奇瑞公司标准教材奇瑞公司标准教材--公司级教材公司级教材
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电泳涂料及涂装知识
讲师：张肄飞
2005年8月11日
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内容：
1、阴极电泳涂料发展史；
2、阴极电泳涂料组成及反应基本原理；
3、阴极电泳术语介绍及相关设备；
4、阴极电泳槽液日常维护项目；
5、阴极电泳缺陷一般排查方法；
6、电泳投槽简单知识；
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阴极电泳涂装的发展过程
• 1809年，俄国化学家列斯首先发现了胶体粒子在电场作用下
产生电泳的现象。
• 1960年，英国的卜内门公司与里兰公司共同研制成功阳极电
泳涂料。
• 1963年，福特公司建立了世界上第一条完整的电泳涂装线。
• 1969年，美国在电泳涂装线上成功引入超滤技术。
• 1971年，第一代阴极电泳漆在通用汽车公司投入使用。
• 1976年，第二代阴极电泳漆在通用公司成功应用。
• 日本和英国1977年由美国引进技术后，其汽车涂装从78-79
年向阴极电泳涂装转化。
• 80年代中期，美、德、日等开发厚膜型阴极电泳涂料。
• 90年代末，顺应环保法规要求的无铅电泳涂料相继投入应用
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电泳涂料开发经过及未来
第Ⅰ代 第Ⅱ代 第Ⅲ代 第Ⅳ代 第Ⅴ代 第Ⅵ代
开发
方向
涂膜性能 涂膜性能、作业
性、表观
附加特殊功能 新技术 地球环境
类别 AED CED CED CED CED CED
初期的
CED
高泳透性
防锈性
良好的槽液稳定
性
防锈钢板适应性
高泳透性
防锈性
良好的槽液稳定
性
新防锈钢板应性
低温固化性
中厚膜
高泳透性
低温固化性提
高
低加热减量
高防锈性
防锈钢板适应
性
环境适合化
节省资源
节省能源
低成本
高性能
特殊
技术
厚膜型
赋于厚膜适应性
高外观
防锈钢板适应性
端面防锈型
端面防锈性良好
无铅化
薄膜、高抗
针孔
耐石击
高耐候隆
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阴极电泳涂料的发展趋势
传
统
型
C
E
D
环保CED
高耐气泡针孔CED
耐石击CED
高耐候CED 无铅化
VOC削减
无大气污染物
削减工序(省中涂)
镀锌板适应性，良好的
附着力，涂膜外观
节能CED 低温固化
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阴极电泳涂料的主要组成
项目 主要组成
基础树脂 聚酰氨或聚脂改性的环氧树脂
交联树脂 封闭异氰酸树脂
中和剂 有机酸
调整溶剂 醇、醇醚和酮类溶剂
组份 用途
色浆 主要为颜料份
乳液 主要为树脂份
中和剂 用于调整槽液PH值和MEQ值
补给溶剂 用于调节槽液溶剂含量
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阴极电泳涂料的主要分类
阴
极
电
泳
漆
按一次泳涂膜厚
按环保要求
薄膜型
有铅型
厚膜型
无铅型
中厚膜型
节能型
低废气排放
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H+电泳槽液
-
+
R-OH-
R-NHCOO-
阴极电泳反应机理
电解 电渗电沉积电泳
2H2O+2e-—2OH-+H2
R-NH++OH－——R-N+H2O
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相关术语：
电解：任何一种导电液体在通电时产生分解的现象称为电解。一般电解伴
随在一个或两个电极上逸出气体，在电极上分别进行着氧化与还原反应。
在电泳过程中水发生水解，在阴极上放出氢气，在阳极上放出氧气，金属
阳极产生溶解,溶出金属离子。
电泳：在导电介质中的带电荷的胶体粒子在电场的作用下，在阴极电泳过
程中带正电荷胶体树脂离子和颜料离子由电泳过程移向阴极(被涂物)。
电沉积: 漆离子在电极上的沉析现象称为电沉积。在阴极电泳涂装时带正电
荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的离子在阳极聚集。电沉积的第一步是
水的电化学分解(电解)。假使槽液的PH是中性，在阴极上的最初反应形成
氢气和氢氧根离子，这一反应致使在阴极表面区产生高碱性界面层，当阳
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。
电渗: 刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜，在电场的持续作用下,涂
膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称
为电渗。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜，脱水从而使涂膜致密化。
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固化反应
－OH
－OH
基体树脂
＋
NHCOO R
＋
R OOCHN
封闭剂
固化树脂
OH－
OH－
反应基
烘干
热
(固化触媒)(NCO封闭物)
-OOCHN
NHCOO-
＋ ROH
封闭溶剂脱离
架桥构造
阴极电泳涂料固化机理
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术语介绍:
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简单的电泳工艺图
电泳槽
阳极循环系
统
供给去
离子水
超滤系统（UF)
袋式过滤器
超滤液去
喷淋系统
阳极
循环泵
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涂三电泳线工艺设备图
EDRO
电泳主槽 UF1洗 UF2洗 纯水洗备用槽
UF UF贮槽
主要阀门示意
球阀
电子自动控制阀
球阀
纯水
工水
冷水
去轴封
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电泳涂装设备－ 槽液循环系统
电泳主槽
必须保证的最低循环量：4倍槽液
量/hr
必须保证的最低表面流速：
必须保证的主副槽液位落差：
必须保证槽底无喷射死角
必须保证适当的过滤精度
必须保证良好的温控换热系统
考滤倒槽积漆的回收
电泳主槽内衬玻璃钢，耐2万伏电压
其它各槽可采用不锈钢或内衬玻璃钢
循环量不够可能造成槽底沉积和工件表面
沉积。
表面流速低可能造成工件表面沉积。
槽体内衬玻璃钢脱落可能造成涂料反复沉
积溶解、槽壁腐蚀、漏电威胁人身安全。
良好的过滤是保证涂膜无颗粒的重要措施。
循环和电泳换热，控制槽液温度必不可少。
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电泳涂装设备－热交换系统
• 电泳槽液在生产过程中要求恒温，因此循环的
槽液要有热交换系统和足够的换热能力
• 热交换介质温度要求：
降温： 5 ～ 15℃
升温： < 50℃
长时间停产时期一般槽液温度控制：20～25℃
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电泳涂装设备－整流电源
• 电泳涂膜的沉积需要直流电源
• 整流设备的电流容量、电压调整范围适应生产
要求，一般 I =0 ~ 1500A；V = 0 ~ 450V
• 整流要求－整流输出电压的脉动率：< 5%
• 软启动方式：升压时间调整
• 多段电压设计
• 多段电压应用中防止串电
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电
压
分
段
一段电压
三段电压
二段电压
t1 t2
一段电压 t1启动时间
t2通电时间
t1 t2 t3
t1启动时间
二段电压
t2、 t3通电时间
电泳电流与时间的关系
I
T
电泳膜厚与时间的关系
M
T
★两侧极板面积或电压不同可能存涂膜不均；
★极距要求大于30cm,极距不同可能存在涂膜不均；
★直流脉动率过大可能导致涂膜粗糙或针孔；
★有必要测量、记录单个阳极的电流，阳极膜的老
化、堵塞会造成膜厚的不均匀，PH低下。
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电泳涂装设备－阳极系统
直流电源
阳极
阳极膜
阳极液
阳
极
分
类
板式阳极
弧型阳极
管式阳极
电场分布不均匀、维护难
电场分布较均匀、易维修
用于底部阳极、易溶解
通
电
方
式 入槽通电
带电入槽
裸露阳极
电场分布均匀、易维修
极
液
管
理
管式阳极为浸入有效面积
板式、弧型浸入正面面积
与工件面积比：>1：4 ~ 6
阳
极
面
积
手动控制
自动控制
电泳涂装中使用隔膜阳极是为了维持槽液的酸量平衡
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• 电泳后冲洗系统包括半UF喷淋、UF浸洗、纯水洗或EDRO水洗。
• 后冲洗水与槽液的总体平衡系统是保证系统正常支行的关键。故对关键
性液位控制系统的加强管理十分重要。
• 对无铅电泳底漆应在纯水进电泳系统前加紫外线杀菌装置，有EDRO系统
的生产线应在EDRO干净水出口加紫外线杀菌装置。
• 较大流量的UF液可降低损耗，提高后清洗效果。
• EDRO系统在电泳后冲洗中的应用，使纯水洗槽的涂料也能得到有效的回
收利用，进一步提高了涂料的回收利用率，降低了排放污染；但由于涂
料中不可避免的窜槽污染，定期对后冲洗水或UF液进行排放也有必要。
电泳涂装设备－后冲洗系统
浓缩液回主槽或UF洗槽
新鲜UF液
DIW冲洗UF-2浸洗UF-1冲洗ED主槽
EDRO
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后冲洗－涂料回收效率
涂料回收率＝
�1－（最后回收水NV / 槽液NV）�×100％
一般 UF 水洗系统的回收率： 95 ~ 97%
UF水洗�RO系统的回收率： 98 ~ 99%
更大的UF能力和采用EDRO装置，有利于提高涂
料的回收利用率。
最佳状态为UF零排放
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电泳涂装设备－超滤系统
电泳底漆
电泳底漆
UF液
卷式超滤管
UF液
电泳底漆
管式、毛细管式超滤管
管式超滤膜体积大，数量多、
更换成本低、使用经济。
卷式超滤膜体积小，占地面
积小，透过量大清洗方便，
更换成本高。
超滤液需求量过低则后冲洗不净，损耗量增大。
超滤液需求量一般按单位时间冲洗面积和设计生产能力进行计算。
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膜元件结构详图 :
原漆
透过液
流通网
漆液
漆液
流道网
集液管 UF膜
膜
透
过
液
浓
缩
漆
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电泳涂装设备－RO系统
1．反渗透装置工艺流程图 ：
纯
水
泵
高
压
泵
反渗
透膜
组件
纯水
储槽
精密
过滤
器
原
水
泵
原
水
箱
多介
质过
滤器
活性
炭过
滤器
阻垢剂
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2．反渗透原理：
渗透：稀溶液中的水分子通过半透膜向浓溶液中扩散的现象，称为渗透。半透
膜的作用是只有水分子能够通过，而其它盐分不能通过。当这种自然渗透达到平衡
状态时，两种溶液间形成的高度差，称为渗透压。
反渗透：即在�溶液�施加一定的�力以克服自然的渗透�，使�溶液中的水分
子向稀溶液中渗透，形成与渗透相反的�象，称�反渗透。
浓溶液
初始状态
半透膜
稀溶液 浓溶
液
稀溶
液
渗透及渗透
平衡状态
半透膜
渗
透
压
浓溶
液
反 渗 透
状态
半透膜
稀溶
液
加压
见下图所示：
【反渗透过程】
进
水
浓
水
高压
泵 半透
膜
【反渗透过程】根据反渗透原理可知，渗透和反渗透必须与具有允许溶剂（水分子）透过和半透膜联系在一起时,才会出现渗透现象和
反渗透操作。
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电泳涂装工艺控制点
磷化底材 槽液参数 通电时间 施工电压 槽液温度
烘烤温度
与时间
后冲洗
涂膜质量
阳极过滤 超滤底材粗糙度
机械颗粒
油渍
花斑
磷化渣
条痕
滴水电导
启动时间
高压时间
低压时间
极液电导
低压电
压
高压电
压
电压损
失
脉动率
槽液温
度
各槽参
数
炉温分
布
冲洗压
力
烘烤时
间
电极接触
滤袋孔径
更换条件
过滤压差
极液颜色
极板蚀度
进出压差滤液流量
进出压差
膜管清洗 无铅杀菌
液位平衡
EDRO流量
涂膜厚度
固化程度
表观状况
理化性能
纯水
纯水电导
纯水 PH
无铅杀菌
固体份
灰份
溶剂含
量
MEQ值
外观水
膜
介质温
度
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电泳涂装对磷化底材的要求
底材粗糙度
机械颗粒
油渍
花斑
磷化渣
条痕 电泳条痕
滴水电导高
电泳粗糙、颗粒
电泳颗粒
电泳花斑
电泳粗糙，影响槽液稳定
电泳缩孔、针孔、花斑
电泳粗糙、桔皮
现 象 导致涂膜弊病 电泳涂料对底材的要求
无条痕
无磷化渣
无花斑
无颗粒
Raa低于
无油渍
低于20us/cm
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电泳涂料对磷化膜的要求
磷化方式 喷涂型磷化 浸渍型磷化
外观 磷化膜致密均一 磷化膜致密均一
膜重（g /
m2)
~ 2 1 ~ 3
结晶（um) 5 ~ 15 2 ~ 7
P 比（％） > 70 % > 85 %
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控制项目 控制范围 检查频次
槽液参数 按产品要求 1次/日
施工电压 按产品要求 2次/班
槽液温度 按产品要求 2次/班
设备压力 按产品要求 2次/日
纯水 按产品要求 2次/班
烧烤温度 按产品要求 2次/班
涂膜状况 按产品要求 1次/班
涂层厚度 按产品要求 2次/班
涂膜性能 按产品要求 1次/月
电泳涂装工艺管理
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电泳涂装槽液全检报告
一
般
由
涂
料
厂
家
每
月
提
供
一
份
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电泳涂膜理化性能(例)
项目 指标
涂膜性能
外观 OK
60°光泽 40以上
铅笔硬度 H以上
柔韧性 2mm合格
附着力 100/100
耐冲击性
（杜邦式、500g、1/2cm）
50cm以上
耐盐雾性
划叉单侧剥离
3mm以下
1000Hr以上
膜厚 20~30 μm
烘烤条件 165℃×20分（keep）
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电泳涂装槽液参数调整
涂
膜
厚
度
电压
槽液固体份
温度
溶剂含量
涂膜厚度正向影响因素 涂膜厚度逆向影响因素
涂
膜
厚
度
磷化膜厚度
杂离子浓度
槽液返溶性
灰份
通电时间
MEQ值
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电泳涂膜蔽病调查方法
• 通用调查方法
• 各槽液油污染调查方法
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工序挂板对比排除法
• 是在生产现场采用对比法，在每一工序或连
续随车挂板，通过对比、比较找出问题所在
工序的一种调查方法。
• 该方法适用于电泳涂膜蔽病产生工序查找，
事实上大部分电泳涂膜蔽病在找到产生的工
序后，很容易找出问题根源。
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工序挂板对比排除法图解
前处理 电泳 0次水洗 UF喷淋UF浸洗 纯水洗 淅水区 烧烤
挂板1#：白板
挂板2#：白板
挂板3#：磷化板
实验室
挂板4#：磷化板
挂板5#：磷化板
试片5#：磷化板挂板6#：磷化板
挂板7#：磷化板
挂板8#：磷化板
挂板9#：磷化板
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工序挂板对比排除法分析
挂
板
1
#
：
白
板
挂
板
2
#
：
白
板
有无差异
检
查
前
处
理
工
段
检
查
电
泳
工
段
无 有
挂
板
1
#
：
白
板
挂
板
3
#
：
磷
化
板
有无差异
无 有
检
查
电
泳
工
段
前
处
理
工
段
问
题
挂板3#：磷化板
挂板4#：磷化板
挂板5#：磷化板
挂板6#：磷化板
挂板7#：磷化板
挂板8#：磷化板
挂板9#：磷化板
电
泳
0
次
水
洗
UF
喷
淋
UF
浸
洗
纯
水
洗
淅
水
区
烘
烤
实
验
室
将有问题挂板没通过的工序排除，就找到了问题产生工序
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电泳各槽液油污染调查方法
• 一般将一枚200*100*试片在实验
室电泳后， ½浸入被调查槽液中， ½露
在水面上，浸10分钟，实验室烘烤。考
核浸入面缩孔状况与界面缩孔状况。确
认槽液是否油污染。
• 该法适用确认后冲洗各槽是否被油污染。
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电泳各槽液油污染调查方法图解
未浸入面
界面
浸入面
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电泳涂装槽液异常分析详图
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～
电泳涂料烘干窗（例）：
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电泳投槽一般知识：
电泳涂料的涂装质量与槽液中杂质含量密切相关，
微量的杂质可能导致严重的涂装弊病，甚至造成槽液报
废。
杂质含量的控制应从初次建浴开始，对整个电泳设
备进行完全彻底的清洗，尤其是清除油污油脂等杂质，
以保证电泳原漆不受污染。
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一、清洗步骤：
1、清洗前的确认
2、清洗材料的确认
3、手工清扫、擦净
4、连续清洗
5、其他：
⑴ 在循环清洗时，要结合考核表面流速，并调整表面喷 射压 力及注
意主副槽液面落差，设定导流板；
⑵ 考核主槽液位，如有液位的波动，应及时找出原因（阳极/换热器）；
⑶ 观察冲洗各工位的喷射状况，有必要调整之。零次喷淋间隙确认；
⑷ 记录各泵在冲洗时的压力。
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二、投槽步骤：
1、事前确认
2、涂料建浴
3、涂料熟化
4、配制阳极液：
5、其它：
1、建浴固体份，灰份为便于调整槽液，建议建浴固体份为17~19%为便于调
整颜基比，建议建浴灰分为15－17%；
2、建浴过程异常处置
• 泄漏：将造成超滤液或槽液损失，要尽最快速度修理；
• 液位上升或下降：亦是由于泄漏造成，要找到发生原因，尽快排除；
• 泡沫过多：由于泵吸入空气或液面调节不当所致，要及时调整。
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电泳新线清洗投槽
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电泳漆混槽
• 电泳涂料在提高涂料档次或处理问题槽液时需要更换新型涂料。
• 在更换新型涂料时先应对原槽液进行确认并进行混全试验，实际
更换时可采用逐步加入新型涂料不断置换的方式。
• 在更换之前可先对槽液进行倒槽处理，并对后冲洗各槽液进行更
新，补加中和剂和补给溶剂调整参数到工艺范围。
• 换型更新周期、置换率计算。
置换率Si = 〔 Mi+ Si-1×Q-(Mi/ Q+ Si-1) ×mi-1 ×t 〕/ Q
Si ：第I日置换率； Mi ：第I日加漆量； Si-1 ：前日置换率
Q ：槽液折为原漆总量； mi-1：前日产量； t ：单车平均消耗
更新周期. = 加漆总量 / 槽液原漆总量
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槽液置换率
☆
.
☆
.
☆
.
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