董昌林

（富士康科技集團(tuán)富頂精密組件(深圳)有限公司，廣東 深圳 518110）

卷對卷連續(xù)高速電鍍生產(chǎn)工藝因成本低、生產(chǎn)效率高、鍍層品質(zhì)穩(wěn)定、鍍液易管理等優(yōu)點而深受廣大電鍍生產(chǎn)企業(yè)的青睞。據(jù)表面處理業(yè)界統(tǒng)計，卷對卷連續(xù)電鍍生產(chǎn)工藝約占整個電子接插件產(chǎn)品表面處理方式的50%左右，并且有逐年增加之勢。傳統(tǒng)電泳漆涂層的生產(chǎn)主要以滾掛鍍?yōu)橹鳎a(chǎn)效率低，良率達(dá)不到要求，不能滿足大量生產(chǎn)的需求。將電鍍和電泳漆兩種工藝結(jié)合在一起的卷對卷連續(xù)高速處理工藝的開發(fā)是業(yè)界的新嘗試。

筆者所在公司是傳統(tǒng)的電鍍生產(chǎn)企業(yè)，某金屬機(jī)架外表面需開發(fā)彩色絕緣涂層，局部又要求有導(dǎo)電金屬電鍍層，因此需要在卷對卷聯(lián)機(jī)電鍍生產(chǎn)中增加電泳涂層工藝，而電泳漆開發(fā)是新工藝開發(fā)過程中的重點，在電泳漆開發(fā)過程中共尋找到5 家電泳漆供應(yīng)商(分別記為RB、YL、RZ、HQ 和HX)。在前期廠內(nèi)產(chǎn)品大量手工實驗中，RB 和YL 電泳漆在工件邊緣會露出客戶不能接受的金屬色而先后被淘汰，最后HQ、HX 和RZ這3 家的電泳漆(以下分別稱為A、B、C)進(jìn)入實驗室評估階段，本文將介紹整個評估過程。

1 實驗

1.1 配方和工藝

工藝流程主要為：電解脫脂(2 A，30 s)→酸洗(5 s)→鍍鎳(2 A，30 s)→電泳(60 V，30 s)→烘烤(180 °C，30 s)。

電解脫脂采用深圳三青化學(xué)工業(yè)公司的622 除油粉，配成體積分?jǐn)?shù)為70%的脫脂液。

酸洗采用深圳騰龍源公司的50%工業(yè)硫酸，配成體積分?jǐn)?shù)為20%的酸洗液。

鍍鎳液含70 g/L 氨基磺酸鎳(由東莞羅門哈斯化學(xué)提供)。

A、B、C 三種電泳漆均采用去離子水配制，試驗參數(shù)均是：電泳電壓60 V，電泳溫度25 ~ 28 °C，電泳時間30 s，烘烤溫度180 °C，烘烤時間30 s。

A 的開缸配方為：去離子水80%，樹脂20%，黑色色漿10 mL/L，藍(lán)色色漿2 mL/L。

B 的開缸配方為：去離子水80%，樹脂20%，黑色色漿10 mL/L，藍(lán)色色漿2 mL/L。

C 的開缸配方為：去離子水75%，樹脂25%，黑色色漿10 mL/L。

1.2 性能檢測方法

1.2.1 電泳漆的基本性能

1.2.1.1 沉積速率

良好的沉積速率是卷對卷連續(xù)電鍍電泳的關(guān)鍵。選取一段CuTi 材質(zhì)的沖壓后端子，依上述流程試驗后取樣品做切片分析。將切片放于金相電子顯微鏡下檢測涂膜厚度，以判斷電泳漆的沉積速率，涂膜厚度越大，則電泳漆的沉積速率越高。不同試件檢測的部位相同，取5 個點，得平均值。

1.2.1.2 泳透力

電泳漆的泳透力類似于電鍍藥水的深鍍能力，是指電泳涂料工作液在電場作用下，令工件背離陰極(或陽極)的部位電泳上漆的能力。泳透力越高，涂覆能力越強(qiáng)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的立體型電子連接器產(chǎn)品時就越容易上膜。采用鋼管法測定電泳漆泳透力：取一根高220 mm、外徑25 mm、內(nèi)徑20 mm 的不銹鋼管，將凈長230 mm(電泳漆浸泡高度200 mm)、寬15 mm、厚1 mm 的鋼板條插入其中，鋼板條的涂裝情況即可反映出電泳漆工作液對工件內(nèi)腔的泳涂能力。如圖1 所示，電泳槽是高240 mm、內(nèi)徑54 mm 的筒形塑料容器，電極采用周長185 mm、高100 mm 的薄紫銅片圍成圓角狀，緊貼電泳槽內(nèi)壁放置，并在此電極上引出導(dǎo)線。分別用不同的電泳漆進(jìn)行試驗，對比它們的泳透力。

圖1 泳透力試驗裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of the setup for testing the throwing power of electrophoretic paint

以內(nèi)板(空腔)的泳涂高度和外表面的涂膜高度之比作為評價指標(biāo)，泳透力 = [(實膜高度 + 1/2 虛膜高度)÷電泳漆浸泡高度]×100%，其中實膜和虛膜如圖2 所示。

圖2 鋼板條電泳后實膜與虛膜的示意圖Figure 2 Schematic diagram showing the internal height and total height of coating on steel strip after electrophoretic painting

1.2.2 電泳涂層的性能

統(tǒng)一以250 mm × 40 mm × 0.15mm 的磷銅片為基體，按1.1 節(jié)所述流程泳板。

1.2.2.1 外觀目視A、B、C 三種電泳涂層的外觀，要求允許的電流范圍足夠?qū)?，而且涂層均勻、?xì)致，不能存在針孔、麻點、毛刺、斑點、燒焦、露底等瑕疵。

1.2.2.2 附著力

參考國標(biāo)GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的劃痕試驗》做百格試驗，按0B、1B、2B、3B、4B、5B、6B 七級分類評價漆膜從底材分離的抗性。

試驗方法；刀口寬度為10 ~ 12 mm，以1.0 ~ 1.2 mm 為間隔，先劃出10 條間隔相同的直線刀痕，再沿與以上直線刀痕垂直的方向劃下，形成10 × 10 排布的正方形，注意刀應(yīng)劃至底材。劃完后將3M 膠帶貼于百格位置，以手指按壓，令膠帶緊密貼附，再瞬間用力將膠帶撕起，目視涂層是否有脫落。

1.2.2.3 硬度

參考國標(biāo)GB/T 6739–1996《涂層硬度鉛筆測定法》，在鉛筆硬度試驗機(jī)上檢測電泳膜層的硬度，載荷5 N，測試速率0.5 ~ 1.0 mm/s，使用三菱UNT 型鉛筆，劃線長度至少3 mm，觀察每支鉛筆是否在樣品表面產(chǎn)生刮痕，以由硬到軟的順序來判斷，第一支不留下刮痕的鉛筆就是最終的鉛筆硬度測試結(jié)果。

1.2.2.4 耐堿性

將被測樣品置于裝有5%氫氧化鈉溶液的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時間。

1.2.2.5 耐酸性

將被測樣品置于裝有5%硫酸溶液的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時間。

1.2.2.6 耐溶劑性

將被測樣品置于裝有二甲苯的透明燒杯中，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時間。

1.2.2.7 耐沸水

將被測樣品置于裝有沸水的燒杯中，恒溫加熱，記錄漆膜脫落或變色所經(jīng)歷的時間。

1.2.2.8 耐蝕性

按ANSI/ASTM G85-09Standard Practice for Modified Salt Spray (Fog) Testing標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鹽霧測試，在溫度(35 ± 2) °C，相對濕度大于95%，鹽水溶液pH 為6.5 ~ 7.2，每80 cm2降霧量1 ~ 2 mL/h 的條件下連續(xù)噴霧12 h，以鍍層出現(xiàn)紅銹的最短時間作為評價鍍層耐蝕性的依據(jù)。

1.2.2.9 耐溫濕度循環(huán)

將樣品置于KTHC-615TBS 型恒溫恒濕試驗箱(溫美電氣廠)中，依以下條件測試：“在25 °C、相對濕度50%之下停留5 min”→“2 h 內(nèi)升溫至65 °C，達(dá)到相對濕度30%后停留4 h”→“1 h 內(nèi)升溫至65 °C，在相對濕度90%之下停留72 h”→“1 h 內(nèi)升溫至65 °C，在相對濕度30%之下停留4 h”→“2 h 內(nèi)降溫至25 °C，在相對濕度30%之下停留1 h”→“20 min 內(nèi)降溫至25 °C，在相對濕度50%之下停留30 min”。產(chǎn)品取出后，觀察裁切口有無生銹，表面顏色有無變化，電泳層有無脫落、起泡等不良現(xiàn)象。

1.2.3 電泳漆的成本分析

1.2.3.1 添加劑的采購成本

統(tǒng)計各生產(chǎn)廠家的電泳漆銷售單價，比較高低。

1.2.3.2 電解消耗成本取不同電泳漆開缸液各1 000 mL，以60 A/dm2的電流密度電解100 h，再采用電解消耗后的電泳液進(jìn)行赫爾槽試驗，依黃銅試片的光亮狀況適當(dāng)補(bǔ)充添加劑至開缸水平，反復(fù)試驗3 次，取單位電量消耗添加劑體積的平均值作為添加劑的標(biāo)準(zhǔn)消耗量[單位：mL/(kA·h)]。

1.2.4 電泳漆的環(huán)保特性評價

1.2.4.1 總磷

按照1.1 節(jié)開缸，依GB/T 11893–1989《水質(zhì) 總磷 規(guī)定鉬酸銨分光亮度法方法》測定總磷含量。

1.2.4.2 重金屬及其他有害物質(zhì)含量

RoHS(關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令)規(guī)定，在電子電器產(chǎn)品中限制使用6 類有害環(huán)境物質(zhì)，鍍層中有害成分超標(biāo)的產(chǎn)品不準(zhǔn)進(jìn)入歐盟市場。于是按照1.1 節(jié)開缸后，參照IEC 62321:2013Determination of Certain Substances in Electrotechnical Products系列標(biāo)準(zhǔn)測定鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚的含量。

1.2.4.3 化學(xué)需氧量

按照1.1 節(jié)開缸，依GB/T 11914–1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》檢測電泳漆工作液的COD。

2 結(jié)果與討論

3 種電泳漆的綜合使用性能評價見表1，附著力測試前后的試樣照片分別見圖3 和圖4。3 種電泳漆的電解消耗量有明顯差距，B 電泳漆的電解消耗量最低，A 電泳漆排第二，C 電泳漆最大，而3 種電泳漆的成本并不相同。假設(shè)3 種電泳漆的密度相同，那么單價乘以電解消耗量便可簡單視之為單位電量的電泳漆消耗成本，A、B、C 電泳漆分別為880、780 和750 元/(kA·h)。誠然，C 消耗量最大，但采購成本上有巨大優(yōu)勢，其單位電量的消耗成本最小。如果單憑電解消耗量來選，那就是B，但綜合來看是C 最好，A 則是單位電量消耗成本最大的。在質(zhì)量有保證的前提下，選用單位電量消耗成本低的電泳漆才能最大限度地降低生產(chǎn)成本。

圖3 3 種電泳漆樣品的外觀照片F(xiàn)igure 3 Appearance of three kinds of as-prepared electrophoretic coating samples

圖4 3 種電泳漆樣品百格試驗后的外觀照片F(xiàn)igure 4 Appearance of three kinds of electrophoretic coating samples after cross-cut test

表1 3 種電泳漆各項性能測試的結(jié)果與綜合評價Table 1 Test results and comprehensive evaluation of three kinds of electrophoretic paints and their coatings

總磷及化學(xué)需氧量是兩項最重要的環(huán)保技術(shù)指標(biāo)。電泳漆添加劑大部分為有機(jī)物，因此有較高的COD，而磷均未檢出。

總的量化評分結(jié)果顯示，A 電泳漆具有比其他兩種電泳漆更好的使用性能，可作為連續(xù)電鍍電泳生產(chǎn)線的首選。

3 結(jié)語

本文建立了連續(xù)卷對卷高速電鍍電泳工藝所用電泳漆的綜合試驗評價方法和量化評分標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮了漆液的沉積速率、滲透力，漆膜外觀、附著力、硬度、耐堿性、耐酸性、耐溶劑性、耐沸水性、耐中性鹽霧腐蝕性，以及采購成本、電解消耗成本、總磷、COD、六類有害物質(zhì)等16 項技術(shù)指標(biāo)，確保企業(yè)選用質(zhì)優(yōu)、價廉、高效及環(huán)保的電泳漆應(yīng)用于卷對卷電鍍電泳連線生產(chǎn)。