电泳涂装在不同材质上的应用状况

胡飞燕

（江门职业技术学院，广东 江门 529090）

电泳涂装在不同材质上的应用状况

胡飞燕

（江门职业技术学院，广东 江门 529090）

综述了电泳涂装在钢板、铝材、镁合金及一些热敏性材料(如塑料)上应用的状况，论述了基料的前处理与电泳涂装的配套性，并介绍了相应的电泳涂装工艺参数。

电泳涂装；钢；铝；镁合金；热敏性材料

Author’s address:Jiangmen Polytechnic, Jiangmen 529090, China

1 前言

电泳涂料及涂装技术的研究起源于20世纪50年代。美国福特汽车公司于1958年成功开发阳极电泳涂装法，并获得工业应用[1]。基于阳极电泳涂装过程中产生阳极溶解，阳极电泳涂膜的耐腐蚀性产生的“盐害”和提高汽车车身使用寿命的要求，20世纪70年代又开发成功耐腐蚀性好、泳透力较高的阴极电泳涂料，并于1977年在世界上第一条汽车车身涂装线上投产[2]。电泳涂装技术是一种先进、高品质、低污染和高效益的涂装技术，除了可以对传统的钢材表面进行处理外，铝材、镁合金甚至一些热敏性材料(如带塑料或橡胶的金属零部件、锌、铝压铸材料和塑料电镀产品等)都可以用电泳涂装进行表面处理。

2 电泳涂装在不同材料上的应用

2. 1 电泳涂装在钢板上的应用

电泳涂装作为钢板的表面处理方法主要用于汽车车身的打底。目前，全世界大量流水线生产的汽车车身几乎100%都采用阴极电泳涂装打底[1]。汽车用钢板的种类主要有：热轧钢板、冷轧钢板、涂镀层钢板(电镀锌及其合金板、热浸镀锌及其合金板、高锌有机涂层板和复合有机涂层板)、复合减震钢板[3]等。随着对汽车耐蚀性、装饰性、舒适性要求的不断提高，各国广泛使用涂镀层钢板和高强度钢板[4-6]。

在钢板前处理与电泳的配套性方面，李春平等人[7]研究了热轧钢板表面粗糙度对阴极电泳涂层耐腐蚀性的影响。研究指出，随着热轧钢板表面粗糙度的增大，涂层耐腐蚀性能降低。杨超英等人[8]对具有代表性的4种合金化镀锌钢板进行了磷化、电泳的配套性试验，并对磷化试板、电泳涂装试板进行了力学性能、耐腐蚀性能的对比试验分析。从综合性能来看，日本汽车外板用的合金化镀锌钢板比国产汽车外板用的合金化镀锌钢板的涂漆性能要好；而在内板用的合金化镀锌钢板方面，两者涂漆性能相当。黄大勇等人[9]通过SEM和EPMA观察了国产某热镀锌钢板在电泳涂装前、后的表面状态，对其与某进口热镀锌钢板在粗糙度方面的差别进行了比较，指出国产热镀锌钢板需要进一步提高质量，以满足涂装前处理和电泳的要求。

在电泳涂装方面，蒋其林[10]介绍了汽车车身电泳涂装工艺流程：手工预清理─(60 ± 5) °C洪流冲洗─(60 ± 5) °C预脱脂─(60 ± 5) °C脱脂─水洗2次─表调─(43 ± 2) °C磷化─水洗2次─去离子水洗─沥干─(28 ± 1) °C阴极电泳─超滤洗2次─去离子水洗─沥干─电泳烘干─强冷─电泳后存放。晏斌[11]报道了厦门金旅公司在国内首开大型客车整车阴极电泳工艺的先河，并对电泳涂装存在的难点和解决方法以及在生产中应注意的问题进行了介绍。宋华等人[12]将高泳透力电泳涂料应用到青汽厂驾驶室涂装线上，通过试验确定了防腐蚀性能最薄弱的驾驶室内腔的最佳膜厚。该膜厚达到了汽车车身电泳涂装膜厚基准值10 μm，提高了整车的耐腐蚀性能，而且提高了涂装线的生产效率，降低了汽车生产成本。邹艳芳等人[13]介绍了底面合一的阴极电泳工艺主要工序，即前处理─电泳─水洗─预热干燥─焊缝补漆─固化干燥，并以摩托车车架为例提出了影响底面合一阴极电泳外观质量的关键工艺点及工艺设计要求。

2. 2 电泳涂装在铝材上的应用

铝的密度约为钢的 1/3，而比强度(强度极限与密度的比值)则可达到或超过钢，铝和铝合金易于加工成各种形状，能适应各种连接工艺而广泛用于工业和民用建筑业。汽车轻量化的需求使得铝合金的发展面临一个更广阔的空间。东风越野公司开发生产的高性能军用越野车，其车身就含部分的铝合金板材件、铝合金型材件及铸锻件，约占车身材质的30%[14]。

在建筑型材铝合金方面，日本于20世纪60年代就开始使用电泳涂装工艺作为其主要的表面处理方法[15]。目前，我国铝合金建筑型材主要使用的表面处理方法为阳极氧化膜加阳极电泳涂装(通常为丙烯酸树脂)[16]。涂装方式分以下2种[17]：阳极氧化+电泳涂装(清漆)，阳极氧化+电解着色+电泳涂装(清漆)。据报道[18]，我国生产的阳极氧化电泳涂漆铝型材的质量基本上能与国外的同类先进产品相比媲，达到国际先进水平。柯跃虎[19]自行开发合成了铝型材丙烯酸阳极电泳涂料，探讨了漆液固体含量、电泳电压、电泳时间、漆液pH、助溶剂等电泳涂装因素对涂膜外观和厚度的影响。当电泳工艺参数控制在如下范围时，获得的涂膜厚度与外观较好：漆液固体含量为8% ～ 12%，电泳电压为90 ～ 150 V，电泳时间为90 ～ 120 s，漆液pH为7.8 ～ 8.2。

在工业铝合金方面，华树芳[20]介绍了镀镍铝轮毂风叶片彩色电泳涂装的工艺配方和工艺流程、不合格漆膜的退除方法以及彩色电泳涂装的优点，对影响电泳涂装质量的因素进行了研究，并探讨了电泳槽液的维护方法。孙淑萍等人[21]通过试验研究了电压、温度、时间等因素对涂膜厚度及膜层外观的影响，确定了铝合金的环氧树脂阴极电泳涂装的最佳工艺条件：固体分17% ～ 19%，pH 6.0 ～ 6.4，温度28 ～ 32 °C，电压75 ～85 V，时间120 ～ 150 s。之后，孙淑萍等人[22]又对铝合金彩色阴极电泳漆涂装工艺进行了研究，通过试验确定了铝合金彩色阴极电泳着色和电泳染色的最佳工艺条件。

2. 3 电泳涂装在镁合金材料上的应用

镁合金由于具有优异的物理和力学性能，已被作为结构材料广泛应用于汽车制造、计算机、航天航空、通讯、家用电器等领域[23-24]。但镁合金耐蚀性能较差，极大的限制了它的应用[25-26]。对镁合金表面进行处理是解决这个问题的主要途径。

早在1999年M. M. Avedesion[27]就报道，以电泳涂装工艺为基础的阴极电沉积环氧底漆用于镁件十分有效。在国外，该工艺已广泛用于汽车及计算机工业的镁压铸件。

高福麒等人[28]研制开发的镁合金表面合金化预处理–电泳涂装工艺分为3个阶段：合金化前处理、合金化和电泳涂装。其工艺流程如下：除油─水洗─除锈─水洗─弱腐蚀─通电活化─合金化─水洗─电泳─烘烤─成品。所得涂膜具有优良的防腐装饰性能。

连建设等人[29]对镁合金磷化膜与电泳涂层的匹配性和涂层的性能进行了研究。试验采用压铸 AZ91D镁合金和 HED-2000阴极电泳涂料，工艺条件为：电导率(1 200 ± 300) μS/cm，施工电压150 ～ 250 V，施工时间90 ～ 180 s，槽液温度(28 ± 2) °C，烘烤条件180 °C/ 30 min或 120 °C/50 min。试验表明，以含 1.5 g/L Ce(NO3)3的磷化液制备的磷化膜，阴极电泳获得35 μm厚的涂层，即可耐1 000 h盐雾试验，满足耐蚀性要求，且电泳涂层具有良好的附着性能。

类衍明等人[30]针对AZ31B镁合金，将镁合金磷化技术与电泳涂装相结合，采用自制黑色聚丁二烯阴极电泳涂料研发出了环保、无毒，适合于自动化生产，复合涂层涂装性能好，物理机械性能优异，耐蚀性好，对异型器件具有较好涂装效果的电泳涂装工艺，其流程为：试样制备─打磨─脱脂─水洗─除锈─水洗─表调─磷化─阴极电泳─烘烤。

何毅等人[31]采用 PN310灰色无铅阴极电泳涂料，以微弧氧化–电泳涂装复合工艺作为MB8挤压镁合金的表面处理工艺。结果表明，复合工艺提高了镁合金的耐蚀性，制得的试样经过60 d的盐水浸泡试验后表面完好，没有出现任何缺陷。

2. 4 电泳涂装在热敏性材料上的应用

带塑料或橡胶的金属零部件，锌、铝压铸材料，塑料电镀产品以及其他热敏性材料，高温热固化涂料无法达到其表面处理的要求。解决的方法之一就是研发低温固化工艺[32]。紫外光(UV)固化技术固化温度低、装置紧凑、可流水线生产、加工速度快、劳动生产率高，有利于降低生产成本[33]。

UV固化阴极电泳涂料[34]集阴极电泳和 UV固化树脂的特点于一身，既能满足产品进行电泳涂装的加工要求，又能解决涂装材料受涂膜固化温度影响的问题。目前，国内外研究的紫外光固化阴极电泳涂料基体树脂主要有丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂等[35]。

UV固化阴极电泳涂料易出现的最大问题是涂膜中过高的水分会严重影响固化效果和涂膜外观，因此，在涂膜UV固化之前，需增加一个闪蒸过程[36]，以减少湿膜的水含量，从而提高固化效率和涂膜性能。UV固化电泳涂料涂装的基本过程如下[37]：UV固化电泳涂料─电泳涂装─闪蒸─光聚合反应─固化。

刘仁等[38]研究发现，在固含量为10%的UV阴极电泳涂料工作液中，当电泳电压为80 V、电泳时间为90 s时，得到膜厚18 μm且外观及性能良好的漆膜。

Y. B. Kim等人[39]在电泳平行对比实验中发现，添加季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)聚结剂后，电泳沉积速率比没加入时高。研究证实，在阴极电泳涂料基体树脂中加入一定量的聚结剂，能有效提高沉积漆膜的电导率，增强泳透率。

安丰磊等[40]在研究电泳涂装工艺中发现，当电泳电压为80 V、电泳时间为100 s时，可得到膜厚20 μm、光滑平整的漆膜。

3 结语

电泳涂装在耐蚀性、漆膜附着力、泳透力、涂料利用率及环保方面具有静电喷涂无法比拟的优点，因此，采用电泳涂装技术已成为目前金属表面处理不可缺少的方法之一。随着人们对环保问题的日益关注，世界各国相继制定了一系列的环保法规、法律和准则。电泳涂料作为环境友好型水性涂料中的一种，同样面临着进一步降低成本、无重金属、低挥发性有机化合物(VOC)、低固化温度和需向高性能化方向发展的问题[41-42]。随着新型电泳涂料[43]如厚膜阴极电泳涂料、低温固化阴极电泳涂料、尖端防锈型阴极电泳涂料和紫外光固化阴极电泳涂料等的相继出现，电泳涂装技术在各行各业中的应用和发展日新月异，并以其高质量、高效率、无污染、低消耗等优势向着环保、节能、低成本及高性能化的方向发展。

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Application status of electrophoretic painting on different materials //

HU Fei-yan

The application status of electrophoretic painting on steel plate, aluminum profile, magnesium alloy and some heat-sensitive materials were summarized. The matching of substrate materials and electrophoretic coatings was discussed, and the corresponding electrophoretic painting process parameters were introduced.

electrophoretic painting; steel; aluminum; magnesium alloy; heat-sensitive material

TQ639.2

A

1004 – 227X (2011) 11 – 0072 – 04

2011–06–16

2011–06–28

胡飞燕（1982–），女，湖北荆州人，硕士研究生，讲师，主要从事涂料教学与研究。

作者联系方式：(E-mail) feiyanhu@126.com。

[ 编辑：韦凤仙 ]