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轿车阴极电泳中的阳极系统


汽车工艺与材料 ? 涂装技术 ?
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轿车阴极电泳中的阳极系统
刘柏山
( 神龙汽车有限公司 技术中心, 湖北 武汉 !&

quot;##$% ) 摘要: 介绍了轿车阴极电泳中阳极系统的组成部分, 及其设计选型的原则、 方法。分析了阳极管的选材、 构造、 性能及 其维护保养技术, 阐述了常见典型问题的解决措施。 关键词: 阴极电泳;阳极系统 中图分类号: +,%" 文献标识码: -

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阴极电泳是轿车车身制造普遍采用的涂装工 艺, 是提高车身使用寿命( 耐腐蚀性) 的主要手段。 在 阴极电泳中, 所采用的电泳涂料是阳离子型( 带正电 荷) 的树脂和颜料浆, 被涂物( 车身) 作为阴极。 在阴极上的最初反应是水电解形成氢气和氢氧 根离子( , 这一 反 应 致 使 在 阴 极 表 面 产 生 高 碱 ./ )


121 阳极液系统 12121 阳极隔膜系统
阳极隔膜系统是将阳极封闭在可冲洗的阳极罩 上, 极罩由不导电材料制成, 敞开面( 板式电极罩朝 向被涂物的一面, 管式电极四周都可算敞开面) 装有 离子选择性隔膜。阳极有板式、 管式和弧形等形式, 其中管式阳极目前应用最为普遍。

性界面层, 使带正电荷的粒子在阴极上凝集, 阳离子 ( 树脂和颜料) 与氢氧根离子反应变成不溶性时就产 生涂膜的沉积。

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管式阳极

单元由阳极罩( 含离子交换膜) 和阳极两部分构


/*.0*1 *./ 0/*! 0 水溶性) 2’3/ 0( 0./’ 出及涂膜沉积) 0/*. / 04/"4.. 或 /4.. /4../
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成, 是过去板式阳极的替代产品。其结构紧凑, 膜电 水不溶性析 2’3 ( 阻小, 耗电量低, 泳透力高, 单位膜面积大, 使用寿命 长, 检修和管理方便。 由于其体积小、 质量轻, 可安装 于电泳槽的侧面、 底部或上部, 以满足不同涂装工艺 的要求。阳极电极材料一般采用 "&% 7 不锈钢8 厚度 最好不小于 "6* 99。在正常情况下, 阳极缓慢溶解 8 其寿命取决于通过电泳槽的生产率。 不锈钢阳极依靠钝化状态工作,但是不锈钢的 活化溶解和钝化膜的形成受脉冲电流影响很大, 实 际生产中很难控制。 阳极的概率寿命可达到若干年, 为延长阳极的使用寿命, 可选用氧化钌或 +: 基氧化 物的电极。 试验表明, 涂覆有氧化钌成分的阳极寿命是不锈 钢阳极的数倍, 但初期投资也比不锈钢要多。由于氯 含量对不锈钢阳极腐蚀非常明显, 而氯含量多少对 +: 基氧化物阳极毫无影响,因此也可选用 +: 基氧化物 电极。 +: 基氧化物阳极对电泳涂装现场的电流脉冲是 完全允许的, 是该阳极的工作电流范围。+: 基氧化物
汽车工艺与材料

在阳极区不断产生有机酸( 见下式) :

4/"4../ 或

这些酸如不及时除去,会进入槽液使 5/ 值下 降, 影响工艺参数 5/ 值的稳定, 影响泳透力及涂膜 性能, 再溶解性增大。除去槽液中游离酸的办法有, 添加未中和或部分中和的阴极电泳涂料和采用阳极 隔膜系统。 一般常用阳极隔膜系统法, 尤其是在大型 的阴极电泳涂装线上。

1

阳极系统组成
阳极系统包含阳极液系统和阳极电源两部分。

阳极液系统是阳极系统的主要组成部分,由阳极隔 膜系统、 极液往返循环管路、 泵、 极液槽、 电导率和混 浊度控制仪、 去离子水供给管路等组成。

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刘柏山: 轿车阴极电泳中的阳级系统

涂层阳极为尺寸稳定阳极, 工作过程中只有少量活性 涂层损失, $% 基体在生产中始终处于无损耗状态。阳 极失活后,只需要重新涂活性层, $% 基体可以反复使 用, 可节省一定的资金。$% 基氧化物涂层阳极使用寿 命长, 用该阳极代替不锈钢阳极, 可以避免阳极的频 繁更换, 有利于稳定正常生产, 简化管理。

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去离子水 去离子水质量对电泳槽槽液的稳定性至关重

要, 除电导率、 杂质离子等理化指标外, 细菌数也是 一个非常重要的指标。一般在进入系统的去离子水 管路上装有紫外灯杀灭细菌。 尽管如此, 仍然要在电 泳试验室中检测去离子水系统的菌落数。当菌落数 超过电泳漆供应商的产品要求时H 要向电泳漆供应 商或杀菌剂生产厂家( 如 F;=I 或 JK<:? ) 的去离子水 专家咨询, 以处理去离子水系统, 使其能与电泳漆的 稳定性相适应。将来, 随着电泳漆产品的技术更新, 现行的对菌落数的限制可能会降低。

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阳极面积

在阴极电泳涂装场合, 阴极和阳极的面积之比为 阳极表面是指与通过工 ()&。以汽车车身涂装线为例, 件相邻的被浸入阴极部分。阳极面积用下列公式计 算: 阳极面积*( 车身数 + ,%-.! ,%-.表面积 + 车身) + (, 全浸没时间超过 ! ,%- 的场合不要求加大阳极面积。 阳极罩的支撑体材料是塑料,最常用的如 阳极隔膜是阴离子交换膜, 其性能参数如表 &。 /012。
表! 阴极电泳专用阳极隔膜( 阴离子交换膜)

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阳极电源 阳极电源是将交流电源转换为直流电。直流整

流器应能使电压在 "56"" 1 可调。 实践表明, 厚膜电 泳漆( 电流消耗大约为 "’!! N ? 系统 L-%M3>%,;) O + ,!, 设计要考虑 6"!的电流余量以供将来发展,可用式 ( 计算泳涂 & 台车所需的总电流。 &) 所需安培数*( ? 能涂的面积 + ,%- ) "’!! N O + ,!) .( . ( #" ,%- + O) ( &) 考虑安全系数H 这个安培数乘以 &’6 来求出放大 的规格。把总流量分成两分,每一部分单独配整流 器, 设计要考虑配有专用及独立启动的备用整流器, 以确保整流器发生故障时生产也能连续进行且质量 不降低。建议采用限流整流器以保护设备。 整流器供电平稳度或输出脉动率很重要,直流 电要经滤波,电压脉动波动幅度不能超过平均直流 电压的 6!, 满负荷情况下电压脉动率要小于 6!。

P"5(" !Q! 34 "5&( 在 !! 4!S! 中 浸 泡 E O 后 测 交 换 耐氧化性 干) 容量下降量 ""’"( ,?< + TU ( 水透过率 + ,7 ? ? OM& @,M! ""’! 动态迁移 + ! Q6’#5QE’Q 尺寸变化率( 干湿态) + ! "6 使用温度 + R "(" 极液流速 + 7 ? ? ,M! ,%-M& P5# 极膜阻抗 + " ? :,M! "&6 耐电流强度 + N ? ,M! 6" 极膜厚度 + ,, "’(P

含水率( 湿态下) +! 选择透过率 + ! 耐酸碱度( 6" R )

另外,阳极液循环系统设计时要为每个极罩配 一个安培计, 以便连续观察各极罩的运行情况、 极罩 状况和随时得到操作数据。

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阳极液循环系统 阳极液循环管路必须用能耐 34 值为 !56 有机酸

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阳极系统的安装维护
在电泳槽投槽之前, 必须安装好阳极系统。除设

的不锈钢管或塑料管制成。阳极液的循环量为每平方 米有效极面积 #5&" 7 + ,%-, 不断冲洗阳极, 带走有机酸 等阴离子。 每个阳极罩的进液管上要装一个流量计, 以 监视阳极液流量。 如果阳极液返回管为塑料管, 应考虑 采取阳极液接地措施( 防止接触阳极液时有电击) 。

备( 整流电源、 循环管路、 阳极槽及控制仪表) 完好外, 安装阳极是一件非常重要的工作。 在安装前, 所有阳极 罩都要作渗漏试验; 在投槽时, 极罩中必须装有去离子 水, 以防隔膜破裂; 极罩渗漏或损坏时应立即更换。 阳极应沿槽壁布置,浸入槽液中的深度不得小 于槽垂直壁的槽液深度的 ("!。在全浸泳涂时间超 过或等于 P ,%- 场合,阳极的排布要从出槽口向前 排, 一般在入槽端靠近入槽车身部位不布置阳极。 在 泳涂汽车车身面积较大的被涂物场合,可在底部和 顶部也布设阳极, 这样可使电泳涂层厚度更加均匀。 建议 ! 个电极段之间至少有 & 个极罩的间隙,以防 止漆在电压较低区的阳极和极罩上;如果两个极罩 之间的电压差超过 86 1,要留出 ! 个极罩的间隙,
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!"!"$ 阳极液电导率
阳极液系统要能够控制阳极液电导率在设定点 的 8"5&"" !9 + :, 内 。 控 制 器 及 仪 器 量 程 应 为 "5

! """ !9 + :,, 高 泳 透 力 产 品 要 求 量 程 为 " 5 &" """ !9 + :,。阳极液槽的电导率传感器要装在远
离阳极液返回管的位置。阳极液槽用 “ 无极 ( ”电导率传感器 ( 如 B?CD?>? E8& F2 ;<;:=>?@<;AA) 时工作性能较好。 D?@G :?@; F1 )
!""# 年第 ! 期

刘柏山: 轿车阴极电泳中的阳级系统

电压差超过 %"" ), 要留出 & 个极罩的间隙; 如果用 二极管防止回流, % 个极罩的间隙就足够了。 阳极液循环系统要安设阳极液电导率的自动控 制装置, 预先设置阳极液电导率为一定值, 当偏差为

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阳极液系统杀菌
电泳线阳极系统内杀菌、除去生物粘液是对系

统的特殊操作, 施工人员必须熟悉系统、 原材料性能 和设备使用的安全要求, 预备防护目镜和橡胶手套。 首先, 要将阳极液的进、 回液管间短路连接, 让流体 不通过阳极管, 以避免杀菌剂对阳极造成损害; 操作 人员必须着全套的安全防护服( 包括防护面具、 防化 手套、 外套、 围裙、 防化靴) 。操作程序如下。

%"" !* + ,- 时,系统会自动排放阳极液和加入新鲜
去离子水。电导率传感器要装在阳极液槽中远离阳 极液返回管的位置, 一般装在进液管路上。 当阳极液 ./ 值接近 &、 电导率明显超过设定值 时,说明阳极液中已含有大量的酸根离子和金属离 子, 这些都会对形成良好的电泳漆膜产生不利影响, 因此要及时充分排放阳极液( 即阳极液置换) 。大量 排放阳极液时要考虑到排放对废水处理的影响, 高 泳透力材料的独特化学原则使阳极液电导率保持在

$" 仔细检查系统是否泄漏和确保合适的密闭循
环回路, 不要试图一次就清理完全部系统( 有可能因 清理太多的生物粘液而导致回液管路的堵塞) 。

%" 对附着在阳极槽及回液管路端口上的大面积粘
液进行机械清理, 以防止进、 回液管的进一步堵塞。 再排干系统内的液体。 ’" 清洗阳极液储存槽, 管 (" 用尽可能大的去离子水冲洗系统内的泵、 道、 过滤器, 除去明显的生物粘液。

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阳极液必须是清澈而透明的,如果浑浊说明有 槽液进入。 当槽液进入阳极液时, 通电时会使阳极隔 膜内表面涂上漆, 使得阴、 阳极之间的流动受影响, 而影响涂层质量和生产效率。极液混浊度的测定可 用目视法和混浊度测量仪。 当发现阳极液浑浊时, 应立即停止极液泵, 在可 能的情况下, 切断直流电源, 查出有漏洞的阳极罩, 将其与系统隔断, 停产后检修或迅速更新。

)"在阳极槽内回液管口安装 %"" 目的过滤网袋。 以使杀菌剂可 *" 将 阳 极 与 进 回 液 管 路 隔 离 开 ,
以在系统内所有管路循环但不通过阳极。

+"按 (3% """ 的比例向阳极槽中加入 &#!/!4! 进
行循环,循环时间持续 1 5 以上或至系统清洁为止。 在循环过程中要注意过滤袋网是否堵塞并随时更换。 加入新鲜去离子水 ," 清洗完成后排干清洗液, 循环( 多次) 至系统清洁为止。 用新鲜去离子水仔细 -" 应逐根拆下阳极管和极棒, 清洗, 冲洗干净后管中装满新鲜去离子水立即安装复原。 并加入新鲜去离子水循 ." 将系统管路连接恢复, 环, 检查系统内各单元是否堵塞、 泄漏, 并予以处理。 初期生产的一段时期要加强阳 /" 系统杀菌后, 极液的排放和置换, 并加强生产现场的情况跟踪。

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阳极的日常维护 小心维护阳极及阳极系统对电泳涂装过程至关

重要。阳极构成电路使电流畅通2而阳极液控制槽液 的 ./ 值。必须经常监视阳极的溶解情况以便及时 更换损坏的阳极。要经常检查阳极系统特别是阳极 泥及细菌生长情况。当阳极槽液中出现类藻类生物 粘液时, 说明阳极系统内已滋生大量细菌, 必须及时 对阳极系统杀菌, 否则会堵塞阳极液循环回路, 甚至 污染电泳槽。 阳极液槽中的电导率测头要定期清理。 阳极液电导率要进行试验室检查以校准槽子的计量 仪表,不是所有的不锈钢阳极材料都能防止阳极罩 中酸性介质的腐蚀。

0

结束语
阳极系统是轿车阴极电泳设备的重要组成部

!"!

停产期间阳极系统维护 相对电泳槽而言,停产期间阳极系统维护较简

分, 只有科学选材、 精心选型安装和细致维护清理, 才能发挥阳极系统的功能,从而为生产出良好的电 泳防腐涂层提供保证。
( 责任编辑 收稿日期: !""#$%"$&" 作者简介: 刘柏山, %’’" 年毕业于华东理工大学高 分 子 专 业, 同年进入东风汽车公司从事油漆工艺, %’’( 年调入神龙汽车有限公司至今一直从事轿车涂 装技术工作。
汽车工艺与材料

单, 除断开阳极直流电源外, 应保证控制检测系统正 常运行, 此外还应进行如下操作。 补入新鲜去离子水, 循环至阳 $" 排空阳极槽液, 极槽内流体电导率小于 %"" !* + ,-, 停止补水, 保持 阳极泵运行。 排空槽内液体, 加入新鲜去离子 %" 恢复生产前, 水, 用醋酸将电导率调到 ("" !* + ,- 以上即可。
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