电泳涂装技术.doc

电 泳 涂 装 目目 录录 页数 前 言 一，一，电泳涂装工艺电泳涂装工艺 发展历史 电泳预处理 pretreatment 脱脂工序 degreasing 表调工序（用于锌磷化）surface conditioning 磷化工序 phosphating 1.铁磷化 iron phosphating 2.锌磷化 zinc phosphating 钝化水洗/封闭 chromating 去离子水末道水洗 diw rinsing 水洗 water rinsing 炉干燥 drying off 槽子的设计 溶液槽 去渣 deslag 滴干区 筛网 screen cloth 槽门、梯子和照明 泵 pump 喷架 喷嘴 spray nozzle 化学维护 脱脂工序 水洗工序 磷化工序 钝化工序 二，二，电泳漆化学电泳漆化学 电泳槽成份 树脂 颜料糊 去离子水 稳定剂 协同溶剂 三三,涂膜生成涂膜生成 电泳工艺过程 阳极电沉积 anodic electro deposition 2 阴极电泳 cathodic electro deposition 四，四，电泳槽电泳槽 电泳槽的循环 circulation 槽底和槽角 bottom & corner 电泳槽的清槽 clean 循环系统 circulatory system 温度控制-冷却 temp control cooling 过滤 filtration 加料系统 charging system 电力系统 power system 电气装置 electric apparatus 安全 safty 阳极电解系统 anodic electrolysis system 阳极电解溶液 anolyte 阳极电解池 anodic electrolytic cell 阳极电解池的选择膜 ion-selective membrane 阳极 anode 阳极的镇定 阳极电解液的储槽 阴极/阳极比例 阳极电解池的构型 平板型 圆形电解池 浸渍型电解池 超滤工艺 ultra filtration 通量率 flux rate 超滤膜的结构类型 管式膜 超滤器的容量 超滤膜 ultra filtration membrane 预过滤 维护 清洗 反相流动 counter flow 电泳槽的大小 五五,水洗系统水洗系统 闭路水洗系统 closed rinsing system 滴干区-闪蒸通道 drip-dry 六、六、电泳槽的检漏和清洗电泳槽的检漏和清洗-配槽配槽 1, 槽子检漏步骤 2, 槽子清洗步骤 3. 初次配槽 七，七，电泳槽投入生产运行后的维护和清洗电泳槽投入生产运行后的维护和清洗 3 八，八，固化炉固化炉 固化炉的设计 固化炉的尺寸 固化炉的排气 排气燃烧器 九九,吊架吊架 十十,废物处理废物处理 十一十一,电泳槽的维护电泳槽的维护 十二十二,测定固体百分含量测定固体百分含量(% %nv)和颜料对粘结剂比和颜料对粘结剂比(p/ /b)的标准方法的标准方法 1, 测定范围 2, 可用的文件 3, 试验方法概要 4, 仪器和设备 5, 测定步骤 6、计算方法 十三十三,电泳槽液电导的标准测试方法电泳槽液电导的标准测试方法 1.测试范围 2.方法概要 3.仪器设备 4.试剂和材料 5.取样和样品制备 6.测试步骤 十四十四,电泳槽液电泳槽液 ph 的标准测试方法的标准测试方法 1.测试范围 2.方法概要 3.ph 值的意义和应用 4.仪器设备 5.试剂 6.取样和样品制备 7.测试步骤 十五十五,故障解决：电泳涂料问题故障解决：电泳涂料问题 十六十六,电泳工艺术语解释电泳工艺术语解释 十七十七,应用成本计算应用成本计算 4 一，电泳涂装工艺一，电泳涂装工艺 电泳涂装是金属涂装的一种工艺。在电泳涂装工艺中，使用水溶性涂料对待涂装的工件 作槽浸渍法处理。 和其它表面涂装工艺相同，由于电泳涂装（或被称作为 e-coat）的一些独特的优点，所 以在有些涂装应用中它是一种最佳的选择方法。在研究涂装应用时，应该考虑电泳涂装法的 许多优点。 电泳涂装的优点是： 应用成本低。可以使用一个吊架处理许多零件，系统可以自动化； 能提高产量。电泳涂装与其它涂装线比较，电泳线的生产线速度较高，所以它的产 量较高； 材料利用率高。电泳系统的材料利用效率可高达 95，系统不产生过喷漆，水洗 下来的涂料可以回收继续使用； 涂膜的外观好。使用电泳法可以使错综复杂的零件也得到均匀一致的涂膜。电泳法 所得到的膜不会产生凹陷和突边的现像，而且能产生极好的漆膜覆盖； 环境问题少。电泳漆的 voc 低，电泳涂膜的固体含量高，由于电泳漆的转移效率 高，所以减少了工艺中涂料的使用量。 发展历史发展历史 电泳涂装的历史是从十九世纪将胶乳涂在布上制造橡胶手套就开始了。三十年代在铁制 的罐头内壁涂胶乳的方法也是电泳。五十年代时，福特汽车公司的 george brewer 开始对汽 车车身底漆的阴极电泳涂装作了研究。六十年代初，福特公司将阴极电泳底漆涂装应用于一 些车身上。我们比较熟悉的是电泳涂装可以作为底漆，但是它也可以用作面漆使用。近来， 对将电泳漆作为 b 级甚至 a 级面漆的需求正在增加。 电泳漆有二种：阴极和阳极电泳漆。六十年代早期，在商业上就有了阳极电泳系统，七 十年代出现了阴极电泳工艺。由于阴极电泳的涂层的外观优秀、可以选择的颜色多，所以目 前阴极电泳系统使用更为普遍。 电泳法是将漆膜在导电的基材上沉积，这是一种在复杂的金属部件上生成均匀和耐腐蚀 的漆膜的非常有效的方法。它被广泛应用于车身、隐藏的汽车部件如油箱、除灰器、防冲撞 零件、金属模具、除草机和园艺机械、车轮、农业设备、坚固件、家用电器。军事设备和飞 机等的涂装上。 电泳涂装已被广泛接受,目前世界上 75 %以上的汽车车身的涂装使用了电泳法。由于电 泳涂装系统自动化程度高。电泳漆的防腐性能好而且造成的环境污染问题少, 所以它是十分 理想的涂装方法。 电泳涂装系统是由许多子系统所组成的一个工艺系统，这些子系统包括： 预处理系统 电泳系统 循环系统 加料系统 冷却系统 电力系统 固化系统 5 电泳预处理电泳预处理 电泳涂装工艺首先从预处理开始。预处理这个术语是指为了使工件作油漆而作的化学表 面处理。在预处理工艺中把会影响表面性质的脏污沾污除去，预处理可以增强油漆的黏附力、 提高涂膜的性质、并且防止电泳槽的污染。 典型的预处理工艺包括脱脂、水洗、表调（如果作锌磷化）、磷化、水洗和钝化等。电 泳涂装工艺的预处理一般使用喷淋槽。吊挂在传动链上的工件依次通过各个工艺处理区作处 理 每个喷淋区中有溶液槽、泵、喷架、喷嘴等组成，每个组成部件都有不同的作用。电泳 涂装工艺中的典型的预处理工序为： 工 序处理时间处理温度 碱性脱脂 水洗 铁磷化或锌磷化 水洗 水洗/钝化 去离子水水洗 90 秒 60 秒 60 秒 30 秒 30 秒 20 秒 120-160f 室温 120-140f 室温 70-110f 室温 在各汽车厂中一般都使用将喷淋工艺结合使用浸渍工艺的更完整的预处理工艺： 1. 喷淋脱脂 2. 浸渍脱脂 3. 喷淋水洗 4. 浸渍表调水洗 5. 浸渍锌磷化 6. 浸渍水洗 7. 浸渍铬酸水洗 8. 用再循环去离子水水洗，然后用新鲜去离子水水洗。 使用这种结合工艺可以增强涂膜的性质，并且改善油漆的黏附性。 喷淋槽使用钢、不锈钢或聚丙烯制造。所有的喷淋区都用封闭的通道封闭，各区之间用 滴干区连接。通道位于溶液槽上方，这样可使过喷的溶液回流入溶液槽中。 脱脂工序脱脂工序 预处理工艺的第一工序是脱脂工序，使用它去除脏污、油脂和其它脏物，这些东西会影 响高质量的磷化膜在表面的生成、会影响油漆的黏附性、或者会造成油漆表面的缺陷。要根 据需要和需去除的沾污的性质以及基材的性质来选择所使用的脱脂剂。最常用的脱脂剂是碱 性脱脂剂。可根据工件的条件选择使用一定 ph 的脱脂剂。脱脂工艺中有时也使用中性或酸 性的脱脂剂。 有些工件的脱脂可能需要结合使用喷淋和浸渍二种方法。喷淋脱脂工艺中结合利用了脱 脂剂的化学性质和脱脂溶液在压力下的机械冲洗作用，而浸渍脱脂方法可以使脱脂溶液到达 喷淋法所难以到达的工件上的部位。 6 按照脱脂剂的 ph, 它们可以大致作如下分类： 碱性脱脂剂 中性脱脂剂 酸性脱脂剂 - 弱，ph 9-10.5 - 中, ph 10.5-11.5 - 强, ph 11.5 - ph 6.5-9 - ph 1.0-5.5 大多数碱性脱脂剂是弱碱性脱脂剂，它们的 ph 范围在 8.5-10.2，而且在脱脂剂中含有能 为磷化膜提供细小结晶中心的胶体钛盐。在喷淋脱脂剂中，除了含有无机盐和表面活性剂外， 还含有去泡剂和有助于生成细晶磷化膜的其它添加物。 在脱脂剂中通常所使用的表面活性剂是非离子型的氧化乙烯（和/或）丙烯氧化物与乙醇、 胺或酚类的聚合加成产物。在浸渍脱脂剂中有时使用的表面活性剂是 sultanates. 使用表面活性剂的目的是使工件上的油脂产生破碎并使它在溶液中乳化。当关掉循环泵 时，油脂就会浮到表面，这样就可以使用撇取或溢流法将它们去除。 典型的喷淋工序为喷淋处理时间为 6090 秒，浸渍工序的处理时间约为 180 秒，处理 温度为 120140f。要根据所使用的脱脂剂的种类、基材的表面性质等来决定脱脂剂的浓度、 处理时间和温度等使用条件。 在工件作了脱脂后进入磷化工序前，要使用室温的自来水对工件作水洗，将残存的碱性 脱脂剂或其它脏物洗掉。 表调工序（用于锌磷化）表调工序（用于锌磷化） 在一些场合下，向脱脂槽或磷化前的水洗槽中添加表调剂，它可以增加磷化晶体的数量、 缩小磷化晶体的大小并改善磷化膜的质量。 磷化工序磷化工序 在金属基材上生成磷酸铁或硫酸锌涂层的磷化或生成转化膜步骤是预处理中的一个非常 重要的步骤。磷酸盐涂层将金属基材转化成有纹理的的非金属表面，这层涂层表面可以增加 漆膜的结合力，提高抗腐蚀的能力。 磷化晶体的大小对磷化膜的油漆结合能力和抗腐蚀性有影响。较粗的；磷化晶体结构呈 多孔性，它的抗腐蚀性能较差，涂膜时消耗的油漆数量也较大。细密、紧密而且均匀的磷化 膜的性能最好。如前面所提到的那样，在磷化工序前使用表调水洗可以有助于细晶型磷化晶 体的生成。 1.铁磷化铁磷化 典型的磷酸铁磷化液的组份中含有磷酸盐、磷酸、氧化剂、表面活性剂，有时还含有 一些络合剂。槽液中不含成膜阳离子，这些离子来自工件本身。 铁磷化还能同时作脱脂和钝化，但是铁磷化的磷化膜的抗腐蚀性能比不上锌磷化膜。 2. 锌磷化锌磷化 锌磷化溶液的组分中主要含有磷酸锌，以及其它的一些金属如镍、锰、钙等。促进剂、 锌盐、无表面活性剂。由于基材的被浸蚀，溶液中还含有一些铁。 7 在锌磷化工艺中，使用硝酸盐、氯酸盐或亚硝酸盐作氧化剂的方法来控制成膜速度。 膜重和磷酸盐晶体的大小可以用改变各种成分的比例来控制。如果作铝的磷化处理，则要加 入氟化物。 磷化时在部件表面上发生的反应为： 1.金属的酸蚀和氢气氧化成水 2.金属和磷化溶液界面上的 ph 升高 3.成膜物质的过饱和 4.金属上晶核的生成 5.磷化膜的生长 6.铁经氧化后沉淀成磷化渣 对磷化膜的组成和晶型会产生影响的参数有槽液组成、槽液温度、处理时间和预脱脂 工艺等。 为了保证质量和减少化学品的消耗，磷化槽补槽时作磷酸锌和亚硝酸盐促进剂的添加 要用自动的加料泵。否则，如果在补槽时，添加量不合适地多，将会造成涂层变松、涂层太 厚、和磷化渣过多的问题；如果添加不及时而造成槽液浓度太低，则会造成涂膜晶体变粗和 产生斑点，使漆膜的黏附力和抗腐蚀性降低。 由于磷酸锌膜的抗腐蚀性高，这种磷化膜是广泛用于在汽车工业上的较好的转化膜。 锌磷化层与金属的以离子键牢固结合，它的多孔晶型结构增加了油漆层的粘合表面积，如果 漆层损伤，无机的磷化层可以起到防止漆层腐蚀的扩散。 由于磷化液中的铁从可溶解状态变成不可溶的沉淀，磷化槽会不断地产生磷化渣，所 以必须在磷化槽中有磷化渣去除装置来不断地除去除磷化渣。 在磷化后要用自来水在室温下充分淋洗。磷酸盐在冷水中的溶解度较大，淋洗水量要 足够大以保证淋洗干净并使工件冷却下来。 钝化水洗钝化水洗/封闭封闭 钝化水洗将所有的水溶性盐的残渣中和，防止受潮起泡。ph4.0-5.5 的钝化水可以消除水 中的碳酸盐，防止金属氧化物的可能沉淀。 去离子水末道水洗去离子水末道水洗 钝化后常常要用去离子水水洗来去除可能会使漆层受到损害的钝化液或磷酸盐残渣。金 属表面的磷酸盐残渣会使电泳漆膜不均匀，而且会污染电泳槽液。 去离子水水洗步骤中使用再循环水，然后再在出口处用新鲜的去离子水洗一下。再循环 的去离子水的电导不要超过 50，新鲜的去离子水的电导不要超过 10。 水洗水洗 对于成功的预处理，在各工艺步骤之间进行适当的水洗是非常重要的。在脱脂以后的喷 淋水洗要有一定的喷压，使所有的残余的碱性脱脂剂能全部除掉。在磷化后的水洗则应使用 “溢流”型，以避免对刚生成的磷化膜产生干扰。这二种水洗方法所使用水量都要足够大以 保证洗净，有时水量要达到 515 加仑/分。 8 炉干燥炉干燥 在电泳工艺中，所处理的工件可以是湿的也可以是干的。对于使用干或湿的处理方法的 选择需要作系统的考虑。如果使用干燥炉作干燥，干燥时间约为 5 分钟，干燥温度为 275350f。在正确的干燥炉设计中必须利用空气来使工件干燥。热空气的管道要直接对着 工件，空气要有一定的速度，这样可以使表面的水份破碎后易于干燥。 槽子的设计槽子的设计 电泳工艺中所需要溶液槽的数量、溶液槽的类型、和处理工序的程序等要取决于对处理 工件的质量要求、化学品和设备供应商的意见等。对于最终产品的质量要求必须先写成说明 书（抗紫外线能力、盐雾试验时间等）。然后用这些说明书的要求来选择将使用的预处理方 法。 槽子的基本部件包括：槽室、泵、喷嘴和工件的通道。使用加热器、阀门和表具作为控 制用。在喷淋槽中，槽液通过泵、喷嘴到达工件再回到槽中进行循环；浸渍槽则将工件浸在 槽液中。涂装系统的运行人员都要对所操作的预处理系统、所使用的材料、各种槽子的设计 和控制方法都有了解，这些是十分重要的。 溶液槽溶液槽 喷淋工序的槽长通常与整个工艺区的长度大致相同。工艺区的长度由传动链的速度乘 上所需要的处理时间所决定。槽子的宽度要比通道宽 30-40”，以便安装槽门和水泵等。溶 液槽的最小深度为 42”，以使水泵有足够的安装深度。 溶液槽的大小要由槽子的容积和每分钟泵送的溶液的体积的比值来决定。这个比值的 一般推荐值为 3。这些体积是溶液的实际体积，还必须考虑使用内加热器时所占体积带入的 误差。 为了排出槽液和清洗槽底，槽底要有坡度，每 5 英尺的槽宽度要有 1 英寸的下降坡度。 槽下要有适当的支撑。锌磷化槽的槽底必须设计成便于用永久性的与转移泵相连接的管道、 或者用浸入的软管吸出、或者便于使用手工清扫工具来进行除渣工作。加热用螺管和水泵等 应该在槽中安排适当（图 12）。 去渣去渣 在锌磷化槽的边上必须建有澄清槽，澄清槽在二槽之间要有必须的管道和转移泵连接 （图 12）。 澄清去渣槽可以是方形或圆形的，底部为与水平面成 30的斜坡型。当需要定期将含有 磷化渣的槽液转移到澄清槽中澄清时，澄清槽的体积至少应为锌磷化槽的 1/3。 滴干区滴干区 为了防止溶液串槽在喷淋区间要有足够的滴干区。滴干区的长度为上一级工序的最后 一道喷淋环的中心到下一道工序第一道喷淋环的中心。 滴干时间由工件的形状、大小和滴干的位置所决定。在所有情况下，滴干时间要保持 得最小，以防止工件在喷淋区之间发生干燥。滴干区的长度由滴干时间和传动链的速度所决 定，一般为 3060 秒。 滴干区的传动链的长廊的长度要足够长，以防止蒸汽泄出，或者从移动的工件上过多 地下滴。 9 筛网筛网 每只溶液槽要配置双层筛网来保护泵。锌磷化槽的筛网必须用 30418-8 不锈钢丝制 造成的 6 目的网，筛网的边框用折弯的 1618-8 不锈钢条制成，将网嵌入后点焊成筛网。 所有其它溶液槽的筛网要用 16镀锌钢丝或不锈钢丝制造成 6 目的网，筛网的边框用 折弯的铁条制成，将网嵌入后点焊成筛网。筛网的高度要靠在溢流槽的边上，而且必须低于 槽液高度，这样槽液就可以溢流入槽中而不受筛网的干扰。筛网的把手要高出槽液面。这样 的安排就可以允许操作人员在槽子运行中取出其中的一块筛网进行清洗，而不会让未经过滤 的槽液直接与水泵接触。 用每泵送 100 加仑/英尺 2/分的溶液来计算所需最小的筛网的面积。当筛网面积大于最 小的面积时，就不需要对筛网作经常的清洗。因此当条件允许时，考虑使用较大的筛网面积 的效率就较高并且更理想。 槽门、梯子和照明槽门、梯子和照明 在各区的槽子的槽身上要建门，以便让维修工人和运行人员进入，并便于在运行时进 行观察。当门打开时，门上的溶液会滴落在地板上。为了防止滴在槽外产生腐蚀，在门下必 须放一个盆，盆上有几个小孔，以便让溶液流回槽内。在门内和槽尾部要建钢制的梯子，以 便进入槽内。最好的设计还要包括平台和照亮槽内的照明灯（图 13）。 泵泵 除了铬酸钝化外，除了专门指定外，所有的脱脂和水洗工序所用的泵可以使用铁制的 泵。锌磷化工序所使用的泵必须用非腐蚀性材料，最好使用 304 不锈钢。所有的泵都要采用 桶式泵。 喷架喷架 当传动链速度增高时，可以增加喷架的容积。下表给出各种链速时喷架的管径尺寸： 传动链速度（英尺/分）喷架管径（大约） 3-10 10-13 13-16 16-20 24 12” 14” 15” 17” 18” 喷嘴喷嘴 建议使用玻璃钢增强的聚丙烯夹持型喷嘴，它们比螺纹连接的钢铁喷嘴容易清洗、改 变和调整。 化学维护化学维护 为了使所设计的预处理系统达到所要求的质量，必须对槽液作仔细的化学控制和维护。 必须建立起和控制好专门的运行参数的范围。需要控制的专门参数包括处理时间（线速度）、 温度、化学浓度、ph、和总溶解固体等。 10 脱脂工序脱脂工序 在每工作班次的开始、中间和下班时检查槽液的化学浓度、温度和压力。如有必要就 作调整。 水洗工序水洗工序 每工作班次要对总溶解固体（tds）和电导作三次检查。不允许 tds 和 ph 值比原料 水的这些值有太大的升高。调整溢流水量会帮助控制淋洗水的水质。如果有必要，必须作定 期换槽和洗槽。 磷化工序磷化工序 必须建立标准的膜重标准并作好常规的检测控制。在每班运行前和运行中必须建立合 适的化学浓度、ph、和温度，以提供所希望的膜重。 钝化工序钝化工序 就像自来水水洗一样，需要控制的是 ph 和电导。ph 的控制标准在供货商的说明书中 已经规定，电导值就需将钝化液的电导加上原水的电导。如同其它的水洗槽一样，钝化槽的 参数每天要作三次。 11 二，油漆化学二，油漆化学 如同其它液体油漆一样，电泳油漆系统中也含有树脂和颜料糊。这些材料与其它材料仔 细地配方成为电泳槽。 “统计工艺控制”（spc）被用于控制电泳槽中所有的成份。 电泳槽成份电泳槽成份 电泳处理槽由树脂/乳液、颜料糊、和去离子水组成。在有些情况下，还可能需要一些协 同溶剂： 树脂或树脂乳液 颜料糊 去离子水 稳定剂 协同溶剂 一种典型的阳离子电泳槽在配槽时的配比为： 表 2-1，典型的阳离子电泳槽的组份 乳液50.0% （v/v） 颜料糊7.1%（v/v） 去离子水42.9%（v/v） 树脂树脂 电泳溶液中的树脂是聚合物，它们是任何涂料中的主体。聚合物是由许多小分子交联而 成的大分子化合物。小分子或单体所发生的反应称为聚合反应。 生成树脂的反应是一种由各种液体和粉末互相反应而生成一种新分子的精密的过程。使 用改变化学品的加入次序、加入量或改变反应温度，使用同样的化学品可以产生不同的产物。 当树脂在反应过程中仍是热的时候，它处在有点液态的状态中，当它冷却时，它就变厚 变硬。有时侯，当加入稳定剂和去离子水后，树脂就会散成像牛奶一样有粘性的乳化液。乳 化液中也含有交联剂和增强性能的树脂。 根据所使用的涂料的类型的不同，电泳系统可以选择使用树脂进料，或者使用乳化液进 料。树脂，乳化液和颜料最好要通过一台静止的混合器后向电泳槽进料。典型的静止混合器 的比例由进料与流通混合器的电泳槽液的比率来计算，50：1 是指 50 份槽液，1 份进料液。 树脂是非常粘稠的材料，树脂的乳化液的粘度要低得多的均匀一致的乳化液。树脂或树脂乳 液中含有带正电或带负电的粒子，还含有用于涂膜固化的交联剂。 颜料糊颜料糊 12 颜料糊中含有提高涂膜物理性能以及使涂膜带色的颜料。颜料本身不能直接地加入电泳 槽，必须先要将主要的树脂，磨细的树脂，树脂添加物，颜料和其它添加物混合成糊状。颜 料是为涂膜提供着色和其它物理性质的干燥的粉末材料。磨细的树脂使颜料湿润或者使它悬 浮于液体中防止它结块。树脂添加剂或者湿润剂则帮助颜料和树脂的混合。其它的添加剂则 用于为涂膜提供抗腐蚀性等一定的特性，或者用于降低成本。 这些成份在预混槽中与溶剂混合，使颜料、添加物和其它化合物均匀地包裹在磨细的树 脂上，以避免产生结块。如果颜料结块成团，它们就会在电泳槽中沉降下来。 预混中使用旋转的刀片将混合物中大块的颜料粉碎成小粒子。 通过预混中的剪切或者通过研磨后，使混合物的粒径减少到微末级水平。粒径可以用研 磨规测定。根据颜料糊的不同配方要求，粒径大约在 8-25 微米左右。 工艺统计控制方法（spc）在油漆制造和与涂料有关的产品的制造过程中都可以使用。 例如在颜料糊制造中的控制参数是温度、转速、研磨介质等。在材料作预混前，就要严格地 将原材料的质量控制好，以保证得到准确和稳定的结果。 去离子水去离子水 去离子水是除去了电导离子的水。在电泳槽液中，去离子水的比例要占 50%以上。根据 电泳系统和所使用的涂料类型的不同，工艺上所用的电泳槽液中的去离子水含量可达 75%左 右。去离子水可以用自来水通过离子交换树脂来去除水中的电导离子的方法制造。去离子水 的质量可以使用电导仪测定水的导电率来测定。电导率小于 10 微欧的去离子水的质量对于电 泳槽是适当的。电泳槽液的电导率在 800-1700 微欧/厘米。每只电泳槽都有一个能得到最佳 性能的电导率的范围。 稳定剂稳定剂 树脂在 50%的去离子水中有抗分散性。使用醋酸或乳酸稳定剂可促进混合过程。加入正 确数量的稳定剂可以使树脂在电泳液中有效地分散。 协同溶剂协同溶剂 协同溶剂是可以和水混溶的有机溶剂。用作协同溶剂的有丁基溶纤剂，丁基卡必醇、 dowonal pph、和己基溶纤剂等。电泳槽的工作溶液中含有 1-3%的上述协同溶剂。这些溶剂 起帮助成膜，它使涂膜光滑、防止固化时产生爆裂，改善泵送系统的润滑、增加聚合物在槽 液中的溶解度等种种作用。 为了满足环境保护时对 voc 和 hap 的要求，电泳槽中所使用的协同溶剂的种类应在不 断发生改变。目标是达到没有 voc 和 hap 的排放。 13 三三, 涂膜生成涂膜生成 为了生成电泳涂膜，涂装工件要接地后浸入带相反极性的槽液中。树脂和颜料迁移（电 泳）到工件上成膜，然后用水洗将多余的材料洗去，最后在固化炉中将涂膜固化。 在图 3-2 中表示了在电泳槽中所发生的沉积成膜过程。槽中有带正电的阳极和带负电的 阴极。 导电溶液的电解分解导致了带电粒子的移动，负电粒子向阳极移动，正电阳离子向阴极 移动（电泳）。 带电的涂料粒子从溶液中沉淀后粘附在金属基材上（电沉积）。随着沉积膜增厚，涂装 表面上相应的电阻就会升高。随着电阻的升高，工件逐渐变成绝缘体，这时侯就停止继续成 膜 随着油漆粒子的沉积和表面的移动停止，分散介质将向相反方向运动，造成溶剂损失和 漆膜的变硬（电内渗现象）。 穿透法拉第笼凹陷区的能力是电沉积中独特的方面。就象在静电喷涂中那样，涂层最初 从电阻最小的部分开始向大部分可以接近的表面涂装，先涂外表面，然后移向内表面。由于 穿透一个法拉第凹陷区后电场降低，电力线就自然地向最近的接地点处弯曲。在电泳中，围 绕着法拉第区的电场强度随着涂膜的变厚和绝缘化而降低。这样就使进入法拉第凹陷区的电 流增加，使漆膜向凹陷区更深的区域沉积。电沉积方法可使涂层穿透深的凹陷区的能力使涂 层的防腐性能极好。电沉积涂料穿透法拉第区域的能力被称为电泳力。各种涂料的电泳力用 一种电泳箱来测定，单位是英寸。 电泳工艺过程电泳工艺过程 1. 加电压 v=ir 2. 水在电极上电解分解 3. 涂料粒子向带正负电荷的电极移动（电泳） 4. 涂料粒沉淀（电沉积） 5. 涂料粒子紧密地包裹（电内渗） 6. 工件上沉积涂料后变成绝缘体 7. 沉积变缓并停止沉积 表 3-1，电极反应 阳 极阴 极 1. 水的电解2h2o 4h+o2 +4 e-2h2o+2 e- 2h +20h- 2. 基材的氧化fe fe+2e -/ 3. 凝结可溶的油漆粒子不可溶可溶的油漆粒子不可溶 阳极电沉积阳极电沉积 带有正电荷的物质会被带有负电荷的物质所吸引，应用这个原理，带有电荷的粒子就可 以在液体中运动。在电沉积中，由于溶液的化学性质使油漆带了电。阳树脂带上了负电荷。 由聚合物的类型、粒子大小、酸基的数目和稳定计的含量等产生的平衡决定了溶液的电性质。 14 电沉积成膜过程是一系列电化学反应的结果，通过水的电解使沉积电极周围的化学环境 发生改变，造成树脂的溶解度降低后在所浸渍的工件上凝结成膜。（ 图 3-2 。 15 阳极电泳工艺中需要用超滤法来控制电泳槽的 ph。在超滤中将在电沉积工艺中所产生的过量 的酸去除掉。过量的酸留在电泳槽中会使 ph 升高。典型的阳极电泳系统都使用超滤来控制 ph。 这样就是使阳极电泳系统增加了 ph 控制设备。在过去应用超滤技术时，许多槽液会变 得不稳定时就必须用新的槽液来换槽。 下面表示了阳极电泳系统中的化学反应步骤： 1 pcooh+r3 nh2opcoo-+r3nh-+h2o (溶解步骤) 22h2o 4h+o2 +4e- 3pcoo-(可溶性)+h-pcooh(不可溶)(沉积步骤) 在最后一步反应中，水电解中的产生的氢离子与阳树脂结合而成为原来的不可溶形式， 然后在工件表面上凝结成涂膜。 从另一方面来看，阳极电泳方法也是金属工件的电化学溶解过程。溶解后的金属离子通 常也会包括在涂膜中，这会造成防腐力的降低，在固化时会使表面产生红锈。 在涂装工业的历史中，由于电泳法的种种优点，所以这个缺点被容忍了。在七十年代出 现了阴极电泳系统后，它就不再有这种着色沾污的缺点了。 阴极电泳阴极电泳 阴极电泳槽的电化学原理和阳极电泳法相同，但电极功能则相反。电沉积在相反极性的 电极上发生。所发生的反应步骤相同，阴极电泳中的化学反应步骤为： 1pr2nrcooh h2opr2nh- rcoo-h2o（溶解步骤 22h2o2e- h22oh-（阴极反应 3pr2nh（可溶性oh- pr2n（不可溶h2o沉积步骤） 在阳极电泳系统中将工件作阳极，而在阴极系统中将工件作阴极（图 3-6）。 在阴极上发生了关键的反应，在最后一步反应中，由水电解所生成的 oh- 夺取了可溶 性阳树脂中的 h，使树脂凝结而在阴极上沉积成膜。 阴极电泳工艺的一个主要优点是槽液中只有极少量的从工件溶解下来的金属离子。由于 清除了着色的缺陷，所以较早期的期望是在电泳工艺中可以使用较泄的颜色来涂装了。但是 由于在固化中仍有发黄的趋势，所以早期的阴极电泳仍限于涂装较深的颜色。 这些早期的阴极系统中的涂料是环氧类树脂和芳香烃交联剂。现在已有了许多不同类型 的交联剂和为了使电沉积涂膜获得特殊性质的混合交联剂 最新的阴极电泳涂料是环氧改良型的丙烯酸涂料，它们的物理性能有了较大提高，并且 固化中发黄的趋势减少。 这些改良的技术使得电泳涂装中可以使用更多的颜色，包括以前曾有问题的淡颜色。阴 极电泳膜的光泽和色牢度好，而且耐洗涤性好，色斑少，金属在电泳槽中的溶解量小，另外 它的膜厚也比阳极厚。它的膜厚范围在 0.5-1.5 密尔，阳极电泳膜的膜厚为 0.5-1.2 密尔。尽 管当前阳极电泳法仍在使用，它的这些主要的优点使得工业上更愿意采用阴极电泳法。 16 四，电泳槽四，电泳槽 电泳槽是盛装电泳涂料槽液的容器。它由几个重要的子系统所组成： 1循环系统 a搅拌器 stirrer b冷却系统 cooling system 2过滤系统 3加料系统 4电器系统 a. 整流器 commutator b. 电解池 electrolytic cell c. 电极 electrode 5 超滤系统 电泳槽由低碳钢或不锈钢材料制造。槽内衬有保护层。薄膜内衬的厚度约 20-40 密尔， 厚膜内衬的厚度约 120-140 密尔。这种内衬要耐化学腐蚀和有一定的绝缘强度可以使用的材 料有 ceilcote coroline 505 或相当的材料。涂料的供应商会指定适用于他们的电泳材料所需要的内衬 的型号。这种内衬必须能在涂料的 ph 范围内工作。耐受溶液中所在的溶剂的腐蚀，并且能 耐受 600 伏直流电压。 典型的内衬是涂在经过适当处理的基材上的由玻璃纤维增强的厚膜（120-140 密尔环 氧材料。 与以前所使用的薄膜（20-40 密尔内衬相比较，厚膜内衬具有很多优点。主要的优点 是它的寿命长，不容易被掉下的处理工件损坏，或在清槽时被损坏。厚膜内衬如果发生局部 损伤到槽身材料时可以作局部的修复，而薄膜内衬若发生损坏时就无法修理，必须将整个槽 身重新作内衬处理。 厚膜内衬的价格较高，但是由于它的使用寿命长，所以使用成本反而低。 电泳槽的循环电泳槽的循环 为了使电泳槽的槽液成份分散均匀，不使涂料粒子沉降到槽低，电泳槽液要不停地保持 循环。电泳系统使用位于槽底和槽边的带有成排的喷射器和集管的管道系统来防止油漆粒子 的沉积。 槽底和槽角槽底和槽角 理想的槽子设计中要将槽底的死角区域尽可能减少，方的底角比较容易成为死角。圆角 或（椭圆）形的底角可以消除死角。如果有必要，可以将喷射器对准这些死角作喷射以改善 槽液的循环。 对于泵井和堰箱的设计要特别小心，尽量使死角减少和消除。泵井和堰箱中特别容易积累油 漆固体，它会成为维护中的头痛的问题。 电泳槽的清槽电泳槽的清槽 要定期地作好清槽，将从吊架上落入槽中的工件取出。这些落入槽中的工件会影响槽液 的循环，并造成涂料固体在这些掉落的工件上的堆积。最终，这些堆积的固体就成为脏物， 17 它会造成涂膜的缺陷。 在清槽时，可使用备槽将槽液转移出去。备槽的大小要能贮存下整个主槽的溶液。备槽 也要有循环装置。如果溶液在备槽中存放时间较长，就有必要对溶液冷却。备槽也应该有过 滤装置，使溶液在贮存中作过滤处理。并在槽液转移回主槽时作最后过滤用。 对于一个新的电泳系统，必须在 2-4 星期后作清槽检查。然后每隔 3 个月后再作清槽检 查，以后再隔 6 个月再作检查，以后每隔 6 个月作清槽检查。 循环系统循环系统 电泳槽的循环系统要 24 小时地全年工作。它所提供的搅拌作用可以防止溶液中的涂料 固体沉降，它也分离电泳液中某些物质提供过滤作用，在循环中，它将槽液通过热交换器来 使溶液冷却。 循环系统由位于泵的堰箱中的水泵、过滤介质、袋式或桶式过滤器、用于冷却的热交换 器、由 pvc 或 cpvc 或不锈钢所组成的管道系统、一系列增强搅拌、减少涂料固体在槽中沉 积作用的喷射器等组成。 循环系统使槽液搅拌以使涂料均匀并防止涂料中固体成分沉降。在大多数的系统中，循 环系统被设计成使用一系列的喷射器将槽液沿着槽底向入口处移动。循环泵则位于出口处， 它将槽液的表面层向着槽子出口端的泵井和堰箱运动。这样就使槽液形成头尾间的循环。泵 井通常位于槽子出口端的溢流堰箱中。泵井和堰箱控制着槽子的液位、提供了槽液表面的液 流、并且有助于防止在槽液的表面形成脏物的积累（图 42） 通常使用 pvc 或 cpvc 材料建造的电泳槽的管道系统设在槽底和槽边，它们的作用是 为液流导向、使槽液产生循环。连接在管道上的喷射器可以增加其周围的液流的速度。喷射 器是流量型的，例如在喷射器中流过 1 加仑的槽液时，它将推动其周围约 4 加仑的槽液，从 而产生一个扩散作用。 为了减少油漆固体在槽子中的沉积，排列配置好喷射器是十分重要的。在所有的泵井中 也要配置喷射器以防止油漆固体在泵井中的沉积。 推荐的每小时电泳槽的循环次数为四次。例如，如果电泳槽的槽容积为 25,000 加仑，它 就必须配置容量为 100,000 加仑/小时的水泵。 电泳涂料的循环好坏对电泳槽的运行十分重要。用下列方法来控制槽液的循环： a. 每班次要对所有的阀门(vavle)和流量计作检查，将它们设在所需的数值上； b. 取出落在槽的处理工件； c. 检查并控制好槽子和泵的堰箱中的液位； d. 当过滤器的最大压力差达到 10-12psi 时，更换过滤袋或过滤桶； e. 在泵发生故障时立即修理，不要让涂料在电泳线上停止搅拌超过一小时；为此 要使用备用泵(spare pump)和备用马达(spare motor)。 f. 检查涂料的抽取； g. 观察槽液表面的流速，槽液的表面流速要大于传动链(chain transmission)的速度； h. 每六个月作清槽，对槽内的组件作检修。 温度控制温度控制-冷却冷却 在电泳工艺中，由于通电、槽液循环、加热后的工件的进入（如果使用干燥炉），以及 室温较高等因素的影响，槽液的温度将会升高。电泳槽液的适宜的工作温度为 80 5f。温度 18 的不适当会影响涂膜的厚度，造成废油漆的增多，影响涂膜的外观，造成表面缺陷。温度太 低时会使膜厚降低，表面粗糙，温度太高时得到的漆膜较厚，漆膜不稳定，表面有缺陷，并 有可能使超滤器损坏。 用不锈钢的热交换器(heat exchanger)来使循环的电泳槽液的温度得到控制，热交换器中 使用冷水来使槽液冷却。温度必须控制在设定值的2f 范围中。 在热交换器系统中有二个独立的循环系统，一个叫做热端循环，另一个叫做冷端循环。 热端循环用于温度高的槽液的冷却，冷端系统则用于电泳系统中所产生热量的冷却。 不管是使用板式、框架式、还是使用管式或者鳍式热交换器，典型的热交换器都将热的 电泳液和冷的电泳液在金属的二个表面分开，使热的槽液将冷的槽液加热，然后再回到槽子 中去。 在工厂中，装有冷却塔的热交换器装在厂房的房顶上，装有冷却器的热交换器则装在电 泳槽边上。冷却塔系统由盛装系统中冷却液的储槽、通往房顶的管道、热交换器、帮助冷却 的风扇、和将槽液抽到房顶的水泵等组成。冷冻器系统则像一台大型的空调，它由冷冻压缩 机、热交换器和管道系统所组成。 过滤过滤 为了去除槽液中的脏物，凝聚的涂料和其它固体杂质，对槽液不断的作过滤是必要的。 通常使用袋式过滤器，cuno 过滤器或复式过滤器来进行过滤。 电泳槽液首先流过泵井中的不锈钢筛网然后再流过主过滤器。不锈钢的筛网用于除去可 能会对水泵产生危害而且会很快导致其它过滤介质堵塞的大碎屑。筛网要经常清洗，以保证 不使去水泵的槽液受到严重堵塞。如果液流受到堵塞，它就会形成空穴凹涡、使空气进入电 泳槽或者使泵过早地损坏。在将筛网取出清洗时，必须使电泳槽的供电关闭，以避免受到电 击。然后按照设备供应商的说明书的程序来清洗不锈钢的筛网。 过滤器的过滤介质应该是不溶解于水的，孔径在 1050 微米。要根据所使用的设备选 用不同的过滤介质。过滤器有袋式过滤器和桶式过滤器。在无论哪种形式的过滤器中所使用 的过滤介质都要得到涂料供应商的认可。 电泳槽液通过筛网过滤后，再用泵送往过滤器中使用较细的过滤介质作过滤。 袋式过滤器在过滤罐中使用。根据电泳槽的大小不同，在过滤罐中可以使用一个或多个 过滤袋。袋式过滤器的分类有绝对和标称法二种。如果一种介质以 25 微米绝对值标号，则它 可以去除25 微米的大粒子；如果某种过滤袋以 25 微米标称值标号，则可以去除 3540 微 米和更大粒径的粒子。 要去除油类污染物时，可以使用油类过滤介质。这种介质可以吸收油类。这种过滤介质 也可以用在悬浮在电泳槽和泵的堰箱间的挡板。油漆供销商会对你的系统中所使用的过滤介 质的孔径的大小作出推荐。 电泳槽的全部槽液每小时至少要作一次过滤。所有的过滤器都要装有阀门和旁路管道， 使得在进行过滤器的更换和清洗时仍可以保持液流的连续（图 43）。 过滤介质在使用中会逐渐堵塞，所以必须对它们作定期的更换和清洗。在过滤罐的入口 处和出口处所装的压力表可以指示是否需要更换过滤介质。通常压力差达到 10 磅/平方英寸 （psi）时就表示需要作过滤介质的更换。 更换过滤介质是一项难搞的工作。使用干净的压缩空气和在过滤罐的底部通向电泳槽的 有阀门的回流管将使更换过滤介质的工作变得容易一些。过滤罐与循环系统是分开的，使用 19 压缩空气将罐中的涂料通过带有阀门的回流管吹回电泳槽。这样不仅减少了工作的凌乱，而 且节约了涂料、还减少了流向废物处理系统的废水。 要将所有更换介质的工作记录下来。 当对将使用的过滤介质作评估时，必须考虑所使用的过滤器的型式和对过滤的要求，也 要考虑是否容易更换以及需要更换的周期等等。记住一般在过滤器二侧的压力差达到 10psi 时需要更换过滤介质。过滤介质的价格是多少？过滤介质的更换时间和成本的关系和它的性 能如何？ 电泳槽的袋式过滤器装在电泳槽的二端（图 44）。 加料系统加料系统 在生产中，电泳槽液中的涂料固体在槽中通过的工件表面上成膜，为了准确维持好槽子 的化学就必须作好补槽。补槽是使用加料系统来完成的。典型的加料系统包括涂料储存容器、 涂料输送泵、管道和静力混合器所组成。补槽用的涂料通过涂料储存容器由输送泵经过管道 向静力混合器输送。 典型的阴极环氧电泳漆系统使用树脂/乳液和颜料浆双组份加料系统。依据供应商的数据 确定加料比。5:1 的加料比指五份树脂/乳液和一份颜料浆。 每种组份以规定的流速加进槽内。进槽时最好在管道中使用静力混合器。所谓的静力混 合器是一根装有为了起到混合作用的一系列不同角度挡板的管道，在电泳液通过时达到混合 的目的。补槽材料通过混合器后以与槽内溶液流成 90的角度加进槽内。每种组份以规定的 流速和比例加进槽内，通常为 50:1 或 100:1。合适的料比可以使补槽液很快地混合进电泳槽 液中去。 静力混合器的最佳位置设置在包括热交换器的循环系统中。建议将静力混合器设置在过 滤器和热交换器之后的通向电泳槽的管道中。如果将静力混合器设置在支持超滤器的循环系 统中，它所产生的反向压力将引起降低流速，并使超滤装置过早地淤塞。另外向槽中的补槽 口要尽可能离开水泵的堰箱。否则补槽液会直接向堰箱回流，然后流向过滤器，这就会造成 过滤器中过滤介质的过早的堵塞。 阴极电泳系统通常使用静力混合器向电泳槽加入低黏度的涂料。阳极系统的补槽材料通 常都是高固体、高黏度的树脂，它使用静力混合器或混合槽向电泳槽加料。 在测定了电泳槽的运行参数后，树脂和颜料的加料可以用人工进行，也可以使用安培小 时和电流图来决定进行自动加料。如果使用安培小时和电流图来作自动加料，仍旧需要对电 泳槽的运行参数作检查，使加料量准确。 电力系统电力系统 电泳槽的成膜需要电流。我们所熟悉的家用电流是交流电（ac）。交流电是一种电流 的大小和正负极性周期地发生变化的电流。在美国，交流电的频率为 60 周/秒（60hz）, 各 种电器设备要以这个频率设计。在电泳工艺中不使用交流电。 直流电（dc）是向一个方向流动的稳定的电流。每秒中循环的周期次数称为频率，它 的单位为赫兹。直流电对于电泳工艺是有用的。 20 为了得到电泳工艺中所需要的电流，就要将交流电整流成为直流电流。整流器将交流电 转换成直流电，并使电压升高。当交流电转换成直流电后，在整个使用中它的纹波不能超过 5。直流电流中的纹波是交流供电留在直流中的成分。过多的交流成份会造成漆膜的缺陷、 破裂、粗糙和不均匀等漆膜的缺点。 电气装置电气装置 整流器的正极接在槽子的阳电极上，整流器的阴极接在阴电极上。阳极涂料在通电时被 阳极所吸引；而阴极涂料被阴极所吸引。为了得到所希望的涂料移动，电泳涂装中将工件作 为一个电极，而将置于槽边的金属极作为另一个电极，电流从整流器中经过电极、涂料向工 件流动再回到整流器。 典型的电沉积成膜需要 120 秒时间，涂料的供应商会提供它们的产品的成膜时间的参数。 在电泳工艺中使工件带电的方式有二种：在入槽前已带电；在入槽后再带电。 入槽前已带电的方式有产生条纹的危险，所以在系统设计中要减少这种涂膜的缺陷。 入槽后再带电的方式能消除上述这类缺陷，但是它的单轨系统需要使用较长、较大的电 泳槽来达到 120 秒最小的成膜时间。 为了达到最佳的结果，常常使用双区供电方式。第一区的处理时间为 60 秒，电压为 200350 伏，第二区的处理时间也为 60 秒，电压为 200450 伏。第一区的条件是使条纹缺 陷不出现所设定的，第二区中使用了较高的电压来完成涂装并且使凹陷区域也得到涂装。 整流器的大小要选用准确，整流器的大小由伏安表示，电压与成膜能力有关，电压越高， 成膜就越厚。 使用电子整流器将交流电流转换成直流电流。电流为涂料在工件的表面成膜提供能量。 按照电泳槽所要处理工件的表面积大小来选用适当大小的整流器。根据处理的工件要求，整 流器的直流电压要达到 350400 伏。同时也要根据工件的要求来决定所需的整流器的电流大 小。 整流器的电流是十分重要的，安全的经验是每处理 1 平方英尺的工件需要 2 安培电流. 。只要有可能，整流器应该具有能满足提高生产所需要的一定的扩展容量。经常有一些工厂 会遇到在需要提高产量时却没有可以使用的电力的问题，所以首次购置整流器时一定要让其 有一定的扩展容量。 在整个电压范围中，整流器的电压波动值要小于 5%。如果电泳涂装系统的设计处理量为 200 英尺 2/分，则所需要的最小电流为 400 安培。 被处理工件在电泳槽中处理的时间越长，所需的处理电压就越低。前面已经提到过，大 多数的浸渍工艺的浸渍操作时间为 120 秒左右。 由整流器提供合适的直流电流对于电泳工艺是十分重要的。电流的不足或波动，或者电 流方向的错误都会影响成膜。电力系统中需要监控的参数为： a. 电压检查；系统应能提供最高为 500 伏的电压，调节幅度不要超过 10 伏； b. 电压波动；不应超过 5%； c. 检查工件的接地情况；如果接地电阻超过 1 兆欧，就表示接地不良；此时就必须检查 和请洗传动链的导轨、链条，并检查吊架的设计。 d. 检查阳极是否损坏，如果已经损坏就要更换； e. 每小时检查电压、电流和槽温。 21 安全安全 电泳系统使用高电压和高电流，电泳系统必须强制性地防止对操作人员的电击，保证安 全。 根据地方法规和保险法规的要求，在电泳槽通电后，必须有指示灯提醒操作人员。 在最接近电泳槽的门是必须装上联锁装置，当门被打开时，就会向整流器送去中断信号， 将电泳槽的电流关闭。这种连锁装置也可以使用光电管或压力敏感垫等。 阴极电泳槽需要使用绝缘的内衬，在后面的章节中会专门讲这个问题。 阳极电解系统阳极电解系统 阳极电解系统是一个自循环系统，它用于从电泳槽