王振國
(江西五十鈴汽車有限公司,江西 南昌 330001)
漆面外觀直接影響到汽車的市場競爭力,各汽車廠為提高市場競爭力,對涂裝質(zhì)量愈加重視。橘皮是評價車身面漆質(zhì)量的一個重要指標,顯著影響人們的視覺效果。橘皮值可分為測量結(jié)構(gòu)尺寸大于0.6 mm的長波以及小于0.6 mm 的短波。影響面漆橘皮的主要因素有面漆的流平性和底材的粗糙度,其中車身板材、電泳及中涂對短波的影響最為明顯,而色漆及清漆對長波的影響明顯。
某主機廠涂裝車間采用低溫三元磷化與配套前處理工藝,電泳采用超高泳透力電泳工藝,面漆采用水性3C1B(三涂一烘)自動噴涂工藝,主要工序如下:洪流沖洗→預脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→表調(diào)→磷化→水洗1→水洗2→純水洗1→純水洗2→電泳→UF(超濾)水洗1→UF水洗2→UF水洗3→純水洗1→純水洗2→電泳烘烤→涂PVC 膠→PVC 膠預烘烤→車身打磨→鴕鳥毛擦凈→中涂靜電自動噴涂→閃干→色漆靜電自動噴涂→閃干→清漆靜電自動噴涂→面漆烘烤→檢查精修。
前處理主要工藝參數(shù):對于脫脂,溫度45 °C,游離堿7.5 點;對于表調(diào),pH = 9;對于磷化,溫度40 °C,總酸25.0 點,游離酸0.9 點,促進劑2.5 點。電泳工藝參數(shù):電壓245 V,溫度31.5 °C,電泳槽液電導率1 500 μS/cm,pH 5.8,固體分22%,灰分17%。采用ABB 公司IRB5500 壁掛式機器人,噴涂參數(shù)見表1。但在批量生產(chǎn)時出現(xiàn)了產(chǎn)品面漆的短波經(jīng)常超過20 的問題。
核查現(xiàn)場工藝后,發(fā)現(xiàn)噴漆室溫度穩(wěn)定在(23 ± 2) °C,相對濕度穩(wěn)定在(65 ± 5)%,涂料的黏度、溫度 也均在工藝要求范圍內(nèi),涂料使用時間在一周以內(nèi),機器人仿型、參數(shù)設置均無變化。在確認自動噴涂過程無變化,面漆短波仍然超標的情況下,問題原因指向了電泳以及車身板材。
表1 機器人噴涂參數(shù) Table 1 Parameters of robot spraying
2.1.1 打磨電泳涂層對短波的影響
為了分析電泳狀態(tài)對涂層短波的影響,選取4 臺同時過線的車,使用不同型號的砂紙對電泳層進行打磨。從表2 可知,打磨降低了電泳層的粗糙度,砂紙型號越細,打磨后電泳的平整度越高,涂層短波就越小。但在生產(chǎn)過程中,整車打磨會導致顆粒等涂膜弊病,降低電泳層的耐蝕性,增加人工成本。在量產(chǎn)型汽車生產(chǎn)線中,通過打磨改善短波的方案可行性較差。
表2 不同砂紙型號打磨后電泳涂層的短波值 Table 2 Short-wave value of electrophoretic coating polished with different sandpapers
2.1.2 電泳粗糙度對面漆短波的影響
在確定改善電泳粗糙度能很好地改善涂層短波的情況下,為了降低管理成本,提升產(chǎn)品質(zhì)量,采用Mar Surf PS1 粗糙度儀對車身板材粗糙度以及對應位置的電泳粗糙度進行監(jiān)控,并測量對應位置上涂層的短波,部分監(jiān)控數(shù)據(jù)見表3。為了方便理解三者之間的關系,對測量數(shù)據(jù)進行皮爾森相關系數(shù)分析[1]。
表3 部分不同粗糙度實驗板的實驗結(jié)果 Table 3 Experimental results of some different roughness test plates
從圖1 可知,所有監(jiān)控車身的電泳件粗糙度與面漆短波的皮爾森相關系數(shù)(r)等于0.924,在相同噴涂工藝下,電泳粗糙度與面漆短波呈極強的正相關關系。電泳結(jié)構(gòu)尺寸在0.6 mm 以下的微觀平整度無法被100 μm 左右的涂層填充平整,造成電泳粗糙度越高,面漆短波越大。由于自動化噴涂工藝控制穩(wěn)定,室體溫濕度、流平時間、烘烤溫度曲線、涂層厚度等因素變化小,對成膜外觀影響小[2],因此皮爾森相關系數(shù)較高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,當電泳粗糙度控制在0.32 μm 以下時,面漆短波可控制在20 以內(nèi)。
2.1.3 板材粗糙度對電泳粗糙度的影響
從圖2 可知,板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森關系數(shù)為0.891,說明在相同工藝條件下,板材粗糙度與電泳粗糙度有極強的正相關關系。超高泳透力電泳漆膜的粗糙度比傳統(tǒng)陰極電泳漆膜略大,其厚度僅為15 μm,較薄,填充性差,導致板材粗糙度越高,電泳粗糙度也越高。但由于電泳粗糙度受“L”效應和水洗效果影響[3],降低了板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森相關系數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果表明,當板材粗糙度小于1.00 μm 時,電泳粗糙度可控制在0.32 μm 以下。
圖1 電泳粗糙度與短波的皮爾森相關性曲線 Figure 1 Pearson correlation curve of electrophoretic coating roughness and short wave value
圖2 板材粗糙度與電泳粗糙度的皮爾森相關性曲線 Figure 2 Pearson correlation curve of metal sheet roughness and electrophoretic coating roughness
2.1.4 板材微觀形貌對面漆微觀形貌的影響
采用掃描電鏡觀察面漆與板材橫截面時發(fā)現(xiàn),涂層的微觀起伏波紋與板材基本一致(見圖3)。當涂層膜厚為100 μm 左右,涂層結(jié)構(gòu)尺寸在0.6 mm 以下的微觀平整度與板材微觀平整度呈正相關,正相關程度與涂層厚度有關,涂層越厚,相關性越差。而水性3C1B 涂裝工藝整體膜厚較小,涂料的填充性較差,因此板材微觀平整度越差,涂層平整度就越差,涂層短波也就越高。
圖3 涂層與板材橫截面的微觀形貌 Figure 3 Cross-sectional micro-morphology of metal sheet and coating
在確認面漆短波受板材粗糙度影響較大后,通過與板材供應商溝通,明確了要令涂層短波低于20,板材粗糙度需小于1.00 μm 的要求。但由于板材供貨周期有3 個月,在更換板材前為保證產(chǎn)品質(zhì)量,技術團隊嘗試通過調(diào)整中涂、清漆膜厚等措施來改善面漆短波。
2.2.1 中涂膜厚對短波的影響
中涂的填充性對板材微觀平整度有改善作用。從表4 可知,中涂越厚,涂層短波越小,但中涂膜厚超過22 μm 后,改善效果不明顯。中涂主要起填充的作用,但對尺寸較大的微觀形貌填充不足,膜厚超過20 μm 后,提高中涂膜厚對降低短波的貢獻變?。磺矣捎谒云岬奶匦?,中涂過厚會伴隨針孔、邊角起泡等涂膜弊病的發(fā)生,增大涂料使用量,增加生產(chǎn)成本。綜合考慮,中涂膜厚控制在22 μm 效果最好。
表4 中涂膜厚對涂層短波的影響 Table 4 Effect of midcoat thickness on short wave value of coating
2.2.2 清漆膜厚對短波的影響
由于涂層越厚,板材粗糙度對短波的影響就越小,因此擬通過增大清漆膜厚來提高涂層整體膜厚,改善涂層的短波。從表5 可知,清漆越厚,涂層短波越低,且改善效果越來越明顯。增加清漆膜厚能有效提高涂層整體填充性,減輕板材粗糙度對涂層的影響,從而降低涂層的短波。在確保不產(chǎn)生流掛等涂膜弊病,以及綜合考慮成本的情況下,將清漆膜厚控制在50 μm 效果最好。
表5 清漆膜厚對涂層短波的影響 Table 5 Effect of varnish thickness on short wave value of coating
在不進行人工干預的情況下,板材粗糙度越大,涂層短波越高,降低板材粗糙度能有效改善涂層短波。在使用超高泳透力電泳漆與水性3C1B 涂裝工藝的情況下,要將涂層短波控制在20 以內(nèi),板材粗糙度需控制在1.00 μm 以內(nèi)。為改善涂層短波,細砂紙打磨電泳層能有效改善電泳層的微觀平整度,但該法不適用于自動化程度較高的生產(chǎn)線。提高涂層整體膜厚能有效降低底材粗糙度對涂層短波的影響,但會增加涂料成本??傮w來說,控制板材粗糙度是一個改善涂層短波很好的方法。