車身電泳不能成膜的原因分析

    慧聰表面處理網訊：張菊香（上海大眾汽車有限公司質保實驗室，上海201805)

    摘要：車身電泳漆膜質量直接影響汽車的防腐效果和外觀。採用化學方法、掃面電鏡微觀分析和能譜成分分析理化檢測方法，對車身衝壓件局部電泳不能正常成膜的原因進行了分析，研究表明：產生缺陷的鋼板表面含矽氧，阻止了磷化膜的形成，不利於表面塗裝，導致電泳無法正常成膜。此次缺陷分析，為汽車廠和衝壓件生產廠找到了一種方便快捷的鋼板表質量控制方法，從而降低車身電泳缺陷。

    關鍵詞：車身；電泳;塗膜缺陷

    中圖分類號:TQ639.8 文獻標識碼:A 文章編號:0253-4312(2014)10-0061-04

    電泳塗層是車身最重要的防腐層，直接影響汽車的壽命和外觀。漏底、針孔等塗膜弊病在汽車電泳過程中比較容易出現，產生缺陷的原因主要是由電泳塗裝工藝和白車身鋼板質量造成的。對電泳塗裝工藝引起的塗膜缺陷已有較多研究[1-3]，而白車身鍍鋅鋼板質量往往是容易被大家忽視的問題，相關研究也較少。實際上，在汽車生產過程中，電泳塗裝工藝一般是比較穩定的，但車身鋼板種類眾多[4-5]，而且很多衝壓件來自不同的供應商，供應商採購鋼板的途徑各異，導致鋼板質量不穩定。因此鋼板表面質量成為目前產生車身電泳缺陷的重要原因之一。本研究針對汽車衝壓件局部電泳不能形成塗膜的情況，結合SEM掃描電鏡和EDX能譜成分分析，找到了一種成本低且方便快捷的檢驗方法，可以有效地控制車身鋼板的批量質量，降低汽車車身電泳缺陷，提高整車防腐性能。

    1、缺陷描述

    車身經過前處理和電泳後，某個衝壓件表面出現灰色斑點，如圖1所示。

    圖1中斑點處有明顯的凹凸感，可見沒有電泳塗料沉積，即電泳塗料沒有形成完整的塗膜，斑點間的塗膜結合力也很差，用手指甲輕輕一刮，塗膜全部脫落。經查看，整個汽車車身除了這個衝壓件，其他部位和其他衝壓件均為沒有出現同樣的缺陷，因此可以推斷塗裝工藝沒有發生異常。為了找到失效原因和解決措施，需要對該衝壓件的鋼板進行進一步分析。

    2、實驗方法

    2.1化學方法

    硫酸銅溶液與金屬鋅接觸迅速發生置換反應，生成黑色硫酸鋅。如果鍍鋅層表面存在保護層，且這個保護層難溶於硫酸銅溶液，即可以阻礙置換反應的發生，從而減緩黑色硫酸鋅的生成。化學試劑採用5%硫酸銅，首先用無水乙醇擦拭乾淨鋼板，確保鋼板表面無油脂等汙染物，分別在正常鋼板和問題鋼板表面滴5%的硫酸銅，在30s、1min和15min靜置觀察表面變化。

    2.2掃描電鏡SEM及EDX能譜分析

    採用掃描電鏡SEM觀察鋼板的微觀形貌63，EDX能譜成分分析檢測鋼板表面成分。分析前用超聲波清洗鋼板，避免不清潔的鋼板表面幹擾分析結果。對鋼板進行進一步磷化處理，以獲得新鮮的磷化膜，採用掃描電鏡SEM觀察並分析磷化膜的微觀形貌和成膜情況。

    3、結果與分析

    3.1化學方法結果與分析

    化學法實驗結果如圖2所示

    圖2中（a)、(b)、(c)的左側為正常鋼板，右側為缺陷鋼板，從鋼板外觀看，2種鋼板表面都呈現均勻的銀白色，沒有明顯的區別。在滴硫酸銅溶液後，從圖2中可以清晰地看到，正常鋼板在30s內迅速變黑，缺陷鋼板在1min後才慢慢開始變黑，15min後才完全變黑，因此可以判斷缺陷鋼板表面的鍍鋅層表面存在特殊保護層，阻礙和減緩了硫酸銅與鋅置換反應的發生。

    3.2掃描電鏡SEM分析

    化學方法快速判斷缺陷鋼板表面鍍鋅層表面存

    在特殊表面保護層，為了進一步驗證這種特殊的表面保護層會對電泳成膜產生原因，對鋼板表面和磷化膜進行表面微觀形貌分析。

    3.2.1鋼板表面微觀形貌

    分別對正常鋼板和缺陷鋼板進行掃描電鏡SEM微觀形貌分析，鋼板表面的SEM形貌放大100倍的照片如圖3所示。

    2種鋼板的微觀形貌存在明顯差異，正常鋼板表面呈現鍍鋅鋼板典型的微觀形貌，可以看到明顯的鋅花，缺陷鋼板表面幾乎看不到鋅花。缺陷鋼板鍍鋅層表面經過特殊保護層處理後，表面的微觀形貌被保護層所覆蓋，導致掃描電鏡觀察不到鋅層形貌。

    3.2.2磷化膜表面微觀形貌

    從圖3分析可以得出，缺陷鋼板鍍鋅層表面進行了特殊處理，改變了鋼板表面的微觀形貌，但是這個特殊處理層以及不正常的外觀形貌是否可以通過車身塗裝的前處理清潔乾淨，是否會對後續電泳塗裝質量造成不良影響，還需要進一步驗證。因此，對2種鋼板分別在整車正常批量生產的前處理生產線上進行磷化處理，採用掃描電鏡對電泳塗裝起關鍵作用的磷化成膜情況進行微觀分析。磷化膜表面的SEM微觀形貌放大1000倍後的照片如圖4所示。

    正常鋼板磷化膜表面呈灰色，結晶均勻，完整緻密，晶粒尺寸細小，表面形成了微觀多孔結構，便於電泳塗料滲入，有利於電泳塗膜的形成以及獲得良好的塗膜結合力。缺陷鋼板微觀表面光滑平整，沒有磷化膜形成，幾乎沒有多孔結構，電泳塗料無法滲入，因此無法正常成膜，即使有少量電泳沉積，塗膜結合力也非常差，這與本文前面缺陷描述中的車身衝壓件表面灰色斑點以及塗膜結合力差是一致的。

    3.3EDX能譜分析

    通過化學方法和掃描電鏡微觀形貌分析可以看出，產生電泳塗料無法成膜的主要原因是鋼板鍍鋅層表面存在特殊處理層或保護膜，導致無法形成正常的磷化膜。為了進一步探究缺陷的形成原因，對2種鋼板的表面進行EDX能譜成分分析比較。鋼板表面EDX能譜成分分析如圖5所示。

    與正常鋼板的EDX圖相比，缺陷鋼板表面顯示了Si的典型峰值，O的峰值也相對較高，矽氧化合物雖然可以溶於水，但是會在水中會發生水解反應，生成的矽酸或矽樹脂不僅不溶於水，而且會以膠束結構在鋼板表面附著，阻止了磷化膜的形成，導致電泳不能成膜，也會在後續塗裝過程中形成針孔、露底等缺陷。

    4、結語

    車身鋼板表面存在含矽氧化合物的保護層，會導致電泳漆無法成膜，從而進一步影響汽車外觀和車身防腐性能。車身鋼板種類眾多，而且市場上鋼板用途也各異，在電器和建築等用鋼中，很多鋼板不需要後續塗裝處理，為了提高鋼板的耐腐蝕性能，一般會在鋼板表面增加含Si等不利於塗裝的保護鋼板和加強鋼板的批量質量控制是汽車廠商和衝壓件廠生產過程中需要注意的問題。本研究中的化學分析方法快速便捷，不需要昂貴的設備和專業的檢測人員，控制成本較低，因此建議將其作為廠商批量塗裝鋼板常規的質量控制方法之一。

責任編輯：鄭必佳