I. Что такое электрофоретическое нанесение покрытия

Определение и обзор

Электрофоретическое нанесение покрытия — это процесс, при котором под действием приложенного электрического поля частицы пигмента, смолы и других веществ, находящиеся в суспензии электрофоретического раствора, совершают направленное перемещение и осаждаются на поверхность подложки электрода. В процессе электрофоретического нанесения покрытия под действием электрического поля заряженные частицы перемещаются к электродам и осаждаются на поверхности заготовки. Регулируя напряженность электрического поля и состав электрофоретической ванны, можно контролировать толщину и свойства покрытия.

История развития

Технология электрофоретического нанесения покрытий прошла путь развития, продолжавшийся почти сто лет:

• 1917 год — Первый патент на электрофоретическое нанесение покрытий был выдан Дэвиду и компании ?Дженерал Электрик?.
• 1920-е годы — Данная технология начала применяться для осаждения каучукового латекса.
• 1930-е годы — Опубликованы первые патенты, касающиеся электрофоретического осаждения вододисперсных смол.
• Вторая половина 1950-х годов — Компания ?Форд? приступила к разработке технологии электрофоретического нанесения лакокрасочного покрытия, и эта технология начала приобретать свой современный облик.
• 1963 год — Запущена в эксплуатацию первая коммерческая система электрофоретического окрашивания автомобилей с анодным покрытием.
• 1965 — Опубликован первый патент на продукт, полученный методом катодного электролиза, права на который переданы компании BASF.
• 1970 — Компания PPG Industrial выпустила первый коммерческий продукт для катодного электрофоретического окрашивания.
• 1975 год — Впервые в автомобильной промышленности было применено катодное электрофоретическое окрашивание.
• до сих пор — Около 70% электрофоретического нанесения покрытий в мире приходится на катодную электрофоретическую технологию, что в основном обусловлено широким применением этой технологии в автомобильной промышленности.

II. Особенности и преимущества электрофоретического нанесения покрытий

Подробное описание основных преимуществ

• Полная механизация и автоматизация — Электрофоретическое нанесение покрытия позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс, что не только снижает трудоемкость, но и значительно повышает производительность труда, благодаря чему этот метод подходит для крупносерийного конвейерного производства.
• Высокая степень проникновения — Электрофоретические краски обладают высокой степенью проникновения, полностью растворяются или эмульгируются в воде, а вязкость приготовленного раствора очень низкая, благодаря чему он легко проникает в мешкообразные структуры и щели обрабатываемых изделий, что особенно подходит для нанесения покрытий на поверхности нестандартных проводящих материалов.
• Равномерное и мелкозернистое пленкообразование — Раствор в электрофоретической ванне обладает высокой электропроводностью, благодаря чему ионы краски под действием электрического поля быстро мигрируют и, нейтрализуясь на поверхности обрабатываемого изделия, образуют электронейтральную влажную пленку краски; по мере утолщения влажной пленки сопротивление увеличивается, а количество осаждающихся частиц краски постепенно уменьшается, что позволяет сформировать однородную и мелкозернистую пленку краски.
• Высокая степень использования краски — Коэффициент использования краски высокий — достигает 95% и более, а то и 100%. Благодаря низкому содержанию твердых частиц и низкой вязкости раствора в ванне с объектом нанесения краски уносится мало краски; в частности, благодаря применению технологии ультрафильтрации обеспечивается замкнутый цикл нанесения краски, что позволяет достичь высокого коэффициента рекуперации краски.
• Высокая коррозионная стойкость — Поскольку при электрофоретическом нанесении покрытия под действием электрического поля пленка образуется равномерно, использование этого метода позволяет значительно повысить коррозионную стойкость внутренних полостей, сварных швов и кромок деталей.

III. Ограничения электрофоретического нанесения покрытий

Несмотря на то, что электрофоретическое нанесение покрытий обладает множеством преимуществ, в практическом применении у него также имеются определенные ограничения, которые необходимо учитывать при выборе технологии:

• Подходит для электропроводящих поверхностей, подлежащих нанесению покрытия — Электрофорез можно проводить только при подаче электрического тока, поэтому он подходит для электропроводящих поверхностей (как правило, металлических).
• Ограничения на комбинации различных металлов — Для изделий, состоящих из нескольких металлов с разными электропроводящими свойствами, не рекомендуется применять технологию электрофоретического нанесения покрытия, поскольку некоторые электрофоретические краски могут проявлять несовместимость с ионами таких металлов, как Cu и Sn.
• Требуется отверждение в печи — Влажная пленка электрофоретического покрытия должна пройти процесс сушки, чтобы сформировать плотную лаковую пленку, поэтому для предметов, не выдерживающих высоких температур, нельзя использовать технологию электрофоретического нанесения покрытия.
• Короткий цикл обновления раствора в ванне — Срок замены дна электрофоретической ванны составляет не более 6 месяцев, поэтому электрофоретическое нанесение покрытия не рекомендуется использовать при мелкосерийном производстве.
• Различия в свойствах оснований — Характеристики электрофоретических лакокрасочных покрытий различаются в зависимости от основания.
• Высокие технические требования — Требуется поддержка со стороны высококвалифицированных технических специалистов, особенно в области цветной электрофорезы: для достижения желаемого цветового эффекта неспециалистам может быть довольно сложно самостоятельно подобрать цвета.

IV. Принцип работы электрофоретического нанесения покрытий

Электрофоретическое нанесение покрытий — один из наиболее эффективных методов нанесения покрытий на металлические изделия. При электрофоретическом нанесении покрытий электропроводящий объект, подлежащий покрытию, погружается в ванну с электрофоретическим покрытием низкой концентрации, разбавленным водой, и выступает в качестве анода (или катода), в ванне устанавливается соответствующий анод (или катод), и после подачи постоянного тока между полюсами в течение определенного времени на поверхности обрабатываемого изделия осаждается однородная, плотная и нерастворимая в воде пленка — это и есть особый метод нанесения покрытия.

В процессе электрофоретического нанесения покрытия происходят четыре вида химико-физических изменений: электролиз, электрофорез, электроосаждение и электроосмос.

① Электролиз

Явление, при котором любая электропроводящая жидкость при пропускании через неё электрического тока подвергается разложению, называется электролизом. Например, в водном растворе, содержащем электропроводящую среду, при пропускании постоянного тока на поверхности анода образуется кислород и происходит растворение металла, а на поверхности катода происходит восстановление водорода и осаждение металла — это явление и называется электролизом.

② Электрофорез

Под действием электрического поля заряженные коллоидные частицы мигрируют к электроду с противоположным зарядом; это явление называется электрофорезом. Заряженные частицы в лакокрасочном составе под действием сил электрического поля направленно перемещаются к поверхности заготовки.

③ Электроосаждение

При электрофоретическом нанесении покрытия заряженные частицы (смола и пигменты) под действием электрического поля достигают электрода противоположного заряда, где нейтрализуются ионами H? (анодная электрофореза) или OH? (катодная электрофореза) и превращаются в нерастворимую в воде пленку. Эта пленка отличается высокой стабильностью, плотностью и однородностью. Этот процесс называется электроосаждением.

④ Электроосаждение

Электроосаждение — это обратный процесс электрофореза. Если осажденные под действием электрического поля частицы закрепляются в определённом месте, они перестают перемещаться под действием электрического поля, а дисперсионная среда движется в направлении, противоположном направлению их движения, среди неплотных, рыхлых частиц. Этот электрохимический процесс приводит к выделению растворителя и значительному укреплению механической связи электроосажденной плёнки.

V. Технологический процесс электрофоретического нанесения покрытия

Электрофоретическое нанесение покрытий обычно подразделяется на две категории: проходные установки для непрерывного производства и стационарные установки для периодического производства. В случае проходных установок для непрерывного производства детали с помощью подвесного конвейера объединяются с другими технологическими операциями (предварительная обработка — сушка) в линию непрерывного нанесения покрытий; такое оборудование подходит для крупносерийного производства. Что касается стационарного электрофоретического окрасочного оборудования для прерывистого производства, то заготовки с помощью однорельсовых электроталей или других типов конвейеров, а также других технологических операций (предварительная обработка — сушка) образуют линию прерывистого окрашивания, которая подходит для окраски средних партий.

Предварительная обработка

Путем очистки удаляются с поверхности заготовки загрязнения, такие как масляные пятна и ржавчина, проводится подготовка поверхности и фосфатирование, что повышает адгезию лакокрасочного покрытия.

Конфигурация электрофоретической ванны

Подготовить электрофоретический раствор в соответствии с требованиями к нанесению покрытия, спроектировать конструкцию электрофоретической ванны, контролировать температуру электрофоретического раствора и обеспечить его равномерное распределение.

Циклическая фильтрация

С помощью фильтра удаляют примеси из электрофоретического раствора, а с помощью циркуляционного насоса обеспечивают циркуляцию раствора и регулируют расход.

Окраска под напряжением

Подключить заготовку к электрооборудованию, регулировать напряжение и время нанесения покрытия, чтобы обеспечить требуемую толщину и равномерность покрытия.

Цикл на желобе

Использование циркуляционного насоса в ванне, фильтра и системы регулирования температуры обеспечивает равномерный и стабильный результат окраски.

Отверждение пленки

Следует контролировать температуру и время отверждения, а также выбрать подходящий способ отверждения (термическое отверждение, УФ-отверждение и т. д.), чтобы обеспечить полное отверждение пленки.

Постобработка

Удалить остатки электрофоретического раствора и примеси, проверить и откорректировать качество нанесения покрытия, а также обеспечить надлежащую упаковку для предотвращения повреждений при хранении и транспортировке.

Преимущества катодного электрофоретического нанесения покрытий

При катодном электрофоретическом нанесении покрытия металл, находящийся на катоде, не подвергается окислению; по сравнению с анодным электрофоретическим нанесением такое покрытие имеет более широкое применение. Благодаря использованию системы сверхфильтрации ванна не загрязняется, её обслуживание не представляет сложности, а само покрытие обладает более высокой коррозионной стойкостью. После нанесения покрытие отвердевает в печи отверждения, которая может быть как непрерывного, так и периодического действия. Кривая температуры в процессе отверждения оказывает значительное влияние на качество, поэтому обычно требуется периодический контроль кривой температуры с помощью датчика температуры печи, чтобы гарантировать соответствие кривой температуры технологическим требованиям.

VI. Состав оборудования для электрофоретического нанесения покрытий

Полная система электрофоретического нанесения покрытий состоит из следующего основного оборудования:

Название оборудования	Описание функций
корпус желоба	Основное оборудование для электрофоретического нанесения покрытий, конструкция и эксплуатационные характеристики которого определяют эффективность и качество нанесения покрытия.
Система циркуляции с перемешиванием	Конструкция и характеристики циркуляционной системы определяют течение и обновление краски, что оказывает существенное влияние на качество и равномерность нанесения покрытия.
Электродная установка	Основной узел, обеспечивающий движущую силу электрического поля, который гарантирует направленное осаждение частиц краски.
Устройство для регулирования температуры лакокрасочной смеси	Контроль температуры в помещении, где производится нанесение покрытия, оказывает значительное влияние на саморазливку и пленкообразование лакокрасочного покрытия.
Устройство для подачи краски	Поддерживать стабильную концентрацию электрофоретического раствора для обеспечения стабильного качества нанесения покрытия.
Установка сверхфильтрации	Обеспечить замкнутый цикл процесса окраски и повысить коэффициент утилизации краски.
Вентиляционное устройство	Обеспечить качество воздуха в помещении, где проводится окраска, и удалять вредные газы.
Устройство электропитания	Напряжение и сила тока в источнике питания определяют движущую силу электрофоретического нанесения покрытия, а их стабильность оказывает существенное влияние на качество покрытия.
Устройство для ополаскивания после плавания	Удалить остатки электрофоретического раствора и примеси с поверхности заготовки.
Устройство для хранения краски	Хранение и подготовка электрофоретических покрытий с обеспечением стабильности поставок.

VII. Параметры процесса электрофоретического нанесения покрытия

Характеристики лакокрасочных материалов

Вязкость

Вязкость лакокрасочного покрытия определяет его текучесть в электрическом поле; как слишком высокая, так и слишком низкая вязкость могут повлиять на качество электрофоретического нанесения покрытия.

Содержание твердых веществ

Содержание твердых веществ определяет кроющую способность и толщину пленки лакокрасочного покрытия, а также оказывает значительное влияние на внешний вид и эксплуатационные характеристики покрытия.

Сопротивление

Удельное сопротивление лакокрасочного покрытия определяет его способность к накоплению заряда в электрическом поле и оказывает существенное влияние на равномерность и качество электрофоретического нанесения.

Состав краски

В состав электрофоретических лакокрасочных материалов входят смолы, пигменты, растворители, добавки и т. д.; соотношение этих компонентов и их свойства напрямую влияют на физические и химические свойства лакокрасочного материала.

Параметры условий окраски

параметры	Описание последствий
температура	Температура в помещении, где производится нанесение покрытия, оказывает значительное влияние на самовыравниваемость и пленкообразование лакокрасочного материала; как слишком высокая, так и слишком низкая температура могут ухудшить качество нанесения.
Влажность	Влажность воздуха в помещении, где проводится нанесение покрытия, оказывает значительное влияние на поверхностное натяжение лакокрасочного покрытия; как слишком высокая, так и слишком низкая влажность могут ухудшить качество нанесения.
Чистота	Чистота помещения для нанесения покрытия определяет содержание примесей в краске и оказывает значительное влияние на равномерность нанесения и конечный результат.
штаммы	Атмосферное давление в помещении, где производится нанесение покрытия, оказывает незначительное влияние на поверхностное натяжение лакокрасочного материала, а колебания атмосферного давления могут повлиять на равномерность нанесения и конечный результат.

В процессе нанесения покрытий на качество покрытия влияют такие факторы, как напряжение электрофореза, время, температура, соотношение площадей анода и катода, содержание твердых частиц в лакокрасочной смеси и уровень pH лакокрасочной смеси. В реальных производственных условиях вышеуказанные параметры необходимо определять в соответствии с технологическими параметрами заказчика.

VIII. Часто задаваемые вопросы и способы их решения

Неравномерность нанесения покрытия

Под неравномерностью нанесения пленки понимается ситуация, когда в процессе окраски по разным причинам покрытие распределяется по поверхности заготовки неравномерно, что приводит к появлению участков разной толщины, различий в оттенке и т. п. Неравномерность нанесения покрытия может быть вызвана ненадлежащим контролем таких параметров электрофоретического раствора, как концентрация, температура и напряженность электрического поля, а также некачественной обработкой поверхности заготовки, слишком длительным или слишком коротким временем нанесения покрытия и другими причинами.

Решение:Для решения проблемы неравномерности нанесения пленки можно скорректировать параметры электрофоретического раствора, такие как концентрация, температура, напряженность электрического поля и т. д., чтобы обеспечить стабильность и равномерность процесса нанесения покрытия. Одновременно следует усилить предварительную обработку поверхности заготовки, например, удаление ржавчины, жира и пыли, чтобы повысить адгезию к поверхности заготовки.

Слой покрытия слишком тонкий

Под ?слишком тонким слоем? понимается ситуация, когда толщина нанесенного покрытия недостаточна для обеспечения ожидаемого защитного и декоративного эффекта. Слишком тонкий слой может быть вызван такими причинами, как слишком низкая концентрация электрофоретического раствора, слишком короткое время нанесения или слишком низкое напряжение электрофореза.

Решение:Для решения проблемы слишком тонкого слоя покрытия можно принять такие меры, как увеличение концентрации электрофоретического раствора, увеличение времени нанесения покрытия или повышение напряжения электрофореза, с целью увеличения толщины покрытия. Одновременно следует проверить уровень жидкости в электрофоретической ванне и убедиться в достаточном количестве электрофоретического раствора.

Слишком толстый слой покрытия

Под ?чрезмерной толщиной пленки? понимается ситуация, когда толщина покрытия после нанесения превышает ожидаемую, что может привести к появлению таких проблем, как шероховатость поверхности и отслоение. Чрезмерная толщина пленки может быть вызвана слишком высокой концентрацией электрофоретического раствора, слишком длительным временем нанесения или слишком высоким напряжением электрофореза.

Решение:Для решения проблемы чрезмерной толщины пленки можно принять такие меры, как снижение концентрации электрофоретического раствора, сокращение времени нанесения покрытия или уменьшение напряжения электрофореза, с целью уменьшения толщины покрытия. Одновременно следует усилить предварительную обработку поверхности заготовки, чтобы избежать явления чрезмерного осаждения.

Отслоение пленки

Отслоение лакокрасочного покрытия означает, что после нанесения покрытие плохо сцепляется с поверхностью изделия и легко отслаивается или шелушится. Отслоение лакокрасочного покрытия может быть вызвано неправильной обработкой поверхности изделия, недостаточной предварительной подготовкой перед нанесением покрытия, ненадлежащим контролем технологических параметров нанесения и другими причинами.

Решение:Для решения проблемы отслоения покрытия можно усилить предварительную обработку поверхности заготовки, например, удалить ржавчину, жир и пыль, чтобы повысить шероховатость поверхности и адгезию. Одновременно следует скорректировать параметры электрофоретического раствора, такие как концентрация, температура и напряженность электрического поля, с целью повышения адгезии покрытия. В ходе производственного процесса необходимо регулярно проводить осмотр и очистку электрофоретических ванн и циркуляционных трубопроводов, чтобы обеспечить качество и стабильность электрофоретического раствора.

Прочие вопросы

К прочим проблемам могут относиться низкая стабильность электрофоретического раствора, появление частиц или примесей на поверхности заготовок, а также неравномерность окраски. Эти проблемы могут быть вызваны низким качеством исходного сырья, неисправностями оборудования или ненадлежащим эксплуатационным обслуживанием. Для устранения прочих проблем можно принять ряд мер, включая усиление контроля качества исходного сырья, регулярные проверки и техническое обслуживание оборудования, а также корректировку технологических параметров. Одновременно необходимо усилить контроль качества и проверку в ходе производственного процесса, своевременно выявлять и устранять проблемы, чтобы обеспечить качество и стабильность конечной продукции.

9. Области применения электрофоретического нанесения покрытий

?? Автомобилестроение

Используется для окраски автомобильных кузовов и деталей. Электрофоретическая окраска автомобильных кузовов является наиболее распространенной областью применения технологии электрофоретической окраски, а линии катодной электрофоретической окраски готовых автомобилей уже широко используются в отрасли окраски автобусов.

?? Металлоизделия

Например, нанесение покрытий на металлические двери и окна, кухонную технику, мебель и т. п. Электрофоретическое нанесение покрытий позволяет эффективно повысить коррозионную стойкость и улучшить внешний вид металлических изделий.

?? Электротехническая и электроэнергетическая отрасль

Используется для нанесения изоляционных и проводящих покрытий и т. д. Технология электрофоретического нанесения покрытий в бытовой технике играет важную роль в повышении коррозионной стойкости и улучшении внешнего вида бытовых приборов.

??? Другие области

Например, потребности в нанесении покрытий в таких отраслях, как строительство, судостроение, авиакосмическая промышленность и т. д. В строительной отрасли технология электрофоретического нанесения покрытий позволяет повысить долговечность сооружений и улучшить их внешний вид; в мебельной промышленности она способствует повышению коррозионной стойкости продукции и улучшению её внешнего вида.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ) по электрофоретическому нанесению покрытий

В чём заключается разница между электрофоретическим нанесением покрытия и окраской распылителем?

Электрофоретическое нанесение покрытий имеет значительные преимущества по сравнению с традиционным распылением краски: коэффициент использования краски достигает 95% и выше (при распылении он обычно составляет всего 30–50%); покрытие получается более равномерным, способно покрывать внутренние полости и щели детали; адгезия выше, а антикоррозионные свойства лучше; использование водоразбавляемых красок делает процесс более экологичным. Однако для электрофоретического нанесения покрытий требуется проводящая основа, а инвестиции в оборудование довольно значительны. В чём заключается разница между катодным и анодным электрофоретическим нанесением?

При катодном электрофоретическом нанесении покрытия металлические детали выступают в качестве катодов, что снижает вероятность окисления и обеспечивает более равномерное нанесение покрытия и лучшую коррозионную защиту; при анодном электрофоретическом нанесении детали выступают в качестве анодов, что сопряжено с проблемой растворения металла. В настоящее время около 70% объёма электрофоретического нанесения покрытий в мире приходится на катодный тип, который наиболее широко применяется, в частности, в автомобильной промышленности. Какова обычно толщина покрытия, наносимого методом электрофоретического окрашивания?

Толщина покрытия, наносимого методом электрофоретического окрашивания, обычно составляет 15–35 микрометров; конкретная толщина может регулироваться в зависимости от технологических параметров (напряжение, время, температура, содержание твердых веществ в краске и т. д.). Путем регулирования напряженности электрического поля и состава электрофоретической ванны можно точно контролировать толщину и характеристики покрытия. Для каких материалов подходит электрофоретическое окрашивание?

Электрофоретическое нанесение покрытий подходит для электропроводящих поверхностей, как правило, из металлических материалов, таких как сталь, алюминиевые сплавы, цинковые сплавы и т. д. Для поверхностей, состоящих из различных металлов с разными электропроводящими свойствами, не рекомендуется применять технологию электрофоретического нанесения покрытий. Данная технология также не подходит для поверхностей, не выдерживающих высоких температур (температуры сушки).

резюме

Электрофоретическое нанесение покрытий, как высокоэффективная, экологически безопасная и обеспечивающая высокое качество технология, уже заняло незаменимое место в мировой промышленности. От кузовов автомобилей до металлических деталей, от бытовой техники до строительных элементов — электрофоретическое нанесение покрытий обеспечивает надёжную защиту поверхностей различных металлических изделий благодаря равномерному слою покрытия, превосходной адгезии и исключительным антикоррозионным свойствам.

По мере того как в производственной отрасли постоянно повышаются требования к экологичности и качеству, технологии электрофоретического нанесения покрытий также непрерывно совершенствуются. Компания ?Нинбо Хэсинь Мопластик? обладает обширным опытом в области литья алюминиевых сплавов и обработки поверхностей и стремится предоставлять клиентам высококачественные решения в сфере литья и нанесения покрытий. Если вы хотите узнать больше об электрофоретическом нанесении покрытий или получить консультацию по соответствующим услугам, приглашаем вас связаться с нами.