陰極電泳涂裝設備的改進及工藝維護(轉(zhuǎn)載)

7.2.l 前言
陰極電泳涂裝具有很多優(yōu)點，如涂膜均勻、密著性強，可簡化或取消常規(guī)電鍍流程，降低生產(chǎn)成本、縮短作業(yè)時間，提高生產(chǎn)率，并可實現(xiàn)自動化大生產(chǎn)；泳透力好，涂膜的耐腐蝕性好；涂層色彩鮮艷，采用不同的顏料及配比，可以得到各種顏色的涂層；涂膜的外觀好，烘干時有較好的展平性及延展性；采用閉路循環(huán)超濾裝置及超濾液凈化器，涂料的使用率可達98％以上；尤其是漆液中不含有毒及重金屬離子，排放水幾乎不需處理，有利于環(huán)境保護，是低公害涂裝最新方法之一。
鑒于以上優(yōu)點，陰極電泳涂裝在國內(nèi)外金屬表面處理領(lǐng)域中得到迅速發(fā)展，國內(nèi)中小型手動式陰極電泳漆生產(chǎn)線不斷上馬。然而，有些廠家由于缺乏技術(shù)管理經(jīng)驗，不能形成連續(xù)、大批量、穩(wěn)定的生產(chǎn)。筆者總結(jié)了從業(yè)近6年來的工作經(jīng)驗，供讀者參考。
7.2.2 設備
7.2.2.1 掛具
目前，手動式陰極電泳漆生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品主要為漁具、自行車、摩托車和各種日用小五金配件等，產(chǎn)品特點為：工件數(shù)量大、表面積小。實踐表明，在電泳涂裝過程中，掛具設計和制造至關(guān)重要，直接影響生產(chǎn)效率。電泳涂裝掛具在設計、制造及使用時應注意以下幾點。
7.2.2.1.1 掛具與工件的電接觸
掛具經(jīng)電泳涂漆處理，其掛鉤因覆蓋電泳漆而絕緣。陰極電泳工藝使用高電壓、低電流。實踐表明，工件與掛鉤之間只要有“針尖”大小的接觸點就能滿足導電的要求。目前有些廠家直接把工件懸掛在掛具上，生產(chǎn)時工件來回晃動易碰撞，而且每次電泳后需進行掛具退漆處理，成本增加，生產(chǎn)效率不高，研究確定掛鉤部分采用彈簧鋼絲制造，掛鉤的形狀根據(jù)產(chǎn)品類型靈活選擇，一股采用三點或四點接觸形式，掛鉤的尖部在下料時最好保持45°斜角，掛件時把工件來回轉(zhuǎn)動一下，使掛鉤尖部的電泳漆層被劃破，這樣就能避免掛具退漆處理，保證工件充分導電，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。
7.2.2.l.2 掛鉤的固定
目前，有些廠家采用銅焊或錫焊的方式組裝掛具，存在以下缺陷：①銅的熔點為1083℃，采用銅焊時，彈簧掛鉤退火，失去了彈性，不能滿足生產(chǎn)要求；②陰極電泳漆的烘干溫度一般都在160℃以上，錫加熱至160℃即變成脆錫，很容易粉碎，采用錫焊接的掛具，工作一段時間后，掛鉤就會脫落。
我廠采用機械裝配的方法組裝掛具，連續(xù)使用3年多，無一損壞，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
7.2.2.l.3 掛具的清洗
對于形狀復雜及有盲孔的工件，為使盲孔內(nèi)的溶液空凈回收，掛具上下都設有提手，正反兩次清洗，不但能徹底洗凈工件，而且能除去粘附在漆膜表面的浮漆，杜絕漆膜出現(xiàn)花臉現(xiàn)象。
7.2.2.2 超濾裝置
7.2.2.2.l 原理與組成
超濾是一種壓力驅(qū)動的膜分離過程，采用特定的多孔隔膜分離方法。在施加壓力下，有機溶劑、水、無機離子等及分子質(zhì)量相對低的溶質(zhì)透過超濾膜，而槽液中懸浮的顏料和高分子樹脂無法透過超濾膜，全部流回電泳槽中。
超濾裝置一般由預濾器、超濾器、磁力驅(qū)動泵和清洗貯液槽組成。
7.2.2.2.2 作用
超濾裝置是電泳涂裝的主要設備之一，它的性能及使用直接影響電泳涂裝質(zhì)量及生產(chǎn)成本，其作用如下：
①穩(wěn)定槽液，提高漆膜質(zhì)量
雜質(zhì)離子的存在對漆液的電沉積特性、穩(wěn)定性及漆膜質(zhì)量產(chǎn)生極壞的影響，但在連續(xù)生產(chǎn)中，漆液不可避免地要帶入雜質(zhì)離子。因此，必須嚴格控制其含量在一定的范圍之內(nèi)。電泳槽液中的雜質(zhì)離子、有機溶劑、小分子樹脂等可以通過超濾液的排放來控制，從而保證生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)地進行。
②回收電泳涂料，節(jié)約大量沖洗水
使用超濾裝置，實現(xiàn)電泳后的“封閉回路”水洗方式，利用超濾液充分洗滌除去粘附在被涂物上的電泳涂料，再配合使用超濾液凈化器，涂料回收利用率可達98％以上，節(jié)約電泳涂料，減少污水處理量及費用，有利于環(huán)境保護。而不使用超濾裝置，其電泳涂料使用效率僅為70％～80%。
7.2.2.2.3 超濾裝置設計、制造、使用的注意事項
①分別設計超濾系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和反沖洗系統(tǒng)，并且3個系統(tǒng)都應能獨立操作，這樣可以形成連續(xù)化的大生產(chǎn)。
②管道制造必須封嚴，完全杜絕滲漏的不良現(xiàn)象。
③嚴格按照使用說明書操作，避免超濾膜壓力過大而破裂、失效，或反沖洗時因反沖洗液濃度太高而損壞超濾膜，停用時要及時作系統(tǒng)滅菌處理。
7.2.2.2.4 使用現(xiàn)狀
目前，有些中小型廠家考慮到設備的投資費用，在生產(chǎn)中省去了超濾裝置，剛開始時還能維持生產(chǎn)，但隨著雜質(zhì)離子在溶液中的積累，電泳漆液的穩(wěn)定性遭到破壞，造成各種漆膜弊病，漆液不能繼續(xù)使用，不得不報廢，既影響生產(chǎn)又造成極大浪費。
筆者曾經(jīng)走訪了幾個廠家，均發(fā)現(xiàn)他們存在以上問題。我們根據(jù)各廠家的實際情況對陰極電泳漆生產(chǎn)線作了整改，效果顯著，提高了電泳涂漆質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，一套超濾裝置的設備費用不到半年時間就收回，得到廠家的一致認可和好評。
7.2.2.3 烘干設備
烘干設備是電泳涂裝工藝中主要設備之一，它的好壞直接影響涂膜的外觀和各項性能。燃油或燃氣烘干設備的能耗較低，但是設備投資費用大，故中小型廠家很少采用，多用電加熱烘干設備。電加熱烘干設備在設計、制造及使用時應注意以下4個問題：
①為使烘干室內(nèi)溫度均勻，確保涂層質(zhì)量，最好采用對流式烘干設備，以提高熱傳導的效果。
②由于漆膜在烘烤過程中易產(chǎn)生氯化氫、二氧化硫、二氧化碳、三氯乙烯、水蒸氣和助溶劑等廢氣，與漆膜表面瞬間接觸時，起催化劑的作用，促進涂膜表面硬化，隨后涂膜內(nèi)部出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，由此產(chǎn)生針孔或外觀不良等缺陷。這些廢氣也可能在烘干室出入口上方冷凝，滴落在被涂物上造成漆膜缺陷。因此在設計時，應在烘干設備頂部設置廢氣排放管、蝶閥及止間閥或者設計成自拔風筒的形式，隨時把烘干過程中產(chǎn)生的廢氣排出烘干室外。
③在出入工件時為減少熱量損失，烘干設備可設計為兩面開門敞開式，爐內(nèi)及爐外應當鋪設導軌，配備兩輛烘干小車交替使用，小車的底部應鋪設鉆有許多孔的鋼板，防止烘干時工件掉人烘干室內(nèi)不易取出。加熱元件應采用電加熱管，不宜采用電阻絲，電加熱管應鋪設在烘箱的底部及兩側(cè)壁上，以使爐內(nèi)溫度均勻。
④為防止烘箱內(nèi)壁鐵銹和室外灰塵進人烘箱污染漆膜，建議烘箱內(nèi)壁采用不銹鋼板。為保證漆膜的烘干質(zhì)量，采用熱電偶測量溫度時，熱電偶應當設在工件的位置，必要時直接用溫度計測量。
7.2.2.4 電泳涂裝電源
電泳涂裝電源是電泳涂裝工藝中主要設備之一，它的特點是高電壓低電流，電源選擇是否恰當直接決定涂膜的性能及生產(chǎn)的連續(xù)性。
目前絕大多數(shù)中小型陰極電泳漆生產(chǎn)廠家，用手動式硅整流器作為電泳涂裝的電源，存在以下缺點：
①手動式調(diào)壓，無軟起動裝置，由于工件通電時沖擊電流大，易出現(xiàn)漆膜外觀粗糙、桔皮籌疵病。
②穩(wěn)定精度小，紋波系數(shù)大，波形波動大，漆膜易出現(xiàn)花紋及不均勻等疵病。
③不能自動完成設定的各種電泳工藝曲線，質(zhì)量不穩(wěn)定。
④保護功能不全，易損壞保險絲、二極管和碳刷等，不能形成大批量的連續(xù)生產(chǎn)。
針對以上不足，我廠選用了KZYF系列可控硅風冷式整流設備，連續(xù)生產(chǎn)2年多，元件無一損壞，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。該設備具有以下特點：
①具有0～180s任意設定軟起動功能，杜絕了因沖擊電流大而造成漆膜外觀粗糙等疵病。
②采用微機數(shù)字觸發(fā)控制技術(shù)，不需轉(zhuǎn)換即可實現(xiàn)對負載的恒壓、恒流自動控制，穩(wěn)壓精度為±3％，紋波系數(shù)＜5％，漆膜產(chǎn)生孔隙的幾率小，質(zhì)量好。
③采用專用晶閘管多功能控制器，能自動完成設定的各種電泳工藝曲線，質(zhì)量穩(wěn)定，可以滿足連續(xù)大生產(chǎn)要求。
④該設備保護功能齊全，設短路、缺相、超溫、過流、過壓和過載等保護功能，并且節(jié)省電，成本低。
7.2.2.5 循環(huán)裝置
7.2.2.5.l 組成
為確保得到優(yōu)良的電泳涂膜外觀質(zhì)量，維護槽液的穩(wěn)定性，電泳槽液自配槽后應連續(xù)循環(huán)攪拌。循環(huán)裝置是由循環(huán)攪拌、過濾和熱交換裝置組成的一個封閉式回路。
7.2.2.5.2 作用
①保持槽液各成分混合均勻，防止顏料沉淀至槽底，從而降低槽液固體成份。
②防止顏料沉降到工件上，影響其表面質(zhì)量。
③經(jīng)過濾器除去槽液中雜質(zhì)顆粒及沉淀凝聚的涂料粒子和油污。
④保持槽液溫度均勻、恒定。
⑤排除電泳過程中產(chǎn)生的氣泡，保證漆膜具有良好的外觀。
電泳涂裝設備還包括化驗設備、電泳槽、水洗槽、除油槽和純水機等輔助設備，在此不一一詳細說明。
7.2.3 工藝維護
為確保電泳涂裝正常進行和獲得穩(wěn)定的涂層質(zhì)量，必須嚴格工藝管理。
7.2.3.1 助溶劑含量的測試
助溶劑可改善樹脂的水溶性及漆膜的外觀，同時可以調(diào)節(jié)漆液的粘度，提高漆液的穩(wěn)定性。助溶劑含量必須適宜，含量過高，漆膜過厚，泳透力和破壞電壓下降，再溶現(xiàn)象嚴重；含量過低，槽液的穩(wěn)定性差，漆膜干癟。
由于氣相色譜儀等檢測設備價格較高，中小型廠家均無此配備，故一般都不化驗助溶劑含量，只憑經(jīng)驗加入，助溶劑的含量很難控制在一定的工藝范圍之內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。筆者經(jīng)過大量的試驗總結(jié)出了一種測定助溶劑含量的方法，已應用于生產(chǎn)。
7.2.3.1.1 試樣
20mm×60mm的不銹鋼板3個。
7.2.3.1.2 漆膜的制備
取樣板一個，采用改性環(huán)氧型陰極電泳漆，在槽液溫度為23℃，工件電壓為150V，時間為l.5min下電泳涂膜，由于助溶劑具有揮發(fā)性，故樣板經(jīng)電泳清洗后立即測試。
7.2.3.1.3 分析方法
用右手大拇指與食指稍用力捏電泳漆膜，當有粘感，并且捏后留有手紋，用手擦不掉，此時助溶劑在工藝范圍之內(nèi)；當有手紋，且有拉絲現(xiàn)象并且手指粘有少量漆膜，此時說明助溶劑含量偏高；當無粘感，并且捏后無手紋時，說明溶劑含量過低。
7.2.3.2 極板的刷洗
由于中小型廠家一般都無陽極隔膜裝置，故在陰極電泳過程中，陽極區(qū)不斷地產(chǎn)生有機酸與其它雜質(zhì)的反應產(chǎn)物，沉積在陽極板上，形成黃色的有害物質(zhì)，影響電沉積性能及產(chǎn)品質(zhì)量，應及時把極板刷洗干凈。有些廠家直接用布蘸取硫酸或甲酸等擦洗極板，此法不但危害工人身體健康，而且殘余的酸液易帶人槽液從而影響槽液的穩(wěn)定性。建議采用布蘸取助溶劑刷洗極板，此法不但易于洗凈極板表面的黃色有害物質(zhì)，減少對工人身體的危害，而且不影響槽液的穩(wěn)定性。
7.2.3.3 水洗
水洗主要包括前處理水洗與后處理水洗。
前處理各階段水洗的好壞將對整個前處理及漆膜的質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。除油與酸中和后，水洗要徹底，防止酸、堿殘液帶入電泳槽液中與之發(fā)生反應凝聚成顆粒附著在漆膜表面，影響漆膜的外觀質(zhì)量，建議采用超聲波清洗，前處理的最后3次水洗必須采用去離子水，以防止自來水中的雜質(zhì)離子帶入槽液中，影響槽液的電沉積特性、穩(wěn)定性及漆膜的性能。最后一次去離子水洗的電導率應控制在≤20μs/cm，電泳槽液所用去離子水的電導率應控制在≤5μs/cm，去離子水更換時應采用倒槽的方法。后處理水洗的目的是除去工件在電泳涂漆過程中粘附在沉積漆膜表面的浮漆，以防止電沉積漆膜出現(xiàn)“花臉”、粘附漆液造成電泳漆膜再溶等疵病。為把漆膜表面上的浮漆徹底洗凈，采用正反2次清洗，可在空中停留20～30s，讓浮漆自動脹破。由于水的酸堿度及硬度都會直接影響漆膜質(zhì)量，因此電泳后最后一道水洗必須采用去離子水洗，或在自來水中加入0.5％～3.0%的表面活性劑，對改善電沉積漆膜外觀，增加光潔度，克服“水痕”等均有益。在水洗過程中，不允許互相碰撞，因為此時漆膜很軟且?guī)в姓承?，極易損傷表面。
7.2.3.4 鋅合金壓鑄件電泳涂裝技術(shù)
鋅合金壓鑄使形狀復雜的零件一次成型，具有生產(chǎn)效率高、價格低廉、加工精度高的特點。鋅合金壓鑄件重量輕、有一定的強度及表面光亮度，廣泛應用于日用五金、輕工、家電、機械、電子、汽車工業(yè)和工藝品制造中。但在加工過程中，鋅合金壓鑄件電鍍合格率低，電鍍成本高，從而限制了它的使用。作者根據(jù)生產(chǎn)實踐，對鋅合金壓鑄件經(jīng)適當前處理后直接進行電泳涂裝處理，大大提高了產(chǎn)品合格率，降低了成本，又克服了材料本身的缺陷．已在生產(chǎn)中推廣應用。
7.2.3.4.l 工藝流程
鋅合金壓鑄件→沙滾光→水洗→上掛→自來水清洗（2道）→活化→自來水洗（2道）→純水洗（3道）→電泳→水洗→烘干
7.2.3.4.l.l 沙滾光
采用海沙或河沙滾光，除去毛坯表面毛刺、分模線、飛邊和油污等缺陷。采用六角形清理滾筒，轉(zhuǎn)速控制在20～60r/min，應先裝滿工件，然后再裝入海沙，用自來水沖入，再加入適量的OP乳液及磷酸三鈉，滾光的時間控制在30～50min。
7.2.3.4.1.2活化
活化的目的是除去制件表面所形成的極薄氧化膜，使之顯露出金相組織從而提高基體與涂層的結(jié)合力，筆者經(jīng)過大量的試驗，最后確定了以下配方：
氫氟酸（AR級） 3～5ml/L
濃硫酸（濃度為98%，CP級） 8～10ml/L
t 5～20s
T 室溫
活化液最好采用去離子水配制，活化時間以工件表面有均勻小氣泡冒出，并呈現(xiàn)輕微變色為最佳狀態(tài)，此時應立即出槽，清洗干凈后轉(zhuǎn)入下道工序。
7.2.3.4.2 不良鋅合金壓鑄件電泳漆層退除工藝
濃硫酸（工業(yè)級） 100%
T 室溫
攪拌壓縮空氣攪拌（空氣中應無水）
t 2～10min
注意：入槽前工件表面應干燥無水
實踐表明，在槽液電導率較高時，可選擇低電壓，同時減少電泳時間，降低槽液溫度，防止電泳漆膜既粗又厚，產(chǎn)生針孔，桔皮等不良現(xiàn)象。電導率較低時，可選擇高電壓，延長電泳時間，提高槽液溫度，從而提高電泳漆層的厚度、分散能力和亮度等。
7.2.4 小結(jié)
雖然陰極電泳涂裝在工業(yè)生產(chǎn)中的應用僅有20多年歷史，但是由于它自身的特點，不僅在金屬表面處理的防腐、裝飾方面得到廣泛應用，而且在功能性電泳涂裝及環(huán)境保護方面發(fā)揮著重要作用。隨著中國加入WTO及電泳涂裝工作者的不斷努力，它將會顯出更旺盛的生命力。

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陰極電泳涂裝設備的改進及工藝維護(轉(zhuǎn)載)