆膜流平的作用，電泳漆膜的粗糙度隨之降低，但溶劑含量超過一定范圍后，對粗糙度將無改善作用。建議溶劑含量控制在 0.5%，因?yàn)槿軇┖吭礁撸瑩]發(fā)得越快，尤其是對于產(chǎn)量較小的企業(yè)，溶劑含量可以適當(dāng)降低。

圖3 不同溶劑含量下電泳的粗糙度Figure 3 Roughness of electrophoretic coatings prepared with different solvent contents

3.5 電泳最佳參數(shù)

經(jīng)過上述驗(yàn)證，確定電泳最佳工藝參數(shù)為：一段電壓140 V、時(shí)間30 s，二段電壓290 V、時(shí)間150 s，電泳溫度32 °C，溶劑含量0.5%。

4 硅烷工藝對電泳粗糙度的影響

硅烷溫度、活化點(diǎn)、銅離子含量為硅烷日常監(jiān)測參數(shù)，每個(gè)參數(shù)的變化均會(huì)影響硅烷的反應(yīng)速率，硅烷溫度、活化點(diǎn)的升高均直接影響硅烷薄膜的形成，進(jìn)而影響硅烷薄膜的質(zhì)量，銅離子則能有效促進(jìn)硅烷薄膜致密化，改變車身外板導(dǎo)電性。這些控制參數(shù)在不同狀態(tài)下對電泳粗糙度將產(chǎn)生正面或者負(fù)面的影響。

4.1 硅烷溫度的影響

由化驗(yàn)室配制硅烷處理液(活化點(diǎn)6.0，銅離子0.5 mg/kg)，在5個(gè)不同槽液溫度(20、25、30、35和40 °C)下對試板進(jìn)行薄膜處理3 min，電泳后烘干，粗糙度的測量結(jié)果如圖4所示。溫度升高，電泳粗糙度呈先略降后緩慢升高的趨勢，整體變化并不明顯，建議溫度控制在20 ~ 30 °C。

圖4 不同硅烷溫度下電泳的粗糙度Figure 4 Roughness of electrophoretic coatings prepared after silane treatment at different temperatures

4.2 硅烷活化點(diǎn)的影響

活化點(diǎn)對硅烷的成膜速率有影響。配制不同活化點(diǎn)(4.0、4.5、5.0、5.5或6.0)的硅烷液(固定銅離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg)，進(jìn)行薄膜處理3 min(溫度均為25 °C)，電泳后烘干，使用粗糙度儀對試板進(jìn)行粗糙度測量，結(jié)果見圖5。隨著活化點(diǎn)升高，電泳粗糙度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，即較低或較高的活化點(diǎn)均會(huì)使粗糙度提高，不同現(xiàn)場可自行驗(yàn)證。本研究確認(rèn)的活化點(diǎn)為5.0，以此進(jìn)行工藝管理。

圖5 不同活化點(diǎn)下電泳的粗糙度Figure 5 Roughness of electrophoretic coatings prepared at different activation points

4.3 硅烷處理液中銅離子的影響

實(shí)驗(yàn)室配制不同銅離子濃度含量的硅烷處理液，活化點(diǎn)控制為5.0，槽液溫度為25 °C，分別將銅離子控制在0.5 ~ 3.0 mg/kg的梯度下，即分別為0.5、1.0、1.5、2.0和3.0 mg/kg，進(jìn)行薄膜處理3 min，電泳后烘干，測得試板的粗糙度如圖6所示。通過對比可知，銅離子含量在1.5 ~ 2.0 mg/kg時(shí)，粗糙度較低，銅離子含量低于此范圍時(shí)，粗糙度開始增大；銅離子超過2.0 mg/kg后，粗糙度呈增大趨勢。這是因?yàn)橐欢舛鹊你~離子在硅烷反應(yīng)中能起到促進(jìn)薄膜反應(yīng)的作用，使形成的硅烷膜更加致密，車身表面導(dǎo)電性更均勻，入槽前薄膜電阻更平均，電泳通電反應(yīng)時(shí)能降低車身外板反應(yīng)速率差異，使車身上膜速度均勻，從而有效降低粗糙度。目前確認(rèn)銅離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)以1.5 ~ 2.0 mg/kg為佳。

圖6 以不同銅離子含量的硅烷液處理后電泳的粗糙度Figure 6 Roughness of electrophoretic coating prepared after silane treatment with different copper ion contents

5 優(yōu)化參數(shù)的確認(rèn)

經(jīng)上述驗(yàn)證，確定硅烷前處理的最佳參數(shù)為：溫度25 °C，活化點(diǎn)5.0，銅離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5 mg/kg。另外，鎖定了前處理硅烷銅離子含量及電泳溫度對電泳粗糙度的改善較為明顯，電泳車身粗糙度由最初的0.476 μm降低到0.265 μm，現(xiàn)場關(guān)鍵參數(shù)的最佳范圍見表3。

表3 優(yōu)化后的前處理電泳工藝參數(shù)范圍Table 3 Optimized ranges of pretreatment electrophoresis parameters

6 結(jié)語

電泳一段電壓降低并延長一段電泳時(shí)間，以及提高電泳溫度和電泳溶劑含量，可在一定程度上降低電泳粗糙度，但粗糙度整體改變較小。硅烷溫度、活化點(diǎn)、銅離子含量不同，反映在電泳車身上的粗糙度數(shù)據(jù)上的波動(dòng)也較為明顯。

日常管理中可通過優(yōu)化硅烷工藝，對電泳粗糙度進(jìn)行改善，使電泳粗糙度達(dá)到優(yōu)秀的水平，最大限度降低對面涂外觀的影響。本文經(jīng)優(yōu)化硅烷處理的工藝參數(shù)后所得電泳漆膜的粗糙度為0.265 μm，達(dá)到免中涂工藝的情況下改善面漆橘皮質(zhì)量，提高油漆表面平整度的目標(biāo)。