Die industrielle Elektrotauchlackierung ist eine weit verbreitete Oberflächenbehandlung zum Schutz derMetallgussteileund CNC-Bearbeitungsprodukte vor Korrosion mit schönem Finish. Viele Kunden stellen Fragen zur Oberflächenbehandlung von Metallgussteilen undPräzisionsgefertigte Teile. Dieser Artikel konzentriert sich auf den elektrophoretischen Beschichtungsprozess. Ich hoffe, es wird für alle Partner hilfreich sein.
Bei der Elektrotauchlackierung handelt es sich um eine Beschichtungsmethode, bei der in der Elektrophoreselösung suspendierte Partikel wie Pigmente und Harze mithilfe eines externen elektrischen Felds so ausgerichtet werden, dass sie wandern und sich auf der Oberfläche einer der Elektroden ablagern. Das Prinzip der elektrophoretischen Beschichtung wurde Ende der 1930er Jahre erfunden, aber diese Technologie wurde erst nach 1963 entwickelt und industriell angewendet. Die elektrophoretische Beschichtung ist das praktischste Konstruktionsverfahren für Beschichtungen auf Wasserbasis. Die elektrophoretische Beschichtung zeichnet sich durch Wasserlöslichkeit, Ungiftigkeit und einfache automatische Steuerung aus. Da es sich für die Oberflächenbehandlung leitfähiger Werkstücke (Metallgussteile, bearbeitete Teile, Schmiedeteile, Blechteile und Schweißteile usw.) eignet, hat das elektrophoretische Beschichtungsverfahren schnell breite Anwendung in Branchen wie Automobilen, Baumaterialien und Eisenwaren gefunden und Haushaltsgeräte.
Prinzipien
Das in der kathodischen Elektrotauchlackierung enthaltene Harz verfügt über basische Gruppen, die nach Säureneutralisation ein Salz bilden und sich in Wasser lösen. Nachdem der Gleichstrom angelegt wurde, bewegen sich die negativen Ionen des Säureradikals zur Anode, und die Harzionen und die von ihnen umhüllten Pigmentpartikel bewegen sich mit positiven Ladungen zur Kathode und werden auf der Kathode abgeschieden. Dies ist das Grundprinzip der elektrophoretischen Beschichtung (allgemein als Plattieren bekannt). Die Elektrophoresebeschichtung ist eine sehr komplexe elektrochemische Reaktion, bei der mindestens vier Effekte von Elektrophorese, Elektroabscheidung, Elektrolyse und Elektroosmose gleichzeitig auftreten.
Elektrophorese
Nachdem die Anode und die Kathode in der kolloidalen Lösung eingeschaltet wurden, bewegen sich die kolloidalen Partikel unter der Wirkung des elektrischen Feldes zur Kathoden- (oder Anoden-)Seite, was als Elektrophorese bezeichnet wird. Die Substanz in der kolloidalen Lösung liegt nicht im Zustand von Molekülen und Ionen vor, sondern der gelöste Stoff ist in der Flüssigkeit dispergiert. Die Substanz ist groß und fällt nicht in einen dispergierten Zustand aus.
Galvanische Abscheidung
Das Phänomen der festen Ausfällung aus einer Flüssigkeit wird als Agglomeration (Agglomeration, Ablagerung) bezeichnet, die im Allgemeinen beim Abkühlen oder Konzentrieren der Lösung entsteht, und die elektrophoretische Beschichtung beruht auf Elektrizität. Bei der kathodischen elektrophoretischen Beschichtung sammeln sich positiv geladene Partikel an der Kathode und negativ geladene Partikel (dh Ionen) an der Anode an. Wenn die positiv geladenen kolloidalen Partikel (Harz und Pigment) die Kathode (Substrat) erreichen, werden nach dem Oberflächenbereich (hochalkalische Grenzschicht) Elektronen erhalten und reagieren mit Hydroxidionen zu wasserunlöslichen Substanzen, die sich auf der Kathode ablagern ( lackiertes Werkstück).
Elektrolyse
In einer Lösung mit Ionenleitfähigkeit werden Anode und Kathode an Gleichstrom angeschlossen, Anionen werden von der Anode und Kationen von der Kathode angezogen und es kommt zu einer chemischen Reaktion. Die Anode erzeugt Metallauflösung und elektrolytische Oxidation, um Sauerstoff, Chlor usw. zu erzeugen. Die Anode ist eine Elektrode, die eine Oxidationsreaktion erzeugen kann. An der Kathode wird das Metall abgeschieden und das H+ elektrolytisch zu Wasserstoff reduziert.
Elektroosmose
Nachdem die beiden Enden (Kathode und Anode) von Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, mit Energie versorgt werden, wird das Phänomen, dass die Lösung mit niedriger Konzentration zur Seite mit hoher Konzentration wandert, als Elektroosmose bezeichnet. Der gerade auf der Oberfläche des beschichteten Gegenstands abgeschiedene Beschichtungsfilm ist ein semipermeabler Film. Unter der kontinuierlichen Wirkung des elektrischen Feldes dialysiert das im Schmierfilm enthaltene Wasser aus dem Film und gelangt in das Bad, um den Film zu entwässern. Das ist Elektroosmose. Elektroosmose verwandelt den hydrophilen Beschichtungsfilm in einen hydrophoben Beschichtungsfilm, und durch Dehydrierung wird der Beschichtungsfilm dichter. Die nasse Farbe kann nach dem Schwimmen mit einer guten Elektroosmose-Elektrophoresefarbe berührt werden und ist nicht klebrig. Die am nassen Lackfilm anhaftende Badflüssigkeit können Sie mit Wasser abspülen.
Eigenschaften der Elektrotauchlackierung
Der elektrophoretische Lackfilm bietet die Vorteile von Fülle, Gleichmäßigkeit, Ebenheit und glatter Beschichtung. Die Härte, Haftung, Korrosionsbeständigkeit, Schlagfestigkeit und Durchlässigkeit des Elektrotauchlackfilms sind deutlich besser als bei anderen Beschichtungsverfahren.
(1) Es wird wasserlösliche Farbe verwendet, Wasser wird als Lösungsmedium verwendet, was viele organische Lösungsmittel einspart, Luftverschmutzung und Umweltgefahren erheblich reduziert, sicher und hygienisch ist und die versteckte Brandgefahr vermeidet;
(2) Die Lackiereffizienz ist hoch, der Farbverlust ist gering und die Ausnutzungsrate der Farbe kann 90 % bis 95 % erreichen;
(3) Die Dicke des Beschichtungsfilms ist gleichmäßig, die Haftung ist stark und die Beschichtungsqualität ist gut. Jeder Teil des Werkstücks, wie die Innenschicht, Vertiefungen, Schweißnähte usw., kann einen gleichmäßigen und glatten Beschichtungsfilm erhalten, was das Problem anderer Beschichtungsmethoden für komplex geformte Werkstücke löst. Das Malproblem;
(4) Die Produktionseffizienz ist hoch und die Konstruktion kann eine automatische und kontinuierliche Produktion realisieren, was die Arbeitseffizienz erheblich verbessert;
(5) Die Ausrüstung ist komplex, die Investitionskosten sind hoch, der Stromverbrauch ist hoch, die zum Trocknen und Aushärten erforderliche Temperatur ist hoch, die Verwaltung von Farbe und Lackierung ist kompliziert, die Baubedingungen sind streng und eine Abwasserbehandlung ist erforderlich ;
(6) Es dürfen nur wasserlösliche Farben verwendet werden und die Farbe kann während des Beschichtungsprozesses nicht verändert werden. Die Stabilität der Farbe ist nach längerer Lagerung nicht einfach zu kontrollieren.
(7) Die elektrophoretische Beschichtungsausrüstung ist kompliziert und der Technologiegehalt ist hoch, was für die Herstellung fester Farben geeignet ist.
Einschränkungen der Elektrotauchlackierung
(1) Es ist nur für die Grundierung leitfähiger Substrate wie Maschinenteile aus Eisenmetallen und Nichteisenmetallen geeignet. Nicht leitende Gegenstände wie Holz, Kunststoff, Stoff usw. können mit dieser Methode nicht beschichtet werden.
(2) Das elektrophoretische Beschichtungsverfahren eignet sich nicht für beschichtete Objekte, die aus mehreren Metallen bestehen, wenn die Elektrophoreseeigenschaften unterschiedlich sind.
(3) Das elektrophoretische Beschichtungsverfahren kann nicht für beschichtete Gegenstände verwendet werden, die hohen Temperaturen nicht standhalten.
(4) Die elektrophoretische Beschichtung ist nicht für Beschichtungen mit eingeschränkten Farbanforderungen geeignet. Elektrophoretische Beschichtungen unterschiedlicher Farben müssen in unterschiedlichen Rillen aufgetragen werden.
(5) Die elektrophoretische Beschichtung wird für die Kleinserienproduktion nicht empfohlen (die Erneuerungszeit des Bades beträgt mehr als 6 Monate), da die Erneuerungsgeschwindigkeit des Bades zu langsam ist, das Harz im Bad altert und sich der Lösungsmittelgehalt ändert stark. Das Bad ist instabil.
Schritte der Elektrotauchlackierung
(1) Für die elektrophoretische Beschichtung allgemeiner Metalloberflächen ist der Prozessablauf: Vorreinigung → Entfetten → Waschen mit Wasser → Entrosten → Waschen mit Wasser → Neutralisieren → Waschen mit Wasser → Phosphatieren → Waschen mit Wasser → Passivierung → elektrophoretische Beschichtung → Reinigung des Tankdeckels → Ultrafiltrationswasserwaschen → Trocknen → offline.
(2) Das Substrat und die Vorbehandlung des beschichteten Objekts haben einen großen Einfluss auf den elektrophoretischen Beschichtungsfilm. Metallgussteile werden im Allgemeinen durch Sandstrahlen oder Kugelstrahlen entrostet, Baumwollgarn wird verwendet, um schwebenden Staub auf der Oberfläche des Werkstücks zu entfernen, und Sandpapier wird verwendet, um verbleibende Stahlkugeln und andere Ablagerungen auf der Oberfläche zu entfernen. Die Stahloberfläche wird entfettet und entrostet. Wenn die Oberflächenanforderungen zu hoch sind, sind Phosphatierungs- und Passivierungsoberflächenbehandlungen erforderlich. Eisenmetallwerkstücke müssen vor der anodischen Elektrophorese phosphatiert werden, da sonst die Korrosionsbeständigkeit des Lackfilms schlecht wird. Bei der Phosphatierungsbehandlung wird im Allgemeinen ein Zinksalz-Phosphatierungsfilm mit einer Dicke von etwa 1 bis 2 μm ausgewählt, und der Phosphatfilm muss feine und gleichmäßige Kristalle aufweisen.
(3) Im Filtersystem wird im Allgemeinen die Primärfiltration verwendet, und der Filter ist eine Netzbeutelstruktur. Der Elektrotauchlack wird zur Filtration durch eine vertikale Pumpe zum Filter transportiert. In Anbetracht des umfassenden Austauschzyklus und der Qualität des Lackfilms ist der Filterbeutel mit einer Porengröße von 50 μm der beste. Es kann nicht nur die Qualitätsanforderungen des Lackfilms erfüllen, sondern auch das Problem der Verstopfung des Filterbeutels lösen.
(4) Die Größe des Zirkulationssystems der elektrophoretischen Beschichtung hat direkten Einfluss auf die Stabilität des Bades und die Qualität des Lackfilms. Durch die Erhöhung des Zirkulationsvolumens werden Ausfällungen und Blasen der Badflüssigkeit reduziert; Allerdings beschleunigt sich die Alterung der Badflüssigkeit, der Energieverbrauch steigt und die Stabilität der Badflüssigkeit verschlechtert sich. Es ist ideal, die Zykluszeiten der Tankflüssigkeit auf 6–8 Mal pro Stunde zu steuern, was nicht nur die Qualität des Lackfilms garantiert, sondern auch den stabilen Betrieb der Tankflüssigkeit gewährleistet.
(5) Mit zunehmender Produktionszeit nimmt die Impedanz der Anodenmembran zu und die effektive Arbeitsspannung nimmt ab. Daher sollte in der Produktion die Betriebsspannung des Netzteils entsprechend dem Spannungsverlust schrittweise erhöht werden, um den Spannungsabfall der Anodenmembran auszugleichen.
(6) Das Ultrafiltrationssystem kontrolliert die Konzentration der vom Werkstück eingebrachten Verunreinigungsionen, um die Qualität der Beschichtung sicherzustellen. Beim Betrieb dieses Systems ist zu beachten, dass das System nach dem Betrieb kontinuierlich laufen sollte und ein intermittierender Betrieb strengstens untersagt ist, um ein Austrocknen der Ultrafiltrationsmembran zu verhindern. Das getrocknete Harz und Pigment haften an der Ultrafiltrationsmembran und können nicht gründlich gereinigt werden, was die Wasserdurchlässigkeit und Lebensdauer der Ultrafiltrationsmembran ernsthaft beeinträchtigt. Die Wasserausstoßrate der Ultrafiltrationsmembran zeigt mit der Laufzeit einen sinkenden Trend. Es sollte einmal für 30–40 Tage ununterbrochenen Betriebs gereinigt werden, um sicherzustellen, dass das Ultrafiltrationswasser für die Ultrafiltrationslaugung und -wäsche erforderlich ist.
(7) Das elektrophoretische Beschichtungsverfahren eignet sich für den Produktionsprozess einer großen Anzahl von Montagelinien. Der Erneuerungszyklus des Elektrophoresebades sollte innerhalb von 3 Monaten erfolgen. Die wissenschaftliche Leitung des Bades ist äußerst wichtig. Verschiedene Parameter des Bades werden regelmäßig getestet und das Bad entsprechend den Testergebnissen angepasst und ausgetauscht. Im Allgemeinen werden die Parameter der Badlösung mit der folgenden Häufigkeit gemessen: pH-Wert, Feststoffgehalt und Leitfähigkeit der Elektrophoreselösung, der Ultrafiltrationslösung und der Ultrafiltrations-Reinigungslösung, der Anionen-(Anoden-)Polarlösung, der zirkulierenden Lotion und der Deionisierungs-Reinigungslösung einmal ein Tag; Basisverhältnis, Gehalt an organischen Lösungsmitteln und Labortest in kleinen Tanks zweimal pro Woche.
(8) Um die Qualität des Farbfilms zu gewährleisten, sollten die Gleichmäßigkeit und Dicke des Farbfilms häufig überprüft werden und das Erscheinungsbild darf keine Löcher, Durchhängen, Orangenhaut, Falten usw. aufweisen. Überprüfen Sie regelmäßig die physikalischen und chemischen Eigenschaften Indikatoren wie die Haftung und Korrosionsbeständigkeit des Lackfilms. Der Inspektionszyklus entspricht den Inspektionsstandards des Herstellers und im Allgemeinen muss jede Charge überprüft werden.
Oberflächenbehandlung vor der Elektrophorese
Die Oberflächenbehandlung des Werkstücks vor dem Beschichten ist ein wichtiger Bestandteil der elektrophoretischen Beschichtung und umfasst hauptsächlich Entfettung, Rostentfernung, Oberflächenkonditionierung, Phosphatierung und andere Prozesse. Die Qualität der Behandlung beeinträchtigt nicht nur das Aussehen des Films, verringert die Korrosionsschutzleistung, sondern zerstört auch die Stabilität der Lacklösung. Daher muss die Oberfläche des Werkstücks vor dem Lackieren frei von Ölflecken, Rostflecken, Vorbehandlungschemikalien und Phosphatierungsablagerungen usw. sein und der Phosphatierungsfilm muss dichte und gleichmäßige Kristalle aufweisen. Auf die verschiedenen Vorbehandlungsprozesse gehen wir nicht im Einzelnen ein, sondern nennen nur einige Punkte, die besonders hervorzuheben sind:
1) Wenn die Entfettung und der Rost nicht sauber sind, beeinträchtigt dies nicht nur die Bildung eines Phosphatierungsfilms, sondern auch die Haftkraft, die dekorative Leistung und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung. Der Lackfilm neigt zum Schrumpfen und zur Bildung von Nadellöchern.
2) Phosphatieren: Der Zweck besteht darin, die Haftung und die Korrosionsschutzfähigkeit des elektrophoretischen Films zu verbessern. Seine Rolle ist wie folgt:
(1) Aufgrund physikalischer und chemischer Effekte wird die Haftung des organischen Beschichtungsfilms auf dem Substrat verbessert.
(2) Der Phosphatierungsfilm verwandelt die Metalloberfläche von einem guten Leiter in einen schlechten Leiter, wodurch die Bildung von Mikrobatterien auf der Metalloberfläche verhindert, die Korrosion der Beschichtung wirksam verhindert und die Korrosionsbeständigkeit und Wasserbeständigkeit der Metalloberfläche erhöht werden Beschichtung. Darüber hinaus kann nur durch gründliches Grundieren und Entfetten ein zufriedenstellender Phosphatierungsfilm auf einer sauberen, gleichmäßigen und fettfreien Oberfläche gebildet werden. Unter diesem Gesichtspunkt ist der Phosphatierungsfilm selbst die intuitivste und zuverlässigste Selbstkontrolle über die Wirkung des Vorbehandlungsprozesses.
3) Waschen: Die Qualität des Waschens in jeder Phase der Vorbehandlung hat großen Einfluss auf die Qualität der gesamten Vorbehandlung und des Lackfilms. Stellen Sie bei der letzten Reinigung mit entionisiertem Wasser vor dem Lackieren sicher, dass die Tropfleitfähigkeit des beschichteten Objekts nicht mehr als 30 μs/cm beträgt. Die Reinigung ist nicht sauber, z. B. das Werkstück:
(1) Restsäure, phosphatierende chemische Flüssigkeit, Ausflockung des Harzes in der Lackflüssigkeit und Verschlechterung der Stabilität;
(2) Restfremdstoffe (Ölflecken, Staub), Lunker, Partikel und andere Mängel im Lackfilm;
(3) Restelektrolyte und Salze führen zu einer Verschlimmerung der Elektrolysereaktion und verursachen Nadellöcher und andere Krankheiten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. April 2021