轻卡车架电泳漆膜附着力不良的原因分析及解决方案

向丽琴，吴吉霞

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

轻卡车架一般由4 ~ 6 mm厚的热轧钢板经冲压成型、铆接或焊接而成。车架属于车下部件，使用条件苛刻，对防腐性能的要求极高。早期热轧钢板涂装的主要流程为“酸洗除氧化皮→冲压成型→清洗或磷化→烘干→浸涂沥青底漆→烘干→浸涂沥青清漆”，后来改为水性浸涂和阳极电泳，目前的典型涂装工艺则是磷化后阴极电泳涂装或喷涂粉末涂料，涂层的耐蚀性显著提高，并且符合环保要求[1]。其中阴极电泳涂装因其安全、环保、涂料利用率高、可自动化生产、漆膜防腐性能好等优点，已被绝大部分轻卡生产厂家用于车架涂装[2]。

1 问题描述

某轻卡车架涂装生产线为新建生产线，在前处理、电泳投槽后开展工艺调试和质量验证时发现部分车架电泳漆膜附着力不良。如图1所示，在按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》测试时附着力大于1级，不满足附着力小于等于1级的要求，并且个别未划格的区域也能被粘贴的胶带拉掉(见图2)。

图1 车架电泳漆膜划格试验结果Figure 1 Cross-cut test result of electrophoretic coating on truck frame

图2 车架电泳漆膜非划格区被胶带粘贴掉漆Figure 2 Exfoliation of electrophoretic coating after removing the adhesive tape at the area without cross cut

该涂装生产线为商用车车架涂装线，主要生产轻卡车架和客车底盘车架，生产节拍为64 UPH(指每小时生产的车架数)，前处理电泳为步进式，采用自行小车输送方式，一挂4个车架。具体工艺流程为：热水洗→脱脂→水洗→表面调整→磷化→水洗→去离子水洗→阴极电泳→超滤液洗→去离子水洗→电泳烘干→下线。

同一挂生产的车架，相同部位的漆膜附着力有的合格，有的不合格；同一台车架，不同部位的漆膜附着力有的合格，有的不合格。总之，漆膜附着力不良现象没有规律。

2 原因分析

导致电泳涂装附着力不良的因素有很多，最常见的有脱脂不良，漆膜烘烤不足而固化不完全。另外，底材与前处理不匹配，磷化成膜质量差，工件电泳前被污染，电泳槽液颜基比失调，电泳漆膜过烘烤等，都有可能导致电泳漆膜附着力不良。

核对脱脂、表调、磷化、电泳等前处理工序的工艺参数，发现它们都在管控范围之内；对涂装过程进行排查，排除了电泳涂料导致附着力不良；检查电泳烘干状态，排除了烘烤不足或者不良。因此，从车架涂油量、脱脂效果、磷化成膜质量、基板表面质量等方面着手，进行逐一分析。

2.1 车架涂油过量

车架工件表面涂油量非常大，部分工件存在淌油、滴油的情况(见图3)，导致涂装前脱脂负担重，存在除油不净的风险。

图3 车架表面涂油状态Figure 3 Greased surfaces of truck frame

2.2 脱脂效果不良

因车架工件为灰黑色，在现场观察时条件有限，脱脂后目视无法准确判断工件表面是否除油干净。于是收集现场车架各部件所用油品，并定量涂抹在200 mm × 100 mm的普通车架热轧钢试板表面，放置7 d后采用现场脱脂工作液进行除油试验，温度(50 ± 1) °C，游离碱度(10 ± 1)点，以约120次/min的频率手工摆动，脱脂时间根据脱脂效果而定，为3 ~ 5 min。试板表面油脂被完全除净时表面水膜连续，润湿率(指水膜面积占总面积的百分数)为100%；反之，水膜不连续，润湿率小于100%。除油时间越短，而润湿率越高，除油效果就越好。

从表1可知，部分油品难以除净，如7号、8号、10号等，此类油品使用在工件上后，在涂装过程中可能存在脱脂效果不良的现象，最终引起漆膜附着力不良的质量问题。

表1 涂覆不同油品的试板除油不同时间后的润湿率Table 1 Wettability of specimens coated with different oils after degreasing for different time

2.3 磷化效果不佳

为了进一步分析磷化是否对电泳漆膜附着力产生不良影响，采用车架纵梁冲孔边角料(属于普通热轧钢板，氧化膜未去除)为基板，在现场随线进行磷化，并用Hitachi TM4000plus扫描电镜(SEM)观察磷化膜的表面形貌。如图4所示，磷化效果不佳，磷化膜稀疏、不连续，晶粒粗大，呈支状和片状，表面存在大量裂缝和破损的缺口，但是缺口处的磷化膜完整，呈均匀致密的粒状。

图4 车架普通热轧钢板上磷化膜的扫描电镜图像Figure 4 SEM image of phosphating film on hot-rolled steel sheet of truck frame

采用宝钢的水洗抛丸热轧钢板(简称BMD板)随线磷化。从图5可知，BMD板表面的磷化膜呈均匀、致密的粒状结构，颗粒尺寸约为2 µm。

图5 车架BMD板磷化膜的扫描电镜图像Figure 5 SEM image of phosphating film on BMD sheet of truck frame

热轧钢板表面一般存在致密的氧化膜，在冲压成型、铆焊、转接等过程中部分氧化膜会破损和脱落。图4中的缺口应该就是氧化膜破损脱落所致，该处磷化成膜良好，形貌与BMD板表面磷化膜相近。氧化膜未破损处的磷化膜形貌则较差。

对车架涂装前纵梁表面冲压缺陷取样分析，如图6所示，样片表面存在明显的冲压缺陷，在扫描电镜下观察可见部分氧化膜已脱落，呈疏松的片状分布。这说明氧化膜与基材之间的结合力不良，直接对其电泳所得的漆膜附着力也就不良。

图6 车架表面氧化膜被破坏部位的数码照片(a)和电子显微图像(b)Figure 6 Digital photo (a) and electron micrograph (b) of oxide film at the defective area on the surface of truck frame

对车架普通热轧钢板表面不同部位的氧化膜进行批量打磨或不打磨，随线涂装后检测电泳漆膜附着力。结果显示，氧化膜被打磨去除的部位上电泳漆膜的附着力100%为0级，而氧化膜未打磨区域的漆膜附着力不合格。这进一步证明了普通热轧钢板表面氧化膜的存在是导致车架电泳漆膜附着力不良的关键因素。

3 解决措施

3.1 车架工件油品管控

严格管控板材从生产、储存到冲压成型过程所用的防锈油和拉延油品，统一采用经过涂装确认的适宜油品，严格规范和控制各环节的涂油量，防止涂油过量。

3.2 车架普通热轧钢板上氧化膜的清除

为保证车架涂层的初始附着力和长期防腐性能，磷化前必须清除普通热轧钢板表面的氧化膜。

普通热轧钢板氧化膜的去除方法有化学法、机械法以及化学法与机械法相结合。化学法一般指酸洗，酸洗板表面质量好、防腐性能佳，但酸洗过程存在酸污染，如在涂装区域内操作，酸雾对涂装设备危害大。传统机械法一般为干式抛丸或喷砂，获得的板材表面较粗糙，防腐性能不如酸洗板。新型湿式抛丸在水下进行，得到的板材表面质量好，粗糙度可控，效果与酸洗接近。有些时候去除氧化膜是在出厂前由钢材厂家统一进行，也有些时候是由车架及零部件生产厂家负责。国内少数钢材厂家已实现湿式抛丸量产，如太钢的ESP技术和宝钢的BMD技术。

本工艺的生产线在设计时并未规划抛丸线，初投产阶段所有车架板材均为普通热轧钢板。全系改用宝钢BMD板后氧化膜的去除率在99%以上，车架电泳漆膜附着力不良的问题得以解决。

4 结语

车架电泳涂装要取得良好的防腐蚀涂层，在生产过程中应对人、机、料、法、环、测等各个环节进行严格把关，吸取行业内前辈们已达成的共识和积累的经验，尽可能防止涂装失效。