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车身电泳不能成膜的原因分析

发布日期:2021-02-26 01:59 作者:现金捕鱼 点击:

  慧聪表面处理网讯:张菊香(上海大众汽车有限公司质保实验室,上海201805)

  摘要:车身电泳漆膜质量直接影响汽车的防腐效果和外观。采用化学方法、扫面电镜微观分析和能谱成分分析理化检测方法,对车身冲压件局部电泳不能正常成膜的原因进行了分析,研究表明:产生缺陷的钢板表面含硅氧,阻止了磷化膜的形成,不利于表面涂装,导致电泳无法正常成膜。此次缺陷分析,为汽车厂和冲压件生产厂找到了一种方便快捷的钢板表质量控制方法,从而降低车身电泳缺陷。

  电泳涂层是车身最重要的防腐层,直接影响汽车的寿命和外观。漏底、针孔等涂膜弊病在汽车电泳过程中比较容易出现,产生缺陷的原因主要是由电泳涂装工艺和白车身钢板质量造成的。对电泳涂装工艺引起的涂膜缺陷已有较多研究[1-3],而白车身镀锌钢板质量往往是容易被大家忽视的问题,相关研究也较少。实际上,在汽车生产过程中,电泳涂装工艺一般是比较稳定的,但车身钢板种类众多[4-5],而且很多冲压件来自不同的供应商,供应商采购钢板的途径各异,导致钢板质量不稳定。因此钢板表面质量成为目前产生车身电泳缺陷的重要原因之一。本研究针对汽车冲压件局部电泳不能形成涂膜的情况,结合SEM扫描电镜和EDX能谱成分分析,找到了一种成本低且方便快捷的检验方法,可以有效地控制车身钢板的批量质量,降低汽车车身电泳缺陷,提高整车防腐性能。

  图1中斑点处有明显的凹凸感,可见没有电泳涂料沉积,即电泳涂料没有形成完整的涂膜,斑点间的涂膜结合力也很差,用手指甲轻轻一刮,涂膜全部脱落。经查看,整个汽车车身除了这个冲压件,其他部位和其他冲压件均为没有出现同样的缺陷,因此可以推断涂装工艺没有发生异常。为了找到失效原因和解决措施,需要对该冲压件的钢板进行进一步分析。

  硫酸铜溶液与金属锌接触迅速发生置换反应,生成黑色硫酸锌。如果镀锌层表面存在保护层,且这个保护层难溶于硫酸铜溶液,即可以阻碍置换反应的发生,从而减缓黑色硫酸锌的生成。化学试剂采用5%硫酸铜,首先用无水乙醇擦拭干净钢板,确保钢板表面无油脂等污染物,分别在正常钢板和问题钢板表面滴5%的硫酸铜,在30s、1min和15min静置观察表面变化。

  

  采用扫描电镜SEM观察钢板的微观形貌63,EDX能谱成分分析检测钢板表面成分。分析前用超声波清洗钢板,避免不清洁的钢板表面干扰分析结果。对钢板进行进一步磷化处理,以获得新鲜的磷化膜,采用扫描电镜SEM观察并分析磷化膜的微观形貌和成膜情况。

  图2中(a)、(b)、(c)的左侧为正常钢板,右侧为缺陷钢板,从钢板外观看,2种钢板表面都呈现均匀的银白色,没有明显的区别。在滴硫酸铜溶液后,从图2中可以清晰地看到,正常钢板在30s内迅速变黑,缺陷钢板在1min后才慢慢开始变黑,15min后才完全变黑,因此可以判断缺陷钢板表面的镀锌层表面存在特殊保护层,阻碍和减缓了硫酸铜与锌置换反应的发生。

  在特殊表面保护层,为了进一步验证这种特殊的表面保护层会对电泳成膜产生原因,对钢板表面和磷化膜进行表面微观形貌分析。

  分别对正常钢板和缺陷钢板进行扫描电镜SEM微观形貌分析,钢板表面的SEM形貌放大100倍的照片如图3所示。

  2种钢板的微观形貌存在明显差异,正常钢板表面呈现镀锌钢板典型的微观形貌,可以看到明显的锌花,缺陷钢板表面几乎看不到锌花。缺陷钢板镀锌层表面经过特殊保护层处理后,表面的微观形貌被保护层所覆盖,导致扫描电镜观察不到锌层形貌。

  

  从图3分析可以得出,缺陷钢板镀锌层表面进行了特殊处理,改变了钢板表面的微观形貌,但是这个特殊处理层以及不正常的外观形貌是否可以通过车身涂装的前处理清洁干净,是否会对后续电泳涂装质量造成不良影响,还需要进一步验证。因此,对2种钢板分别在整车正常批量生产的前处理生产线上进行磷化处理,采用扫描电镜对电泳涂装起关键作用的磷化成膜情况进行微观分析。磷化膜表面的SEM微观形貌放大1000倍后的照片如图4所示。

  正常钢板磷化膜表面呈灰色,结晶均匀,完整致密,晶粒尺寸细小,表面形成了微观多孔结构,便于电泳涂料渗入,有利于电泳涂膜的形成以及获得良好的涂膜结合力。缺陷钢板微观表面光滑平整,没有磷化膜形成,几乎没有多孔结构,电泳涂料无法渗入,因此无法正常成膜,即使有少量电泳沉积,涂膜结合力也非常差,这与本文前面缺陷描述中的车身冲压件表面灰色斑点以及涂膜结合力差是一致的。

  通过化学方法和扫描电镜微观形貌分析可以看出,产生电泳涂料无法成膜的主要原因是钢板镀锌层表面存在特殊处理层或保护膜,导致无法形成正常的磷化膜。为了进一步探究缺陷的形成原因,对2种钢板的表面进行EDX能谱成分分析比较。钢板表面EDX能谱成分分析如图5所示。

  与正常钢板的EDX图相比,缺陷钢板表面显示了Si的典型峰值,O的峰值也相对较高,硅氧化合物虽然可以溶于水,但是会在水中会发生水解反应,生成的硅酸或硅树脂不仅不溶于水,而且会以胶束结构在钢板表面附着,阻止了磷化膜的形成,导致电泳不能成膜,也会在后续涂装过程中形成针孔、露底等缺陷。

  车身钢板表面存在含硅氧化合物的保护层,会导致电泳漆无法成膜,从而进一步影响汽车外观和车身防腐性能。车身钢板种类众多,而且市场上钢板用途也各异,在电器和建筑等用钢中,很多钢板不需要后续涂装处理,为了提高钢板的耐腐蚀性能,一般会在钢板表面增加含Si等不利于涂装的保护钢板和加强钢板的批量质量控制是汽车厂商和冲压件厂生产过程中需要注意的问题。本研究中的化学分析方法快速便捷,不需要昂贵的设备和专业的检测人员,控制成本较低,因此建议将其作为厂商批量涂装钢板常规的质量控制方法之一。

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  出版专著“电镀手册”“电镀原理与工艺”“镀锌”“实用镀铬技术”等,在国内外杂志发表论文40余篇。[详细]

  提出并促成中表协清洁生产指导委员会成立,积极开展电镀及表面处理行业清洁生产审核、推广和交流活动。[详细]

  研究方向:涂装材料、涂装工艺、涂装设备、涂装管理。多篇论文在国内技术论坛或研讨会上获奖。[详细]

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