DOI: 10.19289/j.1004-227x.2021.04.008 板材粗糙度对水性3C1B工艺所得涂层短波的影响 及改善方法探讨
王振国
（江西五十铃汽车有限公司，江西南昌330001）
摘要：为了改善采用超高泳透力电泳漆与水性3C1B工艺所得涂层的短波，讨论了电泳粗糙度和板材粗糙度对涂层橘皮的影响。除了控制板材粗糙度小于1.00 μm，还可以通过打磨电泳层、调整中涂与清漆膜厚等措施来解决该问题。 关键词：汽车涂装；短波；板材；粗糙度；电泳；水性三涂一烘工艺；橘皮
中图分类号：TQ639 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2021) 04 – 0286 – 04
Effect of roughness of metal sheet on short-wave value of coating prepared by waterborne 3C1B process and
句子成分分析study on the improvement methods
WANG Zhenguo
(Jiangxi Isuzu Automobile Co., Ltd., Nanchang 330001, China)
Abstract: In order to improve the short-wave value of the coating prepared using a ultrahigh-throwing-power electrophoretic paint and by a waterborne 3C1B process, the effects of the electrophoretic coating roughness and metal sheet roughness on orange peel of coating were discussed. Aiming to solve the problem, the roughness of metal sheet should be controlled less than 1.00 μm, and some measures, such as polishing the electrophoretic coating, adjusting the thickness of midcoat and varnish could be performed.
Keywords: automobile painting; short wave; metal sheet; roughness; electrophoresis; waterborne three coating and one baking process; orange peel
漆面外观直接影响到汽车的市场竞争力，各汽车厂为提高市场竞争力，对涂装质量愈加重视。橘皮是
评价车身面漆质量的一个重要指标，显著影响人们的视觉效果。橘皮值可分为测量结构尺寸大于0.6 mm 的长波以及小于0.6 mm的短波。影响面漆橘皮的主要因素有面漆的流平性和底材的粗糙度，其中车身板材、电泳及中涂对短波的影响最为明显，而漆及清漆对长波的影响明显。
1 问题说明
某主机厂涂装车间采用低温三元磷化与配套前处理工艺，电泳采用超高泳透力电泳工艺，面漆采用水性3C1B(三涂一烘)自动喷涂工艺，主要工序如下：洪流冲洗→预脱脂→脱脂→水洗1→水洗2→表调→磷化→水洗1→水洗2→纯水洗1→纯水洗2→电泳→UF(超滤)水洗1→UF水洗2→UF水洗3→纯水洗1→纯水洗2→电泳烘烤→涂PVC胶→PVC胶预烘烤→车身打磨→鸵鸟毛擦净→中涂静电自动喷涂→闪干→漆静电自动喷涂→闪干→清漆静电自动喷涂→面漆烘烤→检查精修。
前处理主要工艺参数：对于脱脂，温度45 °C，游离碱7.5点；对于表调，pH = 9；对于磷化，温度40 °C，总酸25.0点，游离酸0.9点，促进剂2.5点。电泳工艺参数：电压245 V，温度31.5 °C，电泳槽液电导率1 500 μS/cm，pH 5.8，固体分22%，灰分17%。采用ABB公司IRB5500壁挂式机器人，喷涂参数见表1。但在批量生产时出现了产品面漆的短波经常超过20的问题。
核查现场工艺后，发现喷漆室温度稳定在(23 ± 2) °C，相对湿度稳定在(65 ± 5)%，涂料的黏度、温度
收稿日期：2020–06–10 修回日期：2020–11–23
作者简介：王振国（1995–），男，江西吉安人，学士，助理工程师，从事汽车水性涂装工艺研究。
引用格式：王振国. 板材粗糙度对水性3C1B工艺所得涂层短波值的影响[J]. 电镀与涂饰, 2021, 40 (4): 286-289.
WANG Z G. Effect of roughness of metal sheet on short-wave value of coating prepared by waterborne 3C1B process and study on the
improvement methods [J]. Electroplating & Finishing, 2021, 40 (4): 286-289.
表1 机器人喷涂参数
Table 1 Parameters of robot spraying
涂层涂料黏度(23 °C)/
s
出漆量/
(mL·min−1)
旋杯转速/
(kr·min−1)
成形空气流量/ (NL·min−1)高压/
kV
重叠率/
%
膜厚/
μm
表面工程资讯
外内
中涂23 240 43 360 200 70 73 20
漆32 280 43 360 200 70 74 16
清漆29 460 40 420 200 60 65 45
也均在工艺要求范围内，涂料使用时间在一周以内，机器人仿型、参数设置均无变化。在确认自动喷涂过程无变化，面漆短波仍然超标的情况下，问题原因指向了电泳以及车身板材。
2 解决问题的过程
2. 1 原因分析
2. 1. 1 打磨电泳涂层对短波的影响
为了分析电泳状态对涂层短波的影响，选取4台同时过线的车，使用不同型号的砂纸对电泳层进行打磨。从表2可知，打磨降低了电泳层的粗糙度，砂纸型号越细，打磨后电泳的平整度越高，涂层短波就越小。但在生产过程中，整车打磨会导致颗粒等涂膜弊病，降低电泳层的耐蚀性，增加人工成本。在量产型汽车生产线中，通过打磨改善短波的方案可行性较差。
表2 不同砂纸型号打磨后电泳涂层的短波值
Table 2 Short-wave value of electrophoretic coating polished with different sandpapers
砂纸型号400 600 800 1200
短波22.9 20.6 16.1 13.7
2. 1. 2 电泳粗糙度对面漆短波的影响
在确定改善电泳粗糙度能很好地改善涂层短波的情况下，为了降低管理成本，提升产品质量，采用Mar Surf PS1粗糙度仪对车身板材粗糙度以及对应位置的电泳粗糙度进行监控，并测量对应位置上涂层的短波，部分监控数据见表3。为了方便理解三者之间的关系，对测量数据进行皮尔森相关系数分析[1]。
表3 部分不同粗糙度实验板的实验结果陪考老师意外上哈佛
Table 3 Experimental results of some different roughness test plates
序号板材粗糙度/ μm 电泳粗糙度/ μm 面漆短波
1 0.96 0.3
2 15.4
2 1.00 0.32 14.8
3 1.28 0.40 23.7
4 0.86 0.31 12.2
5 1.51 0.45 31.0
6 1.39 0.41 30.1本溪地震
7 1.19 0.38 23.3
8 0.93 0.33 13.5
9 1.27 0.35 22.7
10 1.28 0.36 23.7
11 1.38 0.45 32.1
12 1.35 0.43 28.1
13 1.28 0.40 22.5
14 1.14 0.37 22.0
从图1可知，所有监控车身的电泳件粗糙度与面漆短波的皮尔森相关系数(r)等于0.924，在相同喷涂工艺下，电泳粗糙度与面漆短波呈极强的正相关关系。电泳结构尺寸在0.6 mm以下的微观平整度无法被100 μm左右的涂层填充平整，造成电泳粗糙度越高，面漆短波越大。由于自动化喷涂工艺控制稳定，室体温湿度、流平时间、烘烤温度曲线、涂层厚度等因素变化小，对成膜外观影响小[2]，因此皮尔森相关系数较高。统计数据表明，当电泳粗糙度控制在0.32 μm以下时，面漆短波可控制在20以内。
2. 1. 3 板材粗糙度对电泳粗糙度的影响
从图2可知，板材粗糙度与电泳粗糙度的皮尔森关系数为0.891，说明在相同工艺条件下，板材粗糙度与电泳粗糙度有极强的正相关关系。超高泳透力电泳漆膜的粗糙度比传统阴极电泳漆膜略大，其厚度仅为15 μm ，较薄，填充性差，导致板材粗糙度越高，电泳粗糙度也越高。但由于电泳粗糙度受“L ”效应和水洗效果影响[3]，降低了板材粗糙度与电泳粗糙度的皮尔森相关系数。统计结果表明，当板材粗糙度小于1.00 μm 时，电泳粗糙度可控制在0.32 μm 以下。
图1 电泳粗糙度与短波的皮尔森相关性曲线 Figure 1 Pearson correlation curve of electrophoretic
coating roughness and short wave value
图2 板材粗糙度与电泳粗糙度的皮尔森相关性曲线 Figure 2 Pearson correlation curve of metal sheet roughness and electrophoretic coating roughness
2. 1. 4 板材微观形貌对面漆微观形貌的影响
采用扫描电镜观察面漆与板材横截面时发现，涂层的微观起伏波纹与板材基本一致(见图3)。当涂层膜厚为100 μm 左右，涂层结构尺寸在0.6 mm 以下的微观平整度与板材微观平整度呈正相关，正相关程度与涂层厚度有关，涂层越厚，相关性越差。而水性3C1B 涂装工艺整体膜厚较小，涂料的填充性较差，因此板材微观平整度越差，涂层平整度就越差，涂层短波也就越高。
图3 涂层与板材横截面的微观形貌
Figure 3 Cross-sectional micro-morphology of metal sheet and coating
2. 2 改善短波的措施gpu集
在确认面漆短波受板材粗糙度影响较大后，通过与板材供应商沟通，明确了要令涂层短波低于20，
板材粗糙度需小于1.00 μm 的要求。但由于板材供货周期有3个月，在更换板材前为保证产品质量，技术团队尝试通过调整中涂、清漆膜厚等措施来改善面漆短波。 2. 2. 1
中涂膜厚对短波的影响
中涂的填充性对板材微观平整度有改善作用。从表4可知，中涂越厚，涂层短波越小，但中涂膜厚超过22 μm 后，改善效果不明显。中涂主要起填充的作用，但对尺寸较大的微观形貌填充不足，膜厚超过20 μm 后，提高中涂膜厚对降低短波的贡献变小；且由于水性漆的特性，中涂过厚会伴随针孔、边角起泡等涂膜弊病的发生，增大涂料使用量，增加生产成本。综合考虑，中涂膜厚控制在22 μm 效果最好。
表4 中涂膜厚对涂层短波的影响
Table 4 Effect of midcoat thickness on short wave value of coating
中涂膜厚/ μm
16 19 22 25 28 短波
27.3
24.6
22.2
21.9
22.0
短波
电泳粗糙度/ μm
电泳粗糙度/ μm
板材粗糙度/ μm
2. 2. 2 清漆膜厚对短波的影响
由于涂层越厚，板材粗糙度对短波的影响就越小，因此拟通过增大清漆膜厚来提高涂层整体膜厚，改善涂层的短波。从表5可知，清漆越厚，涂层短波越低，且改善效果越来越明显。增加清漆膜厚能有效提高涂层整体填充性，减轻板材粗糙度对涂层的影响，从而降低涂层的短波。在确保不产生流挂等涂膜弊病，以及综合考虑成本的情况下，将清漆膜厚控制在50 μm效果最好。
差分滤波器表5 清漆膜厚对涂层短波的影响
Table 5 Effect of varnish thickness on short wave value of coating
清漆膜厚/ μm 35 40 45 50 55
短波32.1 25.3 21.1 18.6 16.5
3 结语
在不进行人工干预的情况下，板材粗糙度越大，涂层短波越高，降低板材粗糙度能有效改善涂层短波。在使用超高泳透力电泳漆与水性3C1B涂装工艺的情况下，要将涂层短波控制在20以内，板材粗糙度需控制在1.00 μm以内。为改善涂层短波，细砂纸打磨电泳层能有效改善电泳层的微观平整度，
但该法不适用于自动化程度较高的生产线。提高涂层整体膜厚能有效降低底材粗糙度对涂层短波的影响，但会增加涂料成本。总体来说，控制板材粗糙度是一个改善涂层短波很好的方法。
参考文献：
[1] 张宇镭, 党琰, 贺平安. 利用Pearson相关系数定量分析生物亲缘关
系[J]. 计算机工程与应用, 2005 (33): 79-82, 99.
ZHANG Y L, DANG Y, HE P A. Quantitative analysis of the relationship of biology species using pearson correlation coefficient [J].
Computer Engineering and Applications,2005 (33): 79-82, 99.
[2] 方慧贞, 汪沛. 浅析几个影响超高泳透力电泳漆膜粗糙度的因素[J].
时代汽车, 2016 (10): 78-79.
FANG H Z, WANG P. Discussion on some factors affecting the roughness of ultrahigh-throwing-power electrophoretic coating [J]. Auto Time, 2016 (10): 78-79.
[3] 刘微微. 现代电泳涂装百科全书[M]. 上海: 复旦大学出版社, 2016.
LIU WW. Modern E-Coating Encyclopedia [M]. Shanghai: Fudan University Press, 2016.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议