2023-03-29
 
如何提升电泳车身锐边部位防腐性能?
2023年03月29日   阅读量:2714

引言


目前通过各个汽车论坛以及市场反馈来看,不管是国际汽车品牌还是国内的自主品牌,均存在各式各样的车身锈蚀问题,尤其在“3.15”曝光的车企批量锈蚀事件,引起了各大汽车品牌对于车身防腐性能的关注,市场不会再像以前出现那种供不应求的现象,已经成为客户选择市场,想要在红海的汽车市场站稳脚跟需要不断地提升汽车的质量,而车身的防腐显得尤为重要,本文重点针对涂装行业的难题一一电泳车身的锐边、沥液孔等部位的防腐性能提升进行阐述。

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1 车辆锈蚀问题以及常用防锈蚀措施


锈蚀问题历来都是引起客户强烈不满的问题之一,也是市场索赔款项的主要来源之一,车身锈蚀不但会引起顾客对外观上的极度不适感,而且会大大降低车身钣金的强度,给顾客行车安全带来极大的安全隐患。通过对市场的数据收集,一个市场保有量为 100万辆的车型,其锈蚀索赔金额至少在 1 500 万元以上,同时对于市场的隐性损失更是惨重涂料在线coatingol.com


常用防锈蚀措施:1)车身整体防腐能力提升:电泳漆型号升级切换;磷化液型号升级切换;冷轧板切换镀锌板;变更电泳槽体工艺参数等。2)车身单品部位防腐能力提升。锈蚀部位涂胶密封;变更锈蚀部位钣金结构:锈蚀部位开孔提升电泳漆膜厚度;锈蚀部位冷轧板切换镀锌板;锈蚀部位增加注蜡等。


2 市场防腐要求


一般车企对于车身防腐的要求是 5 年无锈蚀,10年无锈穿,部分有能力的企业要求的是6年无锈蚀,10年无锈穿。受各车辆使用环境(沿海地区、常年积雪地区等恶劣环境) 的不同,目前没有一个车企的车辆100%能够达到此要求。


3 车身锈蚀介绍及常用分析方法


锈蚀的定义为物质表面因发生化学或电化学反应而受到破坏形成蚀坑的现象,从锈蚀程度上可以分为表层蚀坑类型和锈穿蚀坑类型。


锈蚀故障分析方法:返车身/件→锈蚀部位拆解→锈蚀程度测量→膜厚测量(切片测量)→切片镜像→质点光谱;同时需要结合市场锈蚀的地域分布进行分析,沿海城市锈蚀故障率要显著高于其他地区,东北雾霾城市锈蚀次之,因此锈蚀故障率大致呈现出“冰雪(大量融雪剂)>沿海(盐碱、潮湿)>雾霾(S元素)>其他”的地域分布现象。


4 车身锐边部位防腐性能提升研究


一般来说镀锌板的电泳车身会有两层可以测量的膜厚,一个是镀锌层膜厚(一般在 7 um 左右),另一个就是电泳涂层,下面对这两层物质进行分析阐述。


4.1 金属覆盖膜厚


镀锌板本身会自带7 um 左右的 Zn 层来保护钢板,但是在冲压过程会将原料卷 C 面(图 1)上的耐腐蚀金属膜冲掉形成新的锐边孔型面的C 面,新生成的C 面没有耐腐蚀金属 Zn 膜,无任何防腐能力,具体见图1所示。

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4.2 电泳漆覆盖膜厚


电流和膜厚的关系见图 2 所示,电流越大反应越剧烈,成膜厚度越大,而电流大小 I=nqSv(n:单位体积内的自由电荷数;q:电子电量;S:导体横截面积;v:自由电子定向移动的速率),由公式可以看出,电流的大小与导体横截面积成正比,C 面面积最小,故电流最小。所以结论为锐边冲压孔成型面的电泳膜厚度低是由于电流低造成,也就是涂装行业所说的锐边效应。


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通过以上分析可知,锐边部位既没有金属覆盖膜,电泳膜厚又微乎其微,其防腐能力大大降低,同时基材发生吸氧腐蚀生成氧化物,防腐覆盖层被加速破坏。因为冲压造型工艺无法避免,所以金属覆盖膜为“0”也无法避免,只能针对锐边电泳成膜进行提升


4.3 电泳漆性能评价


通过上面得知电流受横截面积影响,我们是无法改变的,也就是电流、上漆的速度无法改变,但是可以换一种方式去提高C面的电泳时间,从而达到我们的要求。电泳上漆的顺序一般为外板→内板→锐变/内腔等部位,钢板的各面定义见图 3 所示,假设阳极管在 A面的上面,则对应的上漆顺序就是 A 面→B 面→C 面,所以如果想要提升 C 面的上漆效果,则必须让 A 面和B 面尽快地达到平衡点不再上漆,把更多的上漆时间和自由电荷留给 C 面。

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1)试验模型下的参数中心点选择 5 次试验,此模型的试验结果稳定,具体见图 4 所示。

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2)电泳漆组分决定了湿膜电阻范围及极限成膜厚度的动态平衡位置,通过试验验证不同型号的电泳漆的平衡点,平衡点越低越好,只有尽快让 B 面到达平衡,才有更多的电流和时间到达 C 面,C 面的膜厚才就越大,A面、B 面、C 面膜厚越接近我们想要的理想状态。


3)通过对比不同类型电泳漆的平衡点,再综合考虑A面和B 面的厚度是否偏高和 C 面的膜厚是否偏低来确定适合的电泳漆。


5 电泳参数的择优选择


确认完电泳漆后还需要确认此电泳漆的最优施工参数,可通过 DOE 变量搜索法来研究最优施工参数。


1)确定因子:确定因子的作用是决定试验用的每一个变量是否是正确的变量、处于正确的水平。


因子需包含:施工电压、槽液电导率、槽液温度、槽液固体分、槽液灰分等,实施两组试验,第一组采用全部处于最佳水平的因子 (因子设计中心或目标值),第二组采用全部处于临界水平的因子 (设计双边水平);试验共进行 3 次,按照随机的方法进行试验。


2)重要与非重要因子分离:因子分离的目的是将重要变量从非重要变量中分离出来,消除非重要变量及其相关的交互影响,实施一对试验。利用最重要因子A的临界水平,以及所有余下因子的最佳水平进行试验,然后进行镜像试验,利用因子A的最佳水平,以及所有余下的因子的临界水平进行试验,计算高限与低限的判断极限。


3)求交运算:求交运算的目的是验证重要变量是重要的,非重要变量是非重要的,形式可参照图 5。


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主效应 A=(6-4)/2=1;主效应 C=(7-3)/2=2;AC交互影响=(5-5)/2=0,没有交互。


4)析因分析:析因分析的目的是对重要变量及其有关的交互影响的大小和期望水平进行量化。通过变量搜索 DOE 试验可得出以下 2个结论:电泳过程 X特性应控制在什么水平、电泳过程 Y 特性并不重要,对它们的公差范围可以放宽。


5)参数优化:因为涂装不论是过程特性还是产品特性均存在不同程度的交互作用,而解决因子间交互作用最好的工具就是 DOE 里面的响应曲面,采用响应曲面方法的目的就是确定两个或两个以上交互变量的最佳组合水平,以得到最优解,再通过响应优化器得到最佳工艺范围。


6)效果评价:如何评价改进前后的效果,可以通过MINITAB 软件中的双样本t检验对改进前后的试验结果进行对比,如果得出来的 P值≥0.05,则证明改进前后差异显著,改进有效;如果得出来的 P值<0.05,则说明改进前后差异不大,基本没有效果。


6 混槽过程中一般问题的解决


如果涉及到电泳漆型号/厂家的切换,则会涉及到电泳槽体的混槽工艺,一般电泳槽槽液价值都在百万元以上,所以混槽过程尤为重要,混槽过程经常出现各类质量问题,常见问题及解决措施见表 1。


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7 结语

电泳车身锐边部位的防腐一直是涂装行业的一个难题,只有不断改进和优化电泳漆的本身的材料,改进电泳平衡点,让更多的电流和更多的电泳时间为锐边部位上膜服务,这样才能保证锐边防腐能力大幅度提升,同时不同型号的电泳漆在混槽和正常生产时工艺参数都有不同的要求,需要提前试验、提前预防来保证换槽的成功。


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