涂装工艺技术.ppt

,涂装工艺技术,李国波,前处理基础知识及工艺管理阴极电泳基础知识及工艺管理自动机喷涂原理及喷涂参数对喷涂的作用和影响汽车涂装节能减排技术应用标准化作业对涂装工艺及涂膜质量的影响金属闪光漆的施工应用涂膜常见缺陷原因分析及对策涂装车间颗粒缺陷攻关（案例分析）工艺文件编制要求及编制方法MES及PLM系统操作基础知识,目录,前处理基础知识及工艺管理,前处理重要性：涂装工艺包括前处理和涂装两大部分。前处理的质量直接影响涂层的附着力及耐腐蚀性能。因此，要想获得高品质的涂膜，工件在涂装前，必须经过严格的前处理，最终在工件表面获得：1、无油污及水份；2、无锈迹及氧化物；3、无酸、碱、盐等化学残留物；4、磷化或钝化等保护膜完整；5、表面有一定的粗糙度；根据工件材质不同，前处理工艺也不一样，例如:钢铁件前处理一般包括除油、表调、磷化、钝化等工艺过程，具体为：预脱水洗脱脂水洗表调磷化水洗钝化水洗去离子水洗。,1、预清洗：检查：查看白车身是否有涂装不可接受的缺陷，有则返回焊装返修；扫描：将车型信息录入MES系统，便于生产组织；上辅具：将四门两盖及部份车型的油箱盖进行固定，以免运行中与槽体及设备碰撞；冲洗：去处油污、焊渣、铁屑。,冲洗方法：高压水枪冲洗或大流量洪流冲洗车身。,车身,主要作用：A：软化油污，减轻后道脱脂难度；B：高压水枪去除白车身大量焊渣等固体杂质。,2、预脱脂/脱脂：车身储运中用防锈油脂冲压拉延油热加工冷却液操作中的油迹、汗渍焊渣、灰尘、铁屑及各种杂质工序影响：阻碍磷化膜的形成，影响涂层的结合力,干燥性能,装饰性能和耐腐蚀性；,常用脱脂方法：溶剂清洗：依靠有机溶剂对油污的浸透、溶解等作用达到去除油污的目的；碱液清洗：利用含有表面活性剂的碱性物质对动植物油污的皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的。,脱脂工艺槽示意图,泵体,磁性过滤器,热交换器,旋液分离器,喷淋装置,生产模式打开,生产模式关闭,前处理常见处理方式：全喷、全浸、喷浸结合,翻转浸洗,喷淋冲洗,车身,脱脂剂的组成（一）,无机盐和碱分散作用，对已脱去的油污部分乳化碱高的pH值皂化作用硅酸盐改善负荷能力，在表面能形成硅酸盐膜，有缓蚀作用磷酸盐除去色料，形成磷酸盐膜硼酸盐铝材的清洗碳酸盐稳定pH值，弱碱性产品中的主要碱性成分,脱脂剂的组成（二）,有机成分消泡剂缓蚀剂络合剂表面活性剂阴离子表面活性剂CH3(CH2)n-CH2-SO3-Na+非离子表面活性剂CH3(CH2)n-CH2-(OCH2CH2)10-OH阳离子表面活性剂CH3+CH3-(CH2)10-CH2-N-CH3Cl-CH3,脱脂常见问题及处理,脱脂不彻底采取的措施水花/磷化后斑点提高游离碱至上限；工件干燥增加表面活性剂的含量；水洗不充分提高温度至上限；增加喷淋压力或循环量；调整喷嘴；进行预擦洗；在车身车间加强对车身的清洗；适当提高第一水洗的总碱度；增加工位之间的喷湿喷嘴；把pH值控制在1112；排放槽液，进行更新；,3、水洗（喷浸结合）：,清洗前道工序残留的脱脂槽液；去除工件表面的颗粒等影响涂膜质量的杂物；将工件表面呈强酸性或碱性状态变成中性状态；降温：使工件表面温度改变到水洗槽水温，防止车身在前处理隧道内出现生锈。,水洗常见问题、产生原因及解决办法,4、表调（活化）,定义：表面调整处理就是采用磷化表面调整剂使需要磷化的金属表面改变成微观状态，促使磷化过程中形成结晶细小、均匀、致密的磷化膜。作用机理：现在一般采用效果较好的磷酸钛胶体溶液处理，由于胶体微粒表面能很高，对物体表面有较强的吸附作用，胶体微粒吸附在零件表面形成均匀的吸附层，在磷化时，这层极薄的吸附层就是一层分布均匀，数量极多的磷酸盐结晶的晶核，因而促进结晶均匀快速形成，限制了大晶体的生长，结晶就促使磷化膜的细化和致密，提高了成膜性，缩短了磷化时间，降低膜厚，同时也能消除钢铁表面状态的差异对磷化质量的影响。,表调剂对磷化的影响,无表调的磷化膜（粗糙）,经过表调的磷化膜（均匀、致密）,放大倍率：400X,表调常见问题及处理,表调无效或低效；采取的措施槽液使用寿命较短检查加料系统；设备是否正常/提高表调剂浓度；检查水质；优先使用纯水/软化水；如果F.Ti/T.Ti.=1，增加水的硬度；检查pH值；(pH8.0)检查溢流；每周更新一次槽液，18周更换；检查循环量和预混和槽的搅拌；检查总碱；(前道工序的带入)检查总钛/有效钛的比例；,5、磷化,磷化是大幅度提高金属表面涂层耐腐蚀性的一个简单可靠、费用低廉、操作方便的工艺方法；磷化处理是指金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触，发生化学反应而在金属表面生成稳定的不溶性的无机化合物膜层的一种表面化学处理方法，所生成的膜称为磷化膜。,在脱脂彻底的基础上，提供一个清洁、均匀、无油脂的表面；由于物理和化学作用，增强了有机涂层对基底的附着力；提供了一个稳定的不导电的隔离层，一旦涂膜破损，它具有抑制腐蚀的作用。,磷化在涂层中的作用,磷化膜的晶貌,不同汽车板材的磷化晶貌,800X,EG,HDG,CRS,磷化常见的几种分类方法,根据组成磷化液的磷酸盐分类：有磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸铁系。此外还有磷酸锌盐中加钙的钙系，在磷酸锌系中加镍、锰的所谓“三元体系”磷化等。根据磷化温度分类：有高温磷化（80以上）、中温磷化（5070）和低温磷化（40以下）；按磷化膜的质量分类：有重量型（7.5g/m2以上），中量型（4.3g/m27.5g/m2）、轻量型（1.1g/m24.3g/m2）和特轻量型（0.3g/m21.1g/m2）；按磷化施工方法分类：有喷淋式磷化、浸泡式磷化、喷浸结合式磷化、涂刷式磷化。,二级换热系统：蒸汽对循环水进行换热，循环水与槽液进行换热，这样即保证了槽液的稳定性；,温度控制系统,磷化工艺槽示意图,磷化反应机理(一),微阴极,钢板,FeFe2+2e,微阳极,2H+2eH2,扩散层,磷化液,Fe2+,Zn(H2PO4)2,促进剂的作用机理,氢气的去极化防止在工件表面形成阻碍磷化膜生成的氢气泡，使磷化膜均匀，致密。Fe2+的氧化Fe2+被氧化成Fe3+，然后形成磷化渣被除去。,油漆对磷化膜的要求,均匀，细小的磷化膜封闭，致密的磷化层无挂灰和二次磷化层柔软性耐腐蚀性阴极电泳要求磷化膜耐碱性,磷化膜性能,项目基准值试验方法1。外观：平整，均匀，致密目视2。膜重：2.5-3.5g/m2GB6807-863。结晶形状：颗粒状电镜1000倍4。P比：85%X射线衍射法5。结晶粒度：4mmDINISO15208。石击试验：12P-VW3.17.19。划格试验：Gt.0DIN5315110。盐雾试验：(240hr)无锈，不起泡DIN50021ss11。30循环：2mmDIN5316712。湿热试验：无锈，不起泡DIN50017sk13。化学品理论消耗量：Ridoline5-10g/m2Fixodine0.05-0.1g/m2Granodine12-15g/m2,不同铁系磷化的晶貌,膜重为0.3g/m2的“簿”铁磷化膜放大倍率：32.000 x,膜重为0.8g/m2的“厚”铁磷化膜放大倍率：16.700 x,磷化常见故障处理（一）,磷化工位可能的原因膜重太重表调失效；游离酸太低；温度太高；总酸太高；严重的表面处理；底材活性的变化；磷化槽液循环太弱；膜重太轻温度太低；促进剂太低；(CRS)高游离酸；表调太强；工件干燥；底材内在的问题；晶粒尺寸太大表调较弱；与底材有关；金属表面处理过；工件干燥；高游离酸；低促进剂；,磷化常见故障处理（二）,磷化工位可能的原因黄色锈膜工件干燥；工件被氧化；悬链故障；底材钝化；停线；表调太弱；水平条纹层流太弱；停线；“束状”图纹不适当的循环/搅拌；“条纹”脱脂不彻底；工件干燥；底材的内在影响；游离酸太高；表调太弱；脱脂侵蚀过度；“蓝膜”表调太强或太弱；脱脂不彻底；水洗不充分；工件干燥；与底材有关；促进剂浓度偏离,6、磷化后水洗（去离子水）,水洗处理的目的是为了防止槽液由前槽向后槽串槽,因为在串槽后,会发生所不希望的污染、中和或成渣等化学反应；另外,通过水洗可以将工件表面的酸性变成中性;同时除去工件表面的磷化渣等颗粒，为后面的电泳提供洁净的磷化表面。,7、钝化处理,磷化后的钝化处理指对磷化膜采用酸性水溶液补充处理，可进一步提高磷化膜的耐腐蚀性；,使磷化膜空隙中暴露的金属进一步氧化或生成铬化层，填补磷化膜孔隙，使其稳定与大气之中，以便提高磷化膜的单层的防锈能力，故也有称之为“封闭处理”；通过酸性溶液处理，可以去掉磷化膜表层疏松结构及包含在其中的各种水溶性残留物，降低磷化膜在电泳时的溶解量，以提高涂膜耐腐蚀性。,钝化的防腐机理,由钝化封闭磷化膜孔隙,基材,基材,孔隙的底部被钝化磷化膜表面铬化反应,六价铬钝化原理,铬酐CrOs在水中溶解成铬酸H2Cr04，氧化性极强的铬酸喷淋到磷化膜表面以后，会与锌发生反应，使部分六价铬还原三价铬，而锌被氧化成锌离子；,随着反应的不断进行，反应界面的H+不断被消耗掉，pH值迅速上升，当pH值上升到成膜pH值范围时，一些难溶的金属盐、氢氧化物开始析出，沉积于锌层表面，形成钝化膜；,经过钝化反应以后，便在磷化膜表面形成了一层极薄而又致密的氧化膜，这层氧化膜能将锌与环境隔离开来，使锌的腐蚀反应无法进行。,三价铬钝化原理,三价铬钝化剂采用的三价铬一般是可溶性的三价铬盐，如Cr2(S04)3、Cr2(N03)3等，其获得方法最好是用还原剂使六价铬酸盐还原成三价铬酸盐，由于缺少了氧化性较强的六价铬，所以需要另外添加氧化剂，以使镀锌层发生钝化反应。在这里使用磷酸盐已不能满足需要，必须使用氧化能力更强的硝酸盐与锌反应；反应式为3Zn+2N0-3+8H+3Zn2+2N0+4H20；由于此反应消耗掉了溶液中的H+，使锌表面溶液的pH值上升，三价铬直接与Zn2+、0H-离子生成不溶性的锌铬氧化物组成的隔离层，使镀锌层得到一定的保护作用；三价铬钝化膜没有六价铬钝化膜那样特有的自愈修复功能，膜层一旦被拉伤，极易造成镀锌板的腐蚀，盐雾试验表明，三价铬钝化膜的抗白锈时间可达72h以上，略低于六价铬钝化。,无铬钝化原理,目前已经研究的无铬钝化工艺有无机物钝化、有机物钝化、氧化物钝化和有机金属化合物钝化等；钼酸盐或钨酸盐钝化（黑色膜）：钼、钨和铬在周期表中同属一族，其性质相近，该方式钝化膜耐蚀性不够理想；硅酸盐钝化（白色膜）：硅酸盐钝化具有稳定性好、成本低、使用方便、无毒、无污染等优点，但钝化膜的耐蚀性稍差；稀土盐或氧化物钝化（淡金花色）：铈、镧、镨等稀土化合物可与锌合金形成钝化膜层，实际上是形成的氧化物或氢氧化物沉积层，以铈盐得到的钝化膜最好；钛盐钝化（白色或彩色膜）：硫酸氧钛膜，形成的彩色膜钝化膜可通过144H的中性盐雾试验，与铬酸盐钝化膜相当；有机物及有机金属化合物钝化：工艺较复杂、成本偏高等特点。,O,N,),Me,(Ti),8、最后一道去离子水洗,当前处理所有化学反应完成，工件进入电泳槽之前，需要对工件及承载工装进行彻底的洁净处理，用循环去离子水和最后一道洁净去离子水冲去工件和工装表面的所有残留物，要求冲洗后的滴水电导（称“滴水电导”）小于30s/cm。,目录,前处理基础知识及工艺管理阴极电泳基础知识及工艺管理自动机喷涂原理及喷涂参数对喷涂的作用和影响汽车涂装节能减排技术应用标准化作业对涂装工艺及涂膜质量的影响金属闪光漆的施工应用涂膜常见缺陷原因分析及对策涂装车间颗粒缺陷攻关（案例分析）工艺文件编制要求及编制方法MES及PLM系统操作基础知识,电泳涂装：特殊的涂膜形成方法，仅适用于与一般涂料不同的电泳涂装专用的涂料；电泳过程伴随有：电解、电泳、电沉积、电渗等四种化学现象。,根据被涂物的极性和电泳涂料的种类：阴极电泳、阳极电泳阴极电泳涂装（目前普遍采用）：被涂物为阴极，所采用的电泳涂料是阳离子型。,电泳涂层优缺点：耐腐蚀但不耐紫外线,阴极电泳基础知识及工艺管理,1809年，俄国化学家列斯首先发现了胶体粒子在电场作用下产生电泳的现象。1960年，英国的卜内门公司与里兰公司共同研制成功阳极电泳涂料。1963年，福特公司建立了世界上第一条完整的电泳涂装线。1969年，美国在电泳涂装线上成功引入超滤技术。1971年，第一代阴极电泳漆在通用汽车公司投入使用。1976年，第二代阴极电泳漆在通用公司成功应用。日本和英国1977年由美国引进技术后，其汽车涂装从78-79年向阴极电泳涂装转化。80年代中期，美、德、日等开发厚膜型阴极电泳涂料。90年代末，顺应环保法规要求的无铅电泳涂料相继投入应用。目前PPG公司开发的第六代阴极无铅无锡电泳涂料广泛应用，第七代准备商业化，第八代实验室已经开发出来。,电泳发展历程,CED涂装示意图,电泳涂装的四个过程,电解：水在通电时产生分解，在阴极上放出氢气，在阳极上放出氧气。电泳：带正电荷的胶体树脂粒子和颜料粒子在电场的作用下向阴极移动。电沉积：漆粒子在电极上沉积析出的现象。电渗：在电场的作用下，涂膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来而移向槽液，使涂膜脱水。,阴极电泳的特点在阴极电泳过程中，工件作为阴极带有负电荷，在电场的作用下，吸引带有正电荷的涂料粒子。这个过程与阳极电泳相反，因此极大的减少了工件铁离子进入固化膜，提高了漆膜性能。阴极电泳漆为高性能涂料，具有突出的耐腐蚀性，可以用于外部工件的涂装。,CED用语（1）NV,NonVolatile（不挥发份、固体份）的简称，表示在涂料中的树脂及颜料的重量比率。NV过高时出现的问题有：二次流痕、膜厚增加、涂料回收率下降。NV过低时出现的问题有：膜厚降低、泳透力下降。,CED用语（2）灰分（ASH）,表示固体份中颜料的重量比率（%）。由于槽内颜料沉淀导致ASH下降时，涂膜易产生颗粒，过滤器易堵塞。ASH过高出现的问题有：膜厚降低，涂膜水平面失光、涂膜粗糙。ASH过低出现的问题有：抗缩孔能力下降，泳透力下降。,CED用语（3）比电导度,表示相距1cm的极间（面积1cm2的阴-阳极间）的电导度（s/cm），值越大，导电能力越强。电导率过高出现的问题有：镀锌板上易出现针孔、破坏电压降低、产生桔皮。电导率过低出现的问题有：槽液稳定性下降、膜厚下降。,CED用语（4）MEQ,表示涂料中的100g固体份所耗中和剂的毫克当量，是槽液的重要参数。MEQ过高出现的问题有：膜厚、泳透力、破坏电压下降，镀锌板易出现针孔，腐蚀涂料循环管道等设备，U/F水洗工序易出现涂膜再溶解等。MEQ过低出现的问题有：槽液稳定性下降，U/F透过量下降。,CED用语（5）PH值,是氢离子的浓度指数，值越小酸性越强。PH范围：0-14，PH=7是中性，通常CED在6.0-6.7之间，为弱酸性溶液。PH值过高出现的问题有：槽液的稳定性降低涂料沉淀、凝聚堵塞过滤，产生颗粒。PH值过低出现的问题有：腐蚀涂料循环管道等设备，库仑效率降低、破坏电压降低，用U/F水洗出现再溶解。,CED用语（6)溶剂含量,表示槽液中有机溶剂的总重量百分数（%）。溶剂含量过高出现的问题有：泳透力、破坏电压下降，膜厚增加，易产生桔皮。溶剂含量过低出现的问题有：膜厚降低，涂膜干瘪。,CED用语（7）库仑效率,表示耗用1库仑的电量析出的涂膜重量（mg/c)影响库仑效率的因素有：溶剂含量、NV、MEQ、ASH、槽温、施工电压等。,CED用语（8）分极,电泳析出时单位面积上的电阻值（kcm2）。分极值过大产生的问题：膜厚降低，涂膜显得干瘪。分极值过小产生的问题：泳透力降低，膜厚偏厚，涂膜粗糙。,CED用语（9）泳透力,是测定电泳涂膜膜厚分布均匀程度的方法，主要显示车身内腔等电场难以达到的部位的上膜能力。常用的测量方法有：关西管式法、福特盒法、关西四枚盒法、三菱法、一汽管式法等。,CED用语（10)隔膜电极,利用法拉第原理除去槽液中过剩的中和剂（阴极电泳：有机酸），保持槽液中的酸浓度（MEQ）的稳定。极液中有时因细菌繁殖而生成的淤泥状物堵塞极液配管，此时要定期加抗菌剂。极液中的酸浓度的管理可通过对比电导度的管理自动进行。对于HB-2000，阳极液的比电导度宜控制在400600s/cm。,CED用语（11）极间距,表示阳极（电极）和阴极（被涂物）的距离。极间距过长，由于槽液的电阻大，被涂物的实际外加电压下降；相反，极间距过短，易引起被涂物局部电流集中，从而发生涂膜破坏。通常，极间距要设计在30cm以上，另外，带电入槽时，从被涂物入槽部到第一个阳极的距离短的话，易产生涂膜阶梯、颗粒等弊病。,CED用语（12）超滤（U/F）,通过对槽液加压过滤，把得到的滤液作水洗水使用，以回收被涂物带出的涂料。U/F膜的孔径为10A0.1，透过U/F膜的树脂成份的分子量约500以下。槽液中的杂离子（特别是Na离子）蓄积过多时，可通过排放超滤液来排除。,CED用语（13）更新周期,补充涂料的累计固体分与槽液固体分相等时称为一个更新周期（T/O）。一般若是0.2T.O./月以上的话，不需要定期添加溶剂。更新周期太长的槽液易老化，上膜能力下降。,CED用语（14）涂料置换率,涂料置换率（）（1eT.O）100,CED用语（15）通电方式,电泳槽有通过式和间歇式两种，通过式适用于产量大的生产线，间歇式适用于产量在2000台/月以下的生产线。通电方式有带电入槽和入槽通电两种。通电又分为慢速通电和急速通电。急速通电：从一开始就将电压升到施工电压的方式。此方式冲击电流值较大，故应选择量程较大的整流器。慢速通电（软起动）：慢慢地上升外加电压的方式。例如：用30秒时间慢慢地从0V升到250V。实际生产线上一般采用2段通电或3段通电方式，第一段用慢速通电方式，以获取光滑涂膜；第二段（第三段）采用急速通电方式以获取高泳透力。,CED用语（16）脉动率,表示整流器的直流变换精度。用于电泳工艺中，脉动率必须在10%以下，最好在5%以下。例如：设定电压为250v，脉动率为10时，实际施加的电压为225-275v。脉动率过高时出现的问题：镀锌钢板易产生针孔，涂膜被破坏等。,CED用语（17）表面流动电位,实际通到电泳槽内的被涂物上的电压。它受极间距的影响。可通过仪器（例如杜邦“潜水艇”）测量被涂物上某一位置的表面流动电位随时间的变化情况，对研究涂膜的表面状况和泳透率很有帮助。,CED用语（18）盖尔分率,表征涂膜固化程度的指标。测量时，将烘烤后的ED试板于20下浸泡于乙二醇乙醚/MIBK1/1的混合溶剂中，24h后取出，于105下烘烤30min以挥发掉表面的溶剂。根据浸泡前后的ED膜的重量即可计算出盖尔分率。盖尔分率（）浸泡前后ED膜的重量差/浸泡前ED膜的重量100一般，盖尔分率大于90即可认为ED膜已经固化充分。,电泳涂料对磷化膜的要求,对于不同的磷化方式有不同的磷化膜,电泳涂装对磷化底材的要求,底材粗糙度,机械颗粒,油渍,花斑,磷化渣,条痕,电泳条痕,滴水电导高,电泳粗糙、颗粒,电泳颗粒,电泳花斑,电泳粗糙，影响槽液稳定,电泳缩孔、针孔、花斑,电泳粗糙、桔皮,现象,导致涂膜弊病,电泳涂料对底材的要求,无条痕,无磷化渣,无花斑,无颗粒,Ra低于1.2,无油渍,低于20us/cm,简单的电泳工艺图,电泳涂装生产线设备工艺图例,EDRO,电泳主槽,UF1洗,UF2洗,纯水洗,备用槽,UF,UF贮槽,纯水,工水,冷水,去轴封,电泳涂装设备槽液循环系统,电泳主槽,必须保证的最低循环量：4倍槽液量/hr必须保证的最低表面流速：必须保证的主副槽液位落差：必须保证槽底无喷射死角必须保证适当的过滤精度必须保证良好的温控换热系统考滤倒槽积漆的回收,电泳主槽内衬玻璃钢，耐2万伏电压其它各槽可采用不锈钢或内衬玻璃钢,循环量不够可能造成槽底沉积和工件表面沉积。表面流速低可能造成工件表面沉积。槽体内衬玻璃钢脱落可能造成涂料反复沉积溶解、槽壁腐蚀、漏电威胁人身安全。良好的过滤是保证涂膜无颗粒的重要措施。循环和电泳换热，控制槽液温度必不可少。,辅槽,电泳涂装设备热交换系统,电泳槽液在生产过程中要求恒温，因此循环的槽液要有热交换系统和足够的换热能力热交换介质温度要求：降温：515升温：50,长时间停产时期建议槽液温度控制：2025。,电泳涂装设备整流电源,电泳涂膜的沉积需要直流电源整流设备的电流容量、电压调整范围适应生产要求，一般I=10001500A；V=0450V整流要求整流输出电压的脉动率：1：46,阳极面积,手动控制,自动控制,电泳涂装中使用隔膜阳极是为了维持槽液的酸量平衡,电压分段,一段电压,三段电压,二段电压,t1,t2,一段电压,t1启动时间,t2通电时间,t1,t2,t3,t1启动时间,二段电压,t2、t3通电时间,电泳电流与时间的关系,I,T,电泳膜厚与时间的关系,M,T,两侧极板面积或电压不同可能存涂膜不均；极距要求大于30cm,极距不同可能存在涂膜不均；直流脉动率过大可能导致涂膜粗糙或针孔；有必要测量、记录单个阳极的电流，阳极膜的老化、堵塞会造成膜厚的不均匀，TP低下。,电泳涂装设备超滤系统,电泳底漆,电泳底漆,UF液,卷式超滤管,UF液,电泳底漆,管式、毛细管式超滤管,管式超滤膜体积大，数量多、更换成本低、使用经济。,卷式超滤膜体积小，占地面积小，透过量大清洗方便，更换成本高。,超滤液需求量过低则后冲洗不净，损耗量增大。,超滤液需求量一般按单位时间冲洗面积和设计生产能力进行计算。,阴极电泳涂装机理,阴极（被涂物）2H2O+2e-2OH-H2R-NH+OH-R-NH2O（水溶性）（水不溶性）阳极（极板）2H2O4H+4e-O2,阳离子水溶、水不溶原理,H+,电泳槽液,-,+,R-OH-,R-NHCOO-,阴极电泳涂装反应过程,电解,电渗,电沉积,电泳,2H2O+2e-2OH-+H2R-NH+OHR-N+H2O,阴极电泳漆的中和,阴极电泳树脂为不溶于水的聚合物胺。用有机酸中和（如甲酸HCOOH），形成水溶性的盐,阴极电泳漆的沉积,.,H+,树脂,水溶性的,阳极电泳漆的中和,根本上来说，阳极电泳为不溶于水的羧酸聚合物，用有机碱来中和形成盐变为可溶。,阳极漆沉积过程AED涂料的凝聚,车身电泳后清洗工艺,全旋反向浸渍输送系统（RODIPSystem）有助于提高清洗效果,电泳后清洗的首要任务是清洗掉电泳车身湿膜上的浮漆，最终洁净度要求车身滴水电导率30us/cm，保证电泳烘烤后漆膜表面平滑光洁，无颗粒、漆渣等质量缺陷；另一方面，后清洗系统要具备把车身湿膜表面洗掉的浮漆快速转移到电泳主槽重新利用，实现整条电泳及后冲洗系统各槽液位的动态平衡，尽量缩短后冲洗各槽槽液的更新周期。,电泳后冲洗系统包括半UF喷淋、UF浸洗、纯水洗或EDRO水洗。后冲洗水与槽液的总体平衡系统是保证系统正常支行的关键。故对关键性液位控制系统的加强管理十分重要。对无铅电泳底漆应在纯水进电泳系统前加紫外线杀菌装置，有EDRO系统的生产线应在EDRO干净水出口加紫外线杀菌装置。较大流量的UF液可降低损耗，提高后清洗效果。EDRO系统在电泳后冲洗中的应用，使纯水洗槽的涂料也能得到有效的回收利用，进一步提高了涂料的回收利用率，降低了排放污染；但由于涂料中不可避免的窜槽污染，定期对后冲洗水或UF液进行排放也有必要。,电泳涂装设备后冲洗系统,浓缩液回主槽或UF洗槽,新鲜UF液,DIW冲洗,UF-3冲洗,UF-2浸洗,UF-1冲洗,ED主槽,EDRO,后冲洗涂料回收效率,涂料回收率1（最后回收水NV/槽液NV）100,一般UF水洗系统的回收率：9597%UF水洗RO系统的回收率：9899%,更大的UF能力，有利于提高涂料的回收利用率。,1）电泳涂装技术刚刚问世的时候，电泳后清洗工艺非常简单。工艺流程多为：电泳主槽DI水喷洗或浸洗,如图:优点：工艺简单，设备投资少；缺点：电泳漆膜质量差，难控制，材料消耗大，环境污染严重。,电泳后清洗工艺的发展历程,废水直接排放,2）UF超滤膜技术的开发利用，促使了电泳后冲洗的革命，使电泳系统实现了半封闭式的循环，提高了电泳漆膜的质量和电泳漆的利用率。工艺流程多为：电泳主槽出槽UF喷洗UF循环喷洗UF浸洗新鲜UF喷洗DI水浸洗新鲜DI水喷洗，如图：优点：系统半闭式循环，电泳质量较好且易于控制，回收利用了部分电泳漆；缺点：不是完全闭式循环，仍有少量排放，对环境污染较严重，DI水消耗量较大。,3）RO反渗透技术应用到电泳系统，掀起了电泳涂装后冲洗的再次革命。使电泳涂装系统基本实现了完全闭式循环，进一步提高了电泳漆膜的质量和电泳漆的利用率，如图（3）所示。电泳主槽出槽UF喷洗UF循环喷洗UF浸洗UF浸洗新鲜UF喷洗EDRO水喷洗。优点：实现完全闭式循环，电泳漆膜质量较好且易于控制，无DI水消耗，电泳漆实现零排放；缺点：设备要求高、投资大。,电泳涂装后清洗的发展方向,目前国内车身电泳线后清洗工艺相比发达国家有一定差距，一般采用上述的第二种工艺。国内近期投建的车身涂装线已开始使用EDRO反渗透技术，与DIRO系统相比EDRO系统使用的反渗透膜造价高，易被UF液中的小分子树脂污染，若使用无铅无锡低污染的电泳漆，综合考虑投资的经济性和环保性，建议后清洗线采用EDRO系统。,电泳线后清洗工艺的不断完善，提升漆膜质量降低电泳成本,努力减少对环境的污染，满足日益苛刻的环保法规,欧美国家先进的车身电泳后清洗工艺普遍采用EDRO反渗透技术,实现电泳涂装完全闭式循环，电泳漆的利用率基本达到100，对生态环境的污染得到有效控制,涂装二车间EDRO系统，目前运行良好。,CED涂装工艺控制点,磷化底材,槽液参数,通电时间,施工电压,槽液温度,烘烤温度与时间,后冲洗,涂膜质量,阳极,过滤,超滤,底材粗糙度,机械颗粒,油渍,花斑,磷化渣,条痕,滴水电导,启动时间,高压时间,低压时间,极液电导,低压电压,高压电压,电压损失,脉动率,槽液温度,各槽参数,炉温分布,冲洗压力,烘烤时间,电极接触,滤袋孔径,更换条件,过滤压差,极液颜色,极板蚀度,进出压差,滤液流量,进出压差,膜管清洗,无铅杀菌,液位平衡,EDRO流量,涂膜厚度,固化程度,表观状况,理化性能,纯水,纯水电导,纯水PH,无铅杀菌,固体份,灰份,溶剂含量,MEQ值,外观水膜,介质温度,CED涂装槽液参数调整,涂膜厚度,电压,槽液固体份,温度,溶剂含量,涂膜厚度正向影响因素,涂膜厚度逆向影响因素,涂膜厚度,磷化膜厚度,杂离子浓度,槽液重溶性,灰份,通电时间,MEQ值,CED涂装工艺管理,CED涂装槽液管理,前处理基础知识及工艺管理阴极电泳基础知识及工艺管理自动机喷涂原理及喷涂参数对喷涂的作用和影响汽车涂装节能减排技术应用标准化作业对涂装工艺及涂膜质量的影响金属闪光漆的施工应用涂膜常见缺陷原因分析及对策涂装车间颗粒缺陷攻关案例分析工艺文件编制要求及编制方法MES及PLM系统操作基础知识,目录,目录,喷涂原理及喷涂参数对喷涂的作用和影响,雾化效果,喷涂效果,.,漆料的物料性能,喷涂参数,油漆喷涂工艺喷杯结构涂料的量成形空气的量,旋杯转速喷涂距离高压,漆料的粘度固体含量溶剂类型数量密度表面张力基料体系,漆粒性能：大小速度运行轨迹漆粒喷出时的停留时间,色彩色调流平性面漆结构膜厚,漆液的机械雾化静电加压使漆粒带电与静电雾化将雾化的漆粒喷射到被涂物上成膜,旋转式喷杯喷涂示意图,1.影响参数雾化旨在扩大液体所能覆盖的表面积。雾化属于物理作用方面的操作，效果的评定主要取决于雾化后油漆覆盖面积的大小与涂装质量。旋转式雾化装置，涂料首先被运送至喷杯内壁，然后借助旋转所产生的离心力将涂料传输至喷口位置，雾化过程仅仅是通过机械作用力（离心力、空气动力）来实现的。,2.旋转式喷杯的雾化原理：当喷杯的转速大于20000min-1在高速旋转的情况下进行涂料的雾化处理，此时漆粒不会有衰变现象出现。在对涂料进行线状雾化的过程中，会在喷杯的喷口处形成许多液态的线状物质，这些液态物质又会通过线状分解或是喷射漆流的分解作用重新形成漆粒。所形成的小漆粒又可以通过会聚形成大的漆滴。在喷杯转速不断增加的情况下，一般的线状雾化转化为片层状或涡轮状多片式雾化，多片式雾化处理之后的漆粒不会有衰变，分布范围要比线状雾化后的漆粒分布范围要宽的多。,Dropletformationwithbroadspectrum液滴形成光谱图,Atomisationatthebelledge在杯的杯刃处雾化状态,Formationofdropletsfromfilaments,narrowspectrum液滴形成丝状体的光谱图,Detachmentoflamellas,broadspectrum簿片分离光谱,PaintflowincreasesfromItoIII漆滴扩散的三幅图,雾化与杯速.,旋杯结构,旋杯雾化曲线：,ESTA喷涂原理,1.涂料加压机制直接加压加压的电极即为旋杯的折角间接加压加压的电极呈环状围绕在喷杯杯体外侧直接加压与间接加压，“涂料雾化”和“高压”这两个步骤实施的先后次序有所不同。如果设备采用的是间接加压，那么涂料必须先进行雾化，然后通过在电极上产生的静电高压使涂料带电。如果采用直接加压，那么涂料的雾化和加压过程都在喷杯的边缘位置上同步完成。一般来说，旋转式喷杯的高压上限为100KV,ESTA喷涂示意图,回流,涂料输送装置,阀门,成形空气,电机气流,回流阀门,ESTA喷涂原理,涂料加压机制,直接加压,间接加压,ESTA喷涂原理,ESTA喷涂原理,涂料加压机制旋转式喷杯喷涂示意图,喷杯,喷射漆流,包覆效应,工件,ESTA喷涂原理,涂料加压机制旋杯或极针接负极，被涂件接正极，加电压后在旋杯（或极针）与被涂件之间形成静电场，当电压足够高时，旋杯（或极针）附近区域的空气产生强烈电晕放电，并使静电场形成气体电离区域。被雾化涂料在旋杯边缘或极针处接触带电，带电的漆滴经过气体电离区时再次带电，同时被分裂成更细小的带电液滴，并在电场力的作用下向正极的被涂件移动，最终涂覆在被涂件面上。如果静电压过高或喷涂距离过小，旋杯（或极针）与被涂件之间的空气全部被击穿，此时即发生火花放电，将引起喷涂设备、有机溶剂燃烧、爆炸的不安全状态。,ESTA喷涂原理,涂料加压机制在静电磁场下，对漆粒有一个作用力，这个电场力的大小取决于电场强度与漆粒上的电荷量。F=QEE=V/S这一作用力的方向同电力线的方向相同，会在一定程度上加快漆粒的运动速度。电压的升高会使产生的离流子增加，同时也会加强静电场的电场力，此时被涂物体表面部位的磁力线密度较高,尤其是在折角、边缘部位的锐角处，会使得涂料的上漆率增加，从而导致此处涂层表面出现流挂、气泡、发花等缺陷。,静电场的电力线分布,ESTA喷涂原理,涂料加压机制间接加压和直接加压的原理不同，对漆粒进行外部间接加压和对漆粒进行雾化处理，这两个过程在时间和空间上有明显划分。在对漆料进行外部加压的过程中，会在外部加压电极之间形成电离区，基于离子的运动性，它会和同性接地基质之间产生相互排斥作用，而和异性接地基质（车身）相互吸引，这样就形成了一股离子流，一些细小物质由于其本身体积较小，质量较轻，因而会精确的沿着电力线移动。,ESTA喷涂原理,涂料加压机制静电电压与雾化静电电压的上升，漆粒的平均粒径反而有所下降，造成这种现象的主要原因，在于静电磁场的作用，导致漆粒表面张力有所降低。表面张力是影响旋转式雾化喷涂效果的一个重要因素，因此在大部分性能参数恒定不变的情况下，表面张力的降低会直接导致漆粒直径大小的降低。,ESTA喷涂原理,4.漆粒的运行4.1.影响参数外部作用力：质量惯性（离心力）电场产生的电力重力（质量产生的重力）空气动力-成形空气-喷漆室内的空气流动（空气沉降速度）,ESTA喷涂原理,4.漆粒的运行4.1.影响参数对漆膜的形成以及最终的喷涂效果产生一定影响，漆粒传递过程以及旋杯结构对于以下几项性能参数有一定的影响和作用。漆粒的分离效果喷射漆流的膨胀程度漆粒在喷射流中的停顿时间雾化后漆粒中的成分分布涂料分离过程中漆粒相互撞击形成的脉冲喷涂有效系数喷射漆流的均匀程度喷射漆流的速度漆流的密度,ESTA喷涂原理,4.漆粒的运行4.2.借助于空气流动传递漆粒除电压值以外，成形空气也是影响漆流喷射形状以及漆粒运动速度的一个主要参数，涡流的形状取决于空气压力的大小，成形空气的供给情况（空气配给环）以及喷杯的结构形状，对于漆粒的运行轨迹起着决定性的作用。,ESTA喷涂原理,漆粒的运行4.3.借助于静电磁场的作用力传递漆粒借助于静电磁场的作用力传送漆粒的过程中，漆粒不会沿着磁力线运动，这是因为喷杯高速旋转所产生的涡流及其本身的重力，以及喷杯内辐射状离心漆粒所产生的离心力都会对漆粒的运行轨造成一定影响，当然，磁力线本身对于漆粒达到油漆对象的途径也有一定影响。,ESTA喷涂原理,漆粒的运行4.4.漆粒的运行轨迹喷杯和油漆对象之间会形成一个较大的涡流，在这个区域内漆粒会进行单次或多次运动，同时会有一些漆粒从涡流中甩出，在涡流中还存在漆流的回流，漆粒回流的程度会在电压被切断的瞬间急剧增大。,ESTA喷涂原理,4.漆粒的运行4.4.漆粒的运行轨迹Lit.:Scholz,T.;ExperimentelleUntersuchungenzurMehrphasenstrmungimSprhkegeleineselektrostatischuntersttztenHochrotationszerstubers;Fortschritt-BerichteVDI;Reihe7Strmungstechnik;Nr.346,喷射漆流分为二个主要的漆粒流：,径向漆粒流，以辐射状从喷杯中喷出圆锥形喷射流中轴向的回流漆粒流,ESTA喷涂原理,4.漆粒的运行4.4.质量惯性与运动轨迹漆粒会沿着电力线达到异性物质（接地基材），在此过程中，由于漆粒本身存在质量惯性，因此漆粒的实际运动轨迹和传递路径有少许偏差。由此，可能会在基材表面形成一些不规则的漆斑，或者在雾化装置或自动运行设备上留下一些析出物质（如污物）。,ESTA喷涂原理,漆粒在喷杯范围内的运行4.4.漆粒的运行轨迹采用静电式旋杯喷涂设备进行油漆喷涂，涂层厚度呈辐射状分布，这里所谓的辐射状，是指在静止状态下取得涂料的喷射形状，其涂层厚度由四周向中心递减，涂层厚度分布不均匀，主要是由于雾化喷涂装置的结构所造成的，但是通过加大成形空气的量，可以在一定的程度上缓和这一现象。,ESTA喷涂原理,粒径的分布采用空气雾化装置进行油漆喷涂时，小颗粒漆粒容易随着物体表面气流方向的转换而变化运行方向，以至于可能无法准确达到被涂表面；而大颗粒漆粒由于其本身的质量较大，故不易偏离其运行轨道。（10m漆粒到达被涂面约10%,40m约80%.）采用静电旋杯进行油漆喷涂时相反，小颗粒漆粒由于其本身质量较轻，容易沿着磁力线到达被涂物体表面，而大颗粒漆粒容易在离心力作用下被甩出，成形空气和磁力还不足以使大颗粒的漆粒克服离心力作用，进而到达被涂物体表面。,ESTA喷涂原理-5.粒径分布,BASFCoatingsAG,ESTA,Pneumatic空气喷涂,Overspray过喷涂,Effectpigments(forex.Aluminiumflakes)效应颜料（铝粉）Pigmentswithlowdensity低的颜料密度Pigmentswithhighdensity高的颜料密度,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,1.概述在评价喷漆设备油漆喷射质量时，应注意以下几项性能参量:油漆漆粒大小及分布均匀程度喷漆过程中，喷杯圆锥雾粒的形状喷射流中漆粒的速度及分布喷杯圆锥内漆粒的速度喷漆时的油漆漆粒密度漆粒在冲击油漆物体表面时的脉冲油漆漆粒的动能漆粒相互碰撞的频率,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,1.概述高速旋杯的漆粒运动速度,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,-50,0,50,100,150,Spraymitte,Sprayrand,mm,m/s,漆粒运动的平均速度,漆粒在喷射漆流中的位置,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,1.概述,旋杯漆粒大小的分布,0,2,4,6,8,10,0,20,40,60,80,100,漆粒大小,总数,%,m,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,2.涂料流量对于喷涂效果的影响,m/s,mm,旋杯漆粒运动的速度,200,100,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,2.涂料流量对于喷涂效果的影响,mm,m,200,100,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,2.涂料流量对于喷涂效果的影响涂料流量的加倍会加重喷射漆流中央漆粒的回流现象，并使得漆粒回流的区域范围有所扩大。在成形空气量的恒定不变情况下，喷射漆流的宽度会从240mm扩大至280mm。（喷射距离为200mm）涂料流量的增大对于漆粒直径没有太大的影响，涂料流量的加倍只能使漆粒直径扩大约1.52m,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,2.旋杯流量对于喷射漆流的影响增大涂料的流量，其主要表现为圆锥形喷射漆流的宽度增加，漆流的密度增大（漆粒总数；漆粒流的密度），同时，产生的粗颗粒的漆粒的比例也会相对有所下降。将涂料的流量增大一倍，以上三种现象的划分比例为：漆粒的直径从38.5增大至40m：占10左右喷射漆流的宽度从240扩大至约280mm：占40左右漆粒流的密度增大：占50左右,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,3.成形空气对喷涂效果的影响,m,cm,蓝125,红100,绿70,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,3.成形空气对于喷涂效果的影响随着成形空气释放量的降低，圆锥形喷射漆流的宽度有所扩大。成形空气的量达到70NI/min时，喷射漆流的中心位置上的涂层厚度会较周围来得小，即形成一个涂层凹陷，这一现象可以通过适当扩大漆流回流区域来抑止。随着成形空气量的加大，喷射漆流中央部位上的涂层厚度会有明显的增加，这一现象可以通过减小漆粒回流来抑止。,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,4.电压高低对喷涂效果的影响,电压值为0kv,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,4.电压高低对于喷涂效果的影响,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,4.电压高低对于喷涂效果的影响,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,4.旋杯电压值的高低对于喷涂效果的影响如不对设备施加高压，则会在喷涂过程中导致巨大的漆流回流现象，油漆物体表面会因此出现明显的涡流。随着电压的逐步升高至40kV，圆锥形喷射漆流的宽度会有明显增加。回流漆粒的数量也会有所减小，油漆物体表面的涡流现象也会相应减轻。随着电压的进一步升高至80kV，圆锥形喷射漆流的宽度会进一步扩大，但不如电压从0升至40kV时，宽度增大来的明显，回流漆粒的数量也会进一步减小。,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,4.旋杯电压值的高低对于喷涂效果的影响,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,5.采用不同结构的喷杯，所形成的涂层厚度分布（理论状态下）,喷射漆流的中心对称轴,大号喷杯,涂层厚度,小号喷杯,在圆锥形喷射漆流中的位置,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,5.喷杯结构对于喷涂效果的作用和影响综述,喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响,6.色漆的色彩与色调空气喷枪与旋杯的区别采用高速静电旋杯以及采用空气雾化喷枪喷涂色漆（金属漆、珠光漆）两者的喷涂效果在色泽度、色彩度上都有明显的区别，用旋杯喷涂的金属色漆，与空气喷涂的金属漆相比，其色泽较深，但色彩较鲜艳。造成空气喷枪和高速旋杯不同色彩喷涂效果的主要原因在于：金属漆漆膜中铝的含量喷射漆流中铝的分布铝片的表面覆盖能力漆粒相互碰撞的脉冲（漆膜中铝的含量）铝粉在漆膜中的定向排列,油漆流量,空气流量,施工粘度,表面张力,漆液密度,影响因素变化率,漆雾粒子尺寸变化,喷嘴面积,减小,增大,空气喷涂参数与雾化关系图,旋杯喷涂参数与雾化关系图,表面张力,角速度,密度,杯直径,施工粘度,吐漆量,影响因素变化率,漆雾粒子尺寸变化,增大,减小,传统喷涂金属铝粉定向排列情况：,静电喷涂金属铝粉定向排列情况：,高速旋杯自动静电喷涂特点：,成膜分布好，颜色均匀，质量稳定涂着效率高(可大于90)节能降耗保护环境迅速有效的颜色变换和涂料清除，生产效率高能雾化喷涂粘度高固体分高油漆，低VOC,cm,cm,喷射漆流的形状以及漆膜厚度的分布,filmthicknessm,filmthicknessm,Ecobell,EcobellM,SlidefromDRRCompany,汽车漆施工应用,旋杯应用参数枪到被涂物距离250350mm(260-280mm较好,4300V/cm产生火花放电)到被涂物的角度90油漆的流量50250ml/min旋杯转速2500050000r/min