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        油箱蓋邊緣電泳顆粒問題的原因分析

        2022-01-08 08:48:20許安王振國陳偉星
        電鍍與涂飾 2021年24期
        關(guān)鍵詞:磷化黑點(diǎn)電泳

        許安,王振國,陳偉星

        (長沙市比亞迪汽車有限公司,湖南 長沙 410116)

        隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展,顧客對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,促使汽車企業(yè)對構(gòu)成車身板材的各項(xiàng)性能提出了更高要求。鍍鋅鋼板由于其優(yōu)秀的耐腐蝕性能以及涂裝性能,被廣泛應(yīng)用于車身板材中。

        某主機(jī)廠車身油箱蓋在經(jīng)過前處理磷化后,邊緣出現(xiàn)大片黑點(diǎn)。該油箱蓋的材質(zhì)為合金化熱鍍鋅鋼板(GA板),經(jīng)過電泳后,黑點(diǎn)位置會產(chǎn)生電泳顆粒,需要人工打磨處理,影響了涂層耐蝕性,增加了生產(chǎn)成本,降低了生產(chǎn)效率。本文針對上述問題進(jìn)行分析,找到了原因,并給出了相應(yīng)的解決方法。

        1 故障現(xiàn)象

        在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn),電泳后車身油箱蓋邊緣位置出現(xiàn)密集、細(xì)小的電泳顆粒,如圖1a所示。經(jīng)過排查,在對應(yīng)電泳顆粒位置發(fā)現(xiàn)磷化膜上有細(xì)小的黑點(diǎn),見圖1b。

        圖1 油箱蓋上出現(xiàn)黑點(diǎn)區(qū)域 Figure 1 Area with black spots on the fuel tank cover

        車身前處理?電泳工藝流程如下:洪流沖洗→預(yù)脫脂→脫脂(游離堿7.5點(diǎn),溫度45 °C)→水洗1→水洗2→表調(diào)(pH 9)→磷化(總酸25點(diǎn),游離酸0.9點(diǎn),促進(jìn)劑2.5點(diǎn))→水洗3→水洗4→純水洗1→純水洗2→瀝水→電泳(固體分22%,灰分17%,電導(dǎo)率1 500 μS/cm,電壓245 V,溫度31.5 °C,pH 5.8)→超濾水洗1→超濾水洗2→超濾水洗3→純水洗3→純水洗4→瀝水→烘烤。

        2 原因分析與解決方案

        2.1 黑點(diǎn)微觀形貌

        從圖2可知,在光學(xué)顯微鏡下,黑點(diǎn)缺陷仍呈黑褐色,且與周邊區(qū)域有邊界。從圖3可知,黑點(diǎn)周邊磷化膜的結(jié)晶尺寸小于10 μm,屬于正常磷化膜的結(jié)晶尺寸[1],但黑點(diǎn)內(nèi)磷化膜結(jié)晶極其粗大,結(jié)晶尺寸超過100 μm,結(jié)晶呈片狀且不連續(xù),黑點(diǎn)內(nèi)有部分區(qū)域沒有形成磷化膜結(jié)晶,判斷黑點(diǎn)區(qū)域內(nèi)磷化結(jié)晶異常。

        圖2 黑點(diǎn)的宏觀形貌 Figure 2 Macroscopic morphology of black spots

        圖3 黑點(diǎn)的微觀形貌圖 Figure 3 Microscopic morphology of black spots

        另外,觀察了相同工藝下冷軋鋼板和鍍鋅鋼板正常磷化膜的微觀形貌,如圖4所示。鍍鋅鋼板上的Zn3(PO4)2磷化膜結(jié)晶更多呈針狀,冷軋鋼板上的Zn2Fe(PO4)2磷化膜基本上是片狀結(jié)晶[2]。通過比對發(fā)現(xiàn),黑點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的片狀磷化膜結(jié)晶形貌與冷軋鋼板上的磷化膜形貌更接近。

        圖4 鍍鋅板(a)后冷軋板(b)正常磷化膜的微觀形貌 Figure 4 Microscopic morphologies of normal phosphating coatings on hot-dip galvanized steel sheet (a) and cold-rolled steel sheet (b)

        從圖5可以看出,鍍鋅鋼板表面鍍層有很多裂紋,黑點(diǎn)區(qū)域邊緣以及黑點(diǎn)內(nèi)部分區(qū)域有鍍層損壞與脫落的跡象,并且黑點(diǎn)邊緣有明顯的階梯式邊界。

        圖5 鍍鋅板表面(a)與黑點(diǎn)邊緣區(qū)域(b)的微觀形貌 Figure 5 Microscopic morphologies of hot-dip galvanized steel sheet surface (a) and the edge area of a black spot (b)

        2.2 成分分析

        為了確認(rèn)是否存在鍍層脫落的現(xiàn)象,對圖3a所示區(qū)域進(jìn)行了能譜(EDS)分析。從圖6可知,在正常磷化區(qū)域內(nèi),F(xiàn)e元素含量很低,但在黑點(diǎn)區(qū)域內(nèi),F(xiàn)e元素含量偏高,而在沒有磷化膜的區(qū)域,F(xiàn)e元素含量更高。另外,在正常磷化區(qū)域內(nèi),Zn元素含量較高,而在黑點(diǎn)區(qū)域內(nèi),Zn元素含量較低。至于其他元素,不同區(qū)域中的含量顯著差異。

        圖6 黑點(diǎn)的元素面掃描圖 Figure 6 Element mapping in black spot area

        分別對故障點(diǎn)區(qū)域的磷化膜和正常區(qū)域的磷化膜進(jìn)行了EDS分析。從表1可知,與正常區(qū)域的磷化膜相比,黑點(diǎn)區(qū)域的磷化膜中Fe元素的含量較高,Zn和Mn元素的含量較低。

        表1 黑點(diǎn)區(qū)域磷化膜和正常區(qū)域磷化膜的元素組成 Table 1 Elemental compositions of phosphating coatings in black spot area and normal area

        2.3 原因分析

        在鋅系磷化液中,鍍鋅板表面的鍍鋅層被H3PO4侵蝕,形成難溶于水的Zn3(PO4)2,組成磷化膜結(jié)晶。當(dāng)Fe的濃度升高時(shí),會生成磷酸二鋅鐵。由于車身使用的磷化液為Zn-Ni-Mn三元磷化體系,因此磷化膜中的Fe來自于車身板材。

        綜上分析,認(rèn)為油箱蓋邊緣電泳顆粒形成的原因是:鍍鋅鋼板在沖壓成型過程中,沖壓邊緣出現(xiàn)了鍍層粉化、脫落、開裂等損傷現(xiàn)象[3],經(jīng)過前處理沖刷和酸堿侵蝕,鍍層脫落,露出基材;在磷化過程中,鍍層脫落區(qū)域形成凹陷,不利于磷化液循環(huán),導(dǎo)致鍍層脫落區(qū)域的Fe2+離子濃度高、Mn2+離子濃度低,因此鍍層脫落區(qū)域的磷化結(jié)晶異常粗大,結(jié)晶疏松且不連續(xù)[4-5];由于磷化膜不連續(xù),磷化過后露出的鐵質(zhì)基材被腐蝕而產(chǎn)生Fe2O3,導(dǎo)致鍍層脫落區(qū)域顯現(xiàn)為黑褐色,目視為黑點(diǎn);另外由于磷化膜是一種高電阻的絕緣材料[6],黑點(diǎn)區(qū)域磷化膜疏松且不連續(xù),其電阻小,電泳時(shí)會形成電力線聚集現(xiàn)象,導(dǎo)致黑點(diǎn)區(qū)域電泳層厚度變大,這便是電泳顆粒缺陷。

        2.4 解決方案

        確認(rèn)故障原因后,經(jīng)過與沖壓相關(guān)人員溝通,提出了以下3個(gè)優(yōu)化方案:

        (1) 增加相應(yīng)模具清理的頻次,減少雜質(zhì)對鍍層的損壞。

        (2) 適當(dāng)增加壓延油的用量,降低模具對鍍層的損傷。

        (3) 適當(dāng)降低沖壓成型的力,延長成型時(shí)間,降低沖壓力對鍍層的損傷。

        在實(shí)施相應(yīng)措施后跟蹤生產(chǎn),確定優(yōu)化方案有效,油箱蓋邊緣電泳顆粒故障消失。

        3 結(jié)語

        車身磷化異常導(dǎo)致電泳涂膜異常的現(xiàn)象在汽車行業(yè)屢見不鮮,需要耗費(fèi)大量的人力進(jìn)行打磨處理,增加了人力成本的同時(shí),還降低了車身涂膜的耐蝕性,影響涂膜性能。形成正常磷化膜的前提之一就是沖壓件表面狀態(tài)良好,板材自身表面狀態(tài)良好以及合適的沖壓工藝條件是保證沖壓件表面狀態(tài)良好的關(guān)鍵因素。在選擇和使用新材料、新工藝時(shí),在SE(同步工程)階段相關(guān)工作人員就需要考慮它們與后續(xù)工藝的配套性以及可能會出現(xiàn)的問題,避免在后續(xù)量產(chǎn)過程中產(chǎn)生批量問題,影響產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn)。

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