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阴极电泳涂料涂装原理简介一、电泳涂料成膜原理1. 涂料工作原理电泳涂装(electro-coating)是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法电泳涂装的原理发明于是 20 世纪 30 年代末，但开发这一技术并获得工业应用是在 1963 年以后，电泳涂装是近 30 年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法，是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点，迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用电泳涂装属于有机涂装，利用电流沉积漆膜，其工作原理为“异极相吸” 电泳涂装最基本的物理原理为带电荷的涂料粒子与它所带电荷相反的电极相吸采用直流电源，金属工件浸于电泳漆液中通电后，阳离子涂料粒子向阴极工件移动，阴离子涂料粒子向阳极工件移动，继而沉积在工件上，在工件表面形成均匀、连续的涂膜当涂膜达到一定厚度（漆膜电阻大到一定程度） ，工件表面形成绝缘层， “异极相吸”停止，电泳涂装过程结束整个电泳涂装过程可以概括为以下四个步骤：●电解：水的电解●电泳：带电的聚合物分别向阴极或阳极泳动的过程●电沉积：带电的聚合物分别在阴极或阳极沉积的过程●电渗：沉积的电泳涂膜收缩、脱去溶剂和水，形成均匀致密的湿膜电极附近主要的化学反应如下表所示：阳 极 性 电 泳 涂 装 阴 极 性 电 泳 涂 装阴 极 反 应2H2O + 2e- → 2(OH)- + H2阳 极 反 应2H2O → 4H+ + O2 + 4e-当 pH=3 ↓ ---(COO)- [阴 离 子 树 脂 ]COOHM→ Mn+ +e-(金 属 )↓ ---(COO)- [阴 离 子 树 脂 ]---(COO)nM [析 出 ]阳 极 反 应2H2O → 4H+ + O2 + 4e-阴 极 反 应2H2O + 2e- → 2(OH)- + H2pH = 12～ 14 ↓ —NH+ [阳 离 子 树 脂 ]—N [析 出 ]反应过程图如下所示：在电场作用下，涂料粒子向阴极移动（电泳） ，由于受到阴极附近碱扩散层（OH -）的影响，涂料粒子在阴极聚结（电沉积） 。

槽液的流动影响扩散层，流动速率高，扩散层薄，流动速率低，扩散层厚刚沉积的湿膜含有大量水分，由于电流的影响，会发生部分脱水，使湿膜不挥发份达到 80%（电渗） 脱水后湿膜牢牢黏附在底材上，通常的清洗不能洗脱由于边缘电流密度高，电泳过程首先发生在这些区域如下图所示：电泳初期，工件外表面的电流密度比内腔的大的多，随着电泳过程的进行，外表面漆膜逐渐增厚，电阻增大，绝缘程度增加，这部分电流密度逐渐减小，内腔电流密度逐渐增加，电沉积在工件内腔进行由于工件边缘的电场强度较高，电流密度较大，电沉积首先发生在这些部位，随后才进入相邻区域随着电泳进行，膜厚增加，湿膜电阻 RN增加，电流量减少因为电场建立在包含内腔的工件（阴极）与阳极之间，电泳首先在工件外表面开始工件凹陷内腔是在电泳进行到一定时候才开始涂装的，也就是湿膜电阻 RN足够大时电场线才进入进入内腔的孔洞越小，孔洞周围产生的电场线越密集开始，电场线不可能进入工件内腔，内腔不存在电场，这就是法拉第盒孔洞越大，盒子对内腔的屏蔽作用就越弱，电场就由可能在内腔建立，更多电场线将进入内腔进入程度随其他一些因素例如电导升高，库仑效率降低而增加如果孔洞非常小，法拉第盒问题可以通过辅助阳极解决。

2. 电沉积类型● 阳极电沉积（AED）阳极电泳涂装，金属工件为阳极，吸引漆液中带负电荷的涂料粒子，电沉积时，少量的金属离子（阳极氧化）迁移到涂膜表面，对涂膜的性能造成影响阳极电泳涂料主要用于对耐蚀性要求较低的工件，是经济型涂料● 阴极电沉积（CED）阴极电泳涂装，金属工件为阴极，吸引漆液中带正电荷的涂料粒子，由于被涂工件是阴极而非阳极，进入涂膜的金属离子大大减少，从而提高了漆膜性能涂膜优良，具有优异的耐蚀性能二、电泳涂装过程整个电泳涂装过程可分为四个部分：● 前处理● 电泳● 后冲洗● 烘干整个体系流程如下图所示：工件脱脂后，经过表调、磷化，使表面形成一层均匀致密的磷化膜为进入电泳槽作准备进入槽液，在工件和对应电极间通直流电在电场作用下，涂料粒子被吸附到工件上并在表面沉积漆膜达到一定厚度，电泳停止此时把工件从槽中取出，经后冲洗冲洗掉浮漆，最后送入烘箱固化1． 前处理金属工件经脱脂，酸洗除锈（若必要） ，表调，磷化处理为下一步电泳做准备的过程称为前处理为了获得良好的电泳涂膜，清洗和磷化都是非常重要的环节磷化通常采用铁系和锌系磷化液，处理工艺包括喷淋和浸渍主要适用于钢铁底材前处理简单步骤可表示如下（钢铁件为例）：预脱脂→脱脂→水洗→除锈（如有必要）→去离子水洗→表调→磷化→去离子水洗2． 电泳工件经前处理后进入电泳槽液，工件入槽前状态必须保证工件表面无油无锈，磷化膜均匀工件表面温度应在 40℃以下，进入电泳槽前工件应全干或全湿，干湿不匀可导致漆膜产生花纹或斑痕。

电泳槽系统各部件及其作用：● 直流电源（整流器）—提供直流电，使电沉积得以进行● 主循环系统—包括循环泵、喷射管以及过滤器，保证槽液混合均匀，同时去除槽液中颗粒污染物及杂质● 超滤系统—控制槽液电导率，提供后清洗工件的超滤液，并回收浮漆● 热交换器—控制槽液温度电泳槽相关系统的控制：3. 后冲洗工件从超滤液出来后，利用超滤液冲洗掉黏附在漆膜表面的浮漆，浮漆可以回收到槽液中，使漆液利用率提高，同时保证了漆膜光滑、美观通过循环系统，清洗液也回收到槽液中，从而使涂装效率达到 95%以上采用封闭式循环清洗，可以有效去除和回收浮漆，使漆液利用率最大通过超滤得到的超滤液（含有去离子水、溶剂等低分子量物质）是构成清洗液的最重要的组成部分清洗区包括一系列单独的喷淋清洗间或浸渍清洗间前几道采用超滤液清洗，最后一道采用新鲜去离子水清洗每道清洗之间都有足够的排液时间经过最后一道冲洗后，可回收几乎所有的被洗出物大部分电泳涂装线在工件进入烘房前，利用自动空气吹干机除去漆膜表面的水分，防止水迹产生4. 烘干固化清洗吹干后，工件进入烘房，漆膜通过交联固化达到最佳性能不同的电泳涂料所用的烘烤温度不同，在指定工艺温度下，通常至少需要 20min 的烘烤时间。

大部分烘房设有不同的温度区这种设计有利于工件通过不同温度区，逐步去除挥发性物质，防止溶剂斑和水迹产生，使漆膜达到最佳流平，得到外观优良的漆膜四、CED 设备电泳过程可简单表示如下图：1. 前处理设备在 CED 主槽之前为前处理区好的前处理质量是获得具有优良耐蚀性和附着力漆膜的基础通常，前处理包括脱脂、清洗、磷化三部分：脱脂：主要目的是为了除去工件表面的矿物油、润滑油及冲压拉延油以及附着在金属表面的金属屑、灰尘、焊渣、它们是磷化和电泳潜在的尘埃源，可能引起涂膜外观的颗粒；注意脱脂后的清洗效果如脱脂不充分，一方面易产生黄锈，导致磷化不均匀；另一方面使磷化结晶变粗，涂膜外观变差，耐蚀性能下降一般在无锈的情况下，可省去除锈工艺，有锈则用除锈剂去除除锈后清洗干净，特别是夹缝、点焊缝等处易残留除锈剂（一般为无机酸） 表调剂由金属钛盐组成，它能沉积在工作上形成磷化膜的结晶中心表面调整和表调效果的好坏，直接影响磷化膜的状态以及磷化膜的结晶大小 磷化：磷化方式：浸渍型和喷淋型磷化膜特征：· 外观：均匀、致密的灰色膜，无条纹、花纹式杂色斑痕· 电泳失重： ≤8%· 结晶大小：5~10mm · 膜厚：2~5m m· P 比：≥85％（喷淋型膜 P 比略低） 去离子水洗：清洗用循环去离子水，水质电导率≤100m s/cm 新鲜去离子水洗的水质≤25ms/cm（最好 10ms/cm 以下）最后一道去离子水洗后的滴水电导率应 ≤30ms/cm 滴水取样法：离开最后一道水洗区后至下一道工序（风干或电源）间滴落的水，以判断工件的水洗状态。

磷化膜表面的磷化沉渣应尽可能地洗掉2. 电泳槽CED 电泳涂装线包括漆液循环系统、阳极系统、超滤系统、清洗系统、加料系统以及直流电源等六大部分组成● 漆液循环系统● 阳极系统阳极系统由阳极槽、泵、阳极箱、极板、渗析膜、阳极液等组成生产过程中主要针对阳极液的变化进行监控阳极液规格：pH 值:2~5（25℃）电导率：300-500ms/cm（25℃）外观：淡黄色透明液体阳极液变化及调整：阳极液电导率太低： 可能去离子水加多了，将引起膜不足，可用添加剂进行调整；电导率太高： 将导致漆膜过厚，施工电压下降，可排放部分阳极液及补加去离子水进行调节；阳极液混浊： 由阳极罩渗或阳极膜破裂导致，应进行检查，关闭阳极罩，断电进行修理；阳极液不流动： 可能由于泵坏或管道及阀门堵塞引起，应对系统进行净化；阳极液“长毛”： 由菌类形成，应用化学药品如 H2O2等进行杀毒和清洗● 超滤系统电泳漆超滤装置，系加压使电泳液通过由特殊材料制成的膜管，将漆中的树脂与水、溶剂以及溶解的金属杂质分离的过滤装置超滤过程是连续相（水 + 溶液 + 包括染盐的溶解杂质）与分散相（树脂和色素）分离的过程，也可说是水相与机相的分离过程。

水相因透过超滤膜故称“渗透液”渗透液含有一些溶剂、所有的水溶性离子杂质和一些低分子量的树脂超滤膜管内有很多支薄膜材料制成的小管当电泳漆通过的这些小管时，部分水相透过这些小管，流出超滤机外，树脂和大部分流出滤管返回电泳漆槽 用于电泳漆超滤机有四个功能： 1. 迅速降低电导率 2. 除去电泳漆工作液的杂质 3. 加速新溶液熟化和控制工作液中的溶剂含量 4. 电泳漆的回收利用 除杂是超滤机最有用，最主要的功能，因为大多污染物是以可溶性盐形成带入工作液的它们危害工作液：大多数阴离子（尤其是氢氧化物和铬酸盐）易与漆形成沉淀物：阴离子会降低漆在工件表面的沉积速率并使漆外观变差超滤机能有效除去这些污染物，起净化作用电泳液不宜过量超滤否则会损失电泳漆的主份和降低溶剂含量以及改变电泳漆的酸度只有新配电泳漆时，才过量超滤，以除去过量溶剂和小分子合成物● 清洗系统1.槽上冲洗 除去电泳漆膜表面附着的浮漆，保证涂膜外观 工件（车身）露出电泳槽后要在 1min 内进行清洗2.人工辅助冲洗（包括喷淋和浸渍冲洗）3.清洁的去离子水清洗● 加料系统为保证漆液中的固体份维持在正常范围，随着生产的进行，必须不断补入色浆和乳液。

配漆系统亦称混漆系统，是由带搅拌器的混漆罐、高压供漆泵、供溶剂和供酸装置、漆液输送泵、过滤器、管路等组成● 直流电源整流器电压在 0~400v 之间连续可调；适用电压的 1.5 倍能力；电压脉冲幅度≤5％，最大不超过 10％每 m2 涂装面积的电流强度≤15A，最大 20A电泳涂装时，可通过调节施工电压大小来控制漆膜厚度，达到一定厚度，工件表面形成绝缘层，电泳随之停止2. 烘烤固化设备被涂工件先在 100℃下预烘烤约 10min ，再加热到 150-180℃（工件）下保持 25-30分钟固化时，封闭的异氰酸酯解封发生交联，漆膜由于封闭剂损失会发生部分收缩烘烤效果：用 MIBK（甲基异丁基酮）擦试，往复十次，擦布上应不染色，被擦的漆面不模糊失光，说明固化已充分六、阴极电泳涂料可能出现的问题及解决方案HED 系列阴极电泳涂料在施工过程中，尽管在规定的工艺参数下实施监控和管理，但由于各种相关条件的影响，仍存在出现问题的可能性为了方便用户的使用，我们特把易发生的问题，产生的原因及解决方法列表如下：现象 可能的原因 对策固体份降低 补充原漆，提高固体份施工电压低 升高施工电压槽液温度偏低 升高槽液温度溶剂含量降低 添加专用的补给溶剂槽液电导率降低 减少超滤液的损失膜 厚 不 足阳极接触不好或极板腐蚀损失 接好或更新阳极板凹坑 颜料分过低 适当补加色浆组分。