鋁型材電泳涂裝設(shè)備工作原理及涂裝技巧

鋁型材電泳涂裝(electro-coating)是利用外加電場使懸浮于電泳液中的顏料和樹脂等微粒定向遷移并沉積于電極之一的基底表面的涂裝方法。電泳涂裝的原理發(fā)明于是20世紀(jì)30年代末，但開發(fā)這一技術(shù)并獲得工業(yè)應(yīng)用是在1963年以后，電泳涂裝是近30年來發(fā)展起來的一種特殊涂膜形成方法，是對水性涂料較有有實際意義的施工工藝。具有水溶性、無毒、易于自動化控制等特點，迅速在汽車、建材、五金、家電等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

　　電泳涂裝是把工件和對應(yīng)的電極放入水溶性涂料中，接上電源后，依靠電場所產(chǎn)生的物理化學(xué)作用，使涂料中的樹脂、顏填料在以被涂物為電極的表面上均勻析出沉積形成不溶于水的漆膜的一種涂裝方法。電泳涂裝是一個極為復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程，其中至少包括電泳、電沉積、電滲、電解四個過程。電泳涂裝按沉積性能可分為陽極電泳(工件是陽極，涂料是陰離子型)和陰極電泳(工件是陰極，涂料是陽離子型);按電源可分為直流電泳和交流電泳;按工藝方法又有定電壓和定電流法。目前在工業(yè)上較為廣泛采用的是直流電源定電壓法的陽極電泳。

　　1-經(jīng)表面處理后的工件;

　　2-電源;

　　3-工件;

　　4-噴水沖洗;

　　5-槽液過濾;

　　6-沉積槽;

　　7-循環(huán)泵

　　電泳涂裝與其他涂裝方法相比較，具有下述特點：

　　(1)采用水溶性涂料，以水為溶解介質(zhì)，節(jié)省了大量有機(jī)溶劑，大大降低了大氣污染和環(huán)境危害，安全衛(wèi)生，同時避免了火災(zāi)的隱患;

　　(2)涂裝效率高，涂料損失小，涂料的利用率可達(dá)90%～95%;

　　(3)涂膜厚度均勻，附著力強(qiáng)，涂裝質(zhì)量好，工件各個部位如內(nèi)層、凹陷、焊縫等處都能獲得均勻、平滑的漆膜，解決了其他涂裝方法對復(fù)雜形狀工件的涂裝難題;

　　(4)生產(chǎn)效率高，施工可實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，大大提高勞動效率;

　　(5)設(shè)備復(fù)雜，投資費用高，耗電量大，其烘干固化要求的溫度較高，涂料、涂裝的管理復(fù)雜，施工條件嚴(yán)格，并需進(jìn)行廢水處理;

　　(6)只能采用水溶性涂料，在涂裝過程中不能改變顏色，涂料貯存過久穩(wěn)定性不易控制。

　　一、電泳涂裝的設(shè)備

　　電泳涂裝的設(shè)備是由電泳槽、攪拌裝置、涂料過濾裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、涂料管理裝置、直流電源裝置、電泳涂裝后的水洗裝置、超濾裝置、烘烤裝置、備用罐等組成。

　　電泳槽槽體的大小及形狀需根據(jù)工件大小、形狀和施工工藝確定。在保證一定的極間距離條件下，應(yīng)盡可能設(shè)計小些。槽內(nèi)裝有過濾裝置及溫度調(diào)節(jié)裝置，以保證漆液一定的溫度和除去循環(huán)漆液中的雜質(zhì)和氣泡。攪拌裝置可使工作漆液保持均勻一致，多采用循環(huán)泵，漆液的循環(huán)一般每小時4～6次，當(dāng)循環(huán)泵開動時，槽內(nèi)漆液液面應(yīng)均勻翻動。涂料管理裝置的作用在于補(bǔ)充調(diào)整涂料成分，控制槽液的PH值，用隔膜電極除去中和劑和用超濾裝置排除低分子量成分等。電泳電源的選擇，一般采用直流電源。整流設(shè)備可采用硅整流器或可控硅。電流的大小與涂料的性質(zhì)、溫度、工作面積、通電方式等有關(guān)，一般為30～50A/m2。水洗裝置用于電泳涂裝前后工件的沖洗，一般用去離子水，但需加壓設(shè)備，常用的是一種帶螺旋體的淋洗噴嘴。烘烤裝置用來促進(jìn)電泳涂料的干燥成膜，可采用電阻爐、感應(yīng)電熱爐和紅外線烘烤設(shè)備。烘房設(shè)計要有預(yù)熱、加熱和后熱三段，應(yīng)根據(jù)涂料的品種和工件的情況制訂。

　　二、影響電泳涂裝的主要工藝參數(shù)

　　1、電壓

　　電泳涂裝采用的是定電壓法，設(shè)備相對簡單，易于控制。電壓對漆膜的影響很大;電壓越高，電泳漆膜越厚，對于難以涂裝的部位可相應(yīng)提高涂裝能力，縮短施工時間。但電壓過高，會引起漆膜表面粗糙，烘干后易產(chǎn)生“橘皮”現(xiàn)象。電壓過低，電解反應(yīng)慢，漆膜薄而均勻，泳透力差。電壓的選擇由涂料種類和施工要求等確定。一般情況下，電壓與涂料的固體分及漆溫成反比，與兩極間距成正比。鋼鐵表面為40～70V，鋁和鋁合金表面可采用60～100V，鍍鋅件采用70～85V。

　　2、電泳時間

　　漆膜厚度隨著電泳時間的延長而增加，但當(dāng)漆膜達(dá)到一定厚度時，繼續(xù)延長時間，也不能增加厚度，反而會加劇副反應(yīng);反之，電泳時間過短，涂層過薄。電泳時間應(yīng)根據(jù)所用的電壓，在保證涂層質(zhì)量的條件下，越短越好。一般工件電泳時間為1至3分鐘，大型工件為3至4分鐘。如果被涂物件表面幾何形狀復(fù)雜，可適當(dāng)提高電壓和延長時間。

　　3、涂料溫度

　　涂料溫度高，成膜速率快，但漆膜外觀粗糙，還會引起涂料變質(zhì);溫度低，電沉積量少，成膜慢，涂膜薄而致密。施工過程中，由于電沉積時部分電能轉(zhuǎn)化成熱能，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量，將導(dǎo)致涂料溫度上升。一般漆液溫度控制在某些方面15～30℃。

　　4、涂料的固體分和顏基比

　　市售的電泳涂料的固體分一般為50%左右，施工時，需用蒸餾水將涂料固體分控制在10%～15%。固體含量太低，漆膜的遮蓋力不好，顏料易沉淀，涂料的穩(wěn)定性差。固體分過高，粘度提高，會造成漆膜粗糙疏松，附著力差。一般顏基比為1比2左右，高光澤電泳涂料的顏基比可控制在1比4。由于實際操作中，涂料的顏料量會逐漸下降，必須隨時添加顏料分高的涂料來調(diào)節(jié)。

　　5、涂料的PH值

　　電泳涂料的PH值直接影響槽液的穩(wěn)定性。PH值過高，新沉積的涂膜會再溶解，漆膜變薄，電泳后沖洗會脫膜。PH值過低，工件表面光澤不一致，漆液的穩(wěn)定性不好，已溶解的樹脂會析出，漆膜表面粗糙，附著力降低。一般要求施工過程中，PH值控制在7.5～8.5之間。在施工工程中，由于連續(xù)進(jìn)行電泳，陽離子的銨化合物在涂料中積蓄，導(dǎo)致PH值的上升�？刹捎醚a(bǔ)加低PH值的原液，更換陰極罩蒸餾水，用離子交換樹脂除去銨離子，采用陽極罩等方法降低PH值。若PH值過低時，可加入乙醇銨來調(diào)節(jié)。

　　6、涂料電阻

　　被涂物件從前一道工序帶入電泳槽的雜質(zhì)離子等引起涂料電阻值的下降，從而導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)粗糙不均和針孔等弊病。在涂裝施工中，需對涂料進(jìn)行凈化處理。為了得到高質(zhì)量涂膜，可采用陰極罩設(shè)備，以除去銨及鈣、鎂等雜質(zhì)正離子。

　　7、工件與陰極間距離

　　距離近，沉積效率高。但距離過近，會使漆膜太厚而產(chǎn)生流掛、橘皮等弊病。一般距離不低于20cm。對大型而形狀復(fù)雜的工件，當(dāng)出現(xiàn)外部已沉積很厚涂膜，而內(nèi)部涂膜仍較薄時，應(yīng)在距離陰極較遠(yuǎn)的部位，增加輔助陰極。

　　三、電泳涂裝的方法及技巧

　　(1)一般金屬表面的電泳涂裝，其工藝流程為：

　　預(yù)清理→上線→除油→水洗→除銹→水洗→中和→水洗→磷化→水洗→鈍化→電泳涂裝→槽上清洗→超濾水洗→烘干→下線。

　　(2)被涂物的底材及前處理對電泳涂膜有極大影響。鑄件一般采用噴砂或噴丸進(jìn)行除銹，用棉紗清除工件表面的浮塵，用80#～120#砂紙清除表面殘留的鋼丸等雜物。鋼鐵表面采用除油和除銹處理，對表面要求過高時，進(jìn)行磷化和鈍化表面處理。黑色金屬工件在陽極電泳前必須進(jìn)行磷化處理，否則漆膜的耐腐蝕性能較差。磷化處理時，一般選用鋅鹽磷化膜，厚度約1～2μm，要求磷化膜結(jié)晶細(xì)而均勻。

　　(3)在過濾系統(tǒng)中，一般采用一級過濾，過濾器為網(wǎng)袋式結(jié)構(gòu)，孔徑為25～75μm。電泳涂料通過立式泵輸送到過濾器進(jìn)行過濾。從綜合更換周期和漆膜質(zhì)量等因素考慮，孔徑50μm的過濾袋較佳，它不但能滿足漆膜的質(zhì)量要求，而且解決了過濾袋的堵塞問題。

　　(4)電泳涂裝的循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)量的大小，直接影響著槽液的穩(wěn)定性和漆膜的質(zhì)量。加大循環(huán)量，槽液的沉淀和氣泡減少;但槽液老化加快，能源消耗增加，槽液的穩(wěn)定性變差。將槽液的循環(huán)次數(shù)控制6～8次/h較為理想，不但保證漆膜質(zhì)量，而且確保槽液的穩(wěn)定運行。

　　(5)隨著生產(chǎn)時間的延長，陽極隔膜的阻抗會增加，有效的工作電壓下降。因此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)電壓的損失情況，逐步調(diào)高電源的工作電壓，以補(bǔ)償陽極隔膜的電壓降。

　　(6)超濾系統(tǒng)控制工件帶入的雜質(zhì)離子的濃度，保證涂裝質(zhì)量。在此系統(tǒng)的運行中應(yīng)注意，系統(tǒng)一經(jīng)運行后應(yīng)連續(xù)運行，嚴(yán)禁間斷運行，以防超濾膜干枯。干枯后的樹脂和顏料附著在超濾膜上，無法徹底清洗，將嚴(yán)重影響超濾膜的透水率和使用壽命。超濾膜的出水率隨運行時間而呈下降趨勢，連續(xù)工作30～40天應(yīng)清洗一次，以保證超濾浸洗和沖洗所需的超濾水。

　　(7)電泳涂裝法適用于大量流水線的生產(chǎn)工藝。電泳槽液的更新周期應(yīng)在3個月以內(nèi)。以一個年產(chǎn)30萬份鋼圈的電泳生產(chǎn)線為例，對槽液的科學(xué)管理極為重要，對槽液的各種參數(shù)定期進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對槽液進(jìn)行調(diào)整和更換。一般按如下頻率測量槽液的參數(shù)：

　　電泳液、超濾液及超濾清洗液、陰(陽)極液、循環(huán)洗液、去離子清洗液的PH值、固體含量和電導(dǎo)率 每天一次;顏基比、有機(jī)溶劑含量、試驗室小槽試驗 每周2次。

　　(8)對漆膜質(zhì)量的管理，應(yīng)經(jīng)常檢查涂膜的均一性和膜厚，外觀不應(yīng)有針孔、流掛、橘皮、皺紋等現(xiàn)象，定期檢查涂膜的附著力、耐腐蝕性能等物理化學(xué)指標(biāo)。檢驗周期按生產(chǎn)廠家的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，一般每個批次都需檢測。