陰極電泳涂裝工藝的質量控制要素

陰極電泳涂裝工藝的質量控制要素1.前言陰極電泳涂裝是目前世界上較為先進的一項涂裝技術，采用該項技術所獲得的涂膜抗腐蝕性能要比陽極電泳涂膜強一倍以上。陰極電泳的涂膜質量除了與涂裝線的設計、安裝水平、工藝及設備是否完善以及涂料產品質量是否有保證等因素有關外，還與管理者的水平和素質有著極為重要的關系。在已固有的生產條件的涂裝管理中，應采取什么措施、抓住哪些環(huán)節(jié)、怎樣設置控制點來保證涂膜質量?本文提出了看法和意見，與讀者共同商榷。涂膜質量問題及其影響因素陰極電泳涂裝的典型工藝流程

由于處理的材質和表面狀態(tài)不盡相同，所以所采用的工藝流程、特別在前處理的工藝上也不完全相同。但

其總體要求是一致的。較為常見的流程如下：機加工成形產品一清除焊渣毛刺一上線一脫脂(除銹)一水洗

一表調磷化一水洗一電沉積一電泳后洗一干燥固化一產品。涂膜質量問題及質量要求

由于受到各種因素的影響，涂膜將出現(xiàn)各種質量問題，歸納起來主要分為兩大類：外在質量即裝飾質量問題，主要是顏色、光澤和平整度三項，其質量要求主要看該涂膜是作底漆還是作“底、面合一漆”的不同而異。內在質量問題，包括機械性能和耐腐蝕性能兩方面。?機械性能涂膜附著力(級)：級數(shù)越大表示附著力越差，一般以“0”級為最好。涂膜厚度(pm)：由于受到電阻的影響，涂膜厚度總會受到某種程度的限制。一般而言，涂膜不宜太薄，太薄不僅降低其光澤和平整度，而且會降低涂膜綜合性能。不管屬于何種產品，增加涂膜厚度，對提高涂膜

的光澤、豐滿度和內在質量都是有利的，但從降低涂裝成本考慮，過厚是不必要的。涂膜硬度(H)：硬度適中為好(如2H)。過小將降低其機械性能，同時，其耐腐蝕性能亦無法得到保證；過大，涂膜變脆，其柔韌性、耐沖擊性將降低，在很多情況下都會降低涂膜的使用壽命。涂膜柔韌性(mm)：這是一項保證涂膜使用壽命的重要指標，一般以試驗涂膜裂紋長度小于2mm為符合

要求。沖擊強度：一般要耐50cm的沖擊才符合要求。?耐腐蝕性能

包括耐水性、耐汽油性、耐化學藥品(酸、堿)性，常用耐鹽霧性綜合表示。對陰極電泳涂膜而言，其耐鹽

霧性至少要達到720h以上才符合要求。涂膜的機械性能對涂膜的耐腐蝕性起著非常重要的作用，用戶亦應加以重視。涂膜質量的影響因素在陰極電泳涂裝中，影響涂膜質量的因素主要有5個。購進的涂料產品質量不佳或不穩(wěn)定。此因素對涂膜質量的影響是首要的，影響的大小視產品質量優(yōu)劣程度的不同而異。預涂件的材質及表面狀態(tài)。預涂件材質及表面狀態(tài)用現(xiàn)有的表面處理方法或工藝無法提供質量保證，即表面處理方法(工藝)不佳、不完善所致。表面處理方法雖好但操作不到位，導致處理質量不過關。此因素對涂膜質量的影響較為廣泛，不僅影響涂膜的外觀質量，而且將影響涂膜的附著力、厚度乃至它的耐腐蝕性能。因此，它不僅是一個從始至終不能放松警惕的操作因素，而且也是工藝設計者需要著意研究解決的重要課題。電泳槽液不穩(wěn)定，涂料溶解性、分散性差，乳化效果不好，導致電泳特性差。影響電泳槽液穩(wěn)定及其電

泳特性的因素有：涂料產品質量(差)；槽液工藝參數(shù)控制不到位；循環(huán)攪拌系統(tǒng)失控、運營不正常；雜質

離子(污物)干擾和破壞。這是一個大的影響因素。此因素對涂膜質量的影響是全面的甚至是致命的。涂膜

質量控制的重點和難點基本集中于此。電沉積后水洗不充分，多余涂料未洗凈或洗滌沖力過大，將已沉積的濕膜沖薄。此因素主要影響涂膜的

外觀質量，或使涂膜變薄。濕膜干燥固化條件不充分或失控，如：烘烤溫度過高或過低；烘烤時間過長或過短。此因素對涂膜質量

的影響是全面的，不僅影響它的外觀質量，而且還影響它的內在質量。人為因素。人員技術素質和職業(yè)操守好壞不等。顯然，這是一個需要調動和值得開發(fā)的因素，涂裝線的

成功或失敗全賴于此。由上可見，影響涂膜質量的因素是多方面的，只要一個環(huán)節(jié)出問題或是一個措施跟不上，都會使涂膜出現(xiàn)

這樣或那樣的質量問題。質量管理措施加強職工素質教育，全面提高職工技術素質和職業(yè)操守；健全質量規(guī)程和崗位責任制，使質量管理納入制度化、科學化、規(guī)范化；加強涂料產品質量驗收，對每批進廠涂料必須進行系統(tǒng)檢鋇0，非標產品不能入庫；對每次投槽涂料亦

需進行相關檢測，不符合質量技術要求的，亦不能投槽使用。保持操作環(huán)境整潔，防止污物(如懸鏈軌道上的銹跡、塵埃、潤滑油等)掉入各工作液(特別是電泳槽)或

涂件上，造成“二次污染”，這是一個不可忽視的重要環(huán)節(jié)。明確質量控制點，加強質量監(jiān)控。質量控制點及質檢要求

總的要求是：在實施質量管理的過程中，不僅要關注每個工序的處理質量，而且要每時每刻關注每個工序

中每個參數(shù)的細小變化，并將瞬間突變所造成的質量問題消滅在萌芽狀態(tài)之中。簡而言之，在實施質量控

制的過程中力求“微觀管理”。從陰極電泳涂裝的工藝流程得知，其質量控制點可分為兩部分：第一部分為上線前控制點；第二部分為上

線后控制點，現(xiàn)分別予以討論。4.1上線前質量控制點

上線前質量控制點只設一個，這就是清除焊渣、毛刺。該控制點主要是針對有切割、電焊作業(yè)的機加工產

品在成形后其表面的焊渣、毛刺等“多余”部分，必須在上泳涂線之前將其清除，其處理質量是否達到要求

不僅關系到預涂件相關部位的涂膜厚度和附著力，而且還將影響涂裝產品的外觀質量。這是因為焊渣、毛

刺的凸出部、焊渣中被燒焦的碳素等物質不清除，不僅降低預涂件表面的平整度，而且將降低有關部位的

導電性。該工序多為手工或半機械處理。為了保證處理質量，要求有比較嚴格的質檢制度。

質檢要求：毛刺、焊渣除凈、表面平整。4.2上線后質量控制上線后主要分為4個工序，分別是：前處理工序，包括脫脂(除銹)、表調、磷化、水洗；電沉積工序；電

沉積后洗工序；濕膜干燥固化工序。4.2.1前處理工序脫脂除銹。該工序是表面處理最為重要的工序，其處理質量的好壞是保證涂膜質量的一個關鍵所在。該工序的處理方法較為常見的有酸洗(或“二合一”)法、超聲波法等。影響處理質量的因素雖略有不同，但亦有共同點。如預涂材質及表面狀態(tài)、工作液的種類、性能及其pH、操作溫度、Fe3+離子含量、工作液的使用周期等。質量控制應關注工作液的pH、操作溫度和工作周期(Fe+離子濃度)。當處理效果明顯下降，采用提高pH或溫度仍無效果時，主要是工作液使用周期過長(Fe2+離子濃度過高)所致。此時為了保證處理效果應果斷采取措施即更換新液。質檢要求：預涂件表面無油污、銹跡、氧化皮和其他雜質(金屬表面完全裸露)，表面平整，不返銹。（2）表調、磷化。電泳涂裝要求涂件有較高的磷化質量，一是膜厚要均勻無遺漏；二是結晶細致；三是膜不能過厚。為了保證磷化質量，磷化前預涂件表面預先經過“表調”是必不可少的。影響磷化質量的因素除r與磷化劑的產品質量密切相關外，還與工作液的溫度、總酸度、游離酸度、促進劑濃度等參數(shù)的操作控制有關。這些參數(shù)因磷化產品的不同而不同，管理者和檢測人員應定時或不定時地做好監(jiān)控工作，切實控制好這些參數(shù)。質檢要求：磷化膜均勻、細膩、膜厚1?3pm，不能過厚，否則，將使涂膜變得粗糙或者降低涂膜厚度甚

至電泳不上。（3）水洗此處水洗包括2個工序的水洗：?脫脂除銹后洗。該工序的水洗主要是為了洗凈預涂件表面的殘酸、殘堿，以避免它們污染和干擾下道工作液（表調、磷化）的處理效果和使用壽命。對涂裝質量本身并無直接的影響。只要洗后保證了洗件的潔凈度（不降低表調劑、磷化劑的使用效果）就算達到了洗滌目的。質檢要求：滴水pH中性，洗件濕潤均勻，無掛珠。?磷化后洗（附純水水質要求）。該道工序的水洗遠比前道工序水洗重要，而且對水洗質量要求非常苛刻，其原因在于磷化后如果不洗凈工件表面殘存的磷化劑和其他雜質，將會引起兩個嚴重后果：①殘存磷化液中的Zn2+、Fe2+、H2PO4-、HPO42-、HPO43-等可溶性鹽類離子是電泳涂膜''蛤蟆皮"、“針孑L”等弊病的''元兇”，隨著它們的混入和含量的增加，將造成大量的涂膜質量問題，后果極為嚴重；②殘存磷化劑中可溶性鹽類離子隨使用時間的增加而增加，含量過高引起樹脂析出而沉淀，從而降低涂料利用率，嚴重時甚至會使電泳槽液報廢，從而造成重大的經濟損失。質檢要求：預涂件洗水滴液pH小于7；電導率小于50pS/cm。應特別指出，磷化后最后一道水洗對純水

水質要求較高，這是保證該道水洗質量的重要環(huán)節(jié)。管理者及操作人員應做好純水水質的監(jiān)控工作。純水水質要求：電導率小于20pS/cm（pH<6.5）。工序質檢重點：①油、銹、污除凈；②磷化膜厚1?3pm；

③洗件滴水電導率小于50pS/cm。4.2.2電沉積

該工序是整個電泳涂裝的中心環(huán)節(jié)，涂裝線成功與否皆賴于此。因此，管理的重點和難點亦集中于此。前

面所有工序即前處理質量如何亦將在此得到'反饋”,為了使電沉積能正常地進行和獲得好的涂膜質量，就必

須正確和全面地執(zhí)行工藝規(guī)程，使電泳槽液始終處于一個穩(wěn)定、乳化效果和電泳特性均佳的良好狀態(tài)，以

及能維護其正常運行的循環(huán)攪拌系統(tǒng)。為此，平常的管理應針對如下幾個環(huán)節(jié)，緊緊抓住不放松。?電泳槽液的工藝參數(shù)如固含量、助劑含量、pH、顏基比、電導率、溫度、施工電壓（電流）應根據(jù)不同季

節(jié)（溫度）和是否生產進行適時調整和控制，使之始終處于正常范圍。電泳槽液良好狀態(tài)的特征是：漆液均勻、細膩、呈均相狀態(tài)。應以此標準檢查槽液。?循環(huán)攪拌系統(tǒng)運行正常，槽底各處均無沉淀現(xiàn)象發(fā)生。

?槽液循環(huán)過濾裝置、恒溫裝置、超濾裝置等均運行正常，設備（濾袋、濾管）無破漏，透過液清澈（參數(shù)符

合工藝要求）。?施工電壓穩(wěn)定、電流充足、吊具導電性和陽極液循環(huán)系統(tǒng)良好。?正確配漆、使之'熟化”徹底。?檢測系統(tǒng)運行正常。4.2.3電沉積后洗為了保證電泳后水洗質量，關鍵是控制好洗水流量和壓力，防止過大或過小。

質檢要求：手觸濕膜要干凈；指壓濕膜，壓印明顯—涂膜厚度可望獲得保證。4.2.4濕膜干燥固化

為了使?jié)衲じ魈幒婵緶囟鹊木鶆蚍植己蜔崮艿某浞掷?，進烘箱前必須瀝干濕膜表面的水跡。烘烤質量的

關鍵是：烘烤溫度和烘烤時間要得到足夠的保證，但過高或過長也是不適宜的。質檢要求（烘烤時間已設

定）：趁熱觸摸剛出爐的涂膜不黏手也不發(fā)黃，說明涂膜已干透，而且無過烤現(xiàn)象，理應符合質量技術要

求；如黏手，說明溫度偏低，濕膜仍未干透；如發(fā)黃，說明溫度偏高，出現(xiàn)了過烤現(xiàn)象，涂膜變脆，將降低其機械性能。儀器檢測涂膜各項質量技術指標，如無異常，產品符合質量要求。（來源：五榮五金有限

公司）常用直接電鍍的品質檢驗方法反映直接電鍍品質好壞的最主要的特征是孔壁導電性和電鍍銅層的沉積速度。導電能力的強弱既與導電層的微觀結構相關，又同導電層的厚度和板子的厚度有關，前處理后，鍍銅之前印制板兩面之間的電阻值可以反映出直接電鍍制程形成的導電層的質量。另外也可在短時間電鍍后，觀察通孔銅的覆蓋率直觀地反映出直接電鍍性能的好壞。常用的直接電鍍的品質檢驗方法有以下幾種：一、“測試板”電阻測定將覆銅板剪裁成一定尺寸的小板，上面按一定規(guī)律鉆一定數(shù)量不同孔徑的通孔，掛到生產板掛具上，完成直接電鍍制程，不經電鍍銅直接水洗，風干，測定板兩面的電阻值。推薦''測試”板大小為7.6x10cm2板厚1.6mm，鉆孔?3mm2個（用于掛板），91.0mm孔10個，90.8mm孔20個，^0.5mm孔20個，此種測試板經直接電鍍制程、水洗后用電吹風吹干，然后測兩面電阻。阻值1.5KQ為優(yōu)良1.5KQ阻值3.0KQ為良好3.0KQ阻值6.0KQ為合格阻值6.0KQ應仔細檢查各項控制指標，并調整.二、 5分鐘全板電鍍從已完成直接電鍍制程的板中隨機抽取一塊或數(shù)塊板經正常電鍍前處理后作!分鐘全板電鍍，取出水洗，觀察通孔電鍍效果。如果全部鍍上銅，屬于合格，有空洞，即需檢查各項控制參數(shù)，并調整，亦可切片做背光測試，有0~1個透光點（3個通孔）為合格，2個以上透光點為不合格。電鍍條件：電流密度為2-3A/dm2,有空氣攪拌，有陰極移動（頻率20次/分，幅度2.5cm），鍍銅槽化學成份在工藝控制范圍內。三、 取與霍爾槽片相同大小的覆銅板取與霍爾槽片相同大小的覆銅板，在板中部分別蝕出0.8mmx50mm,1.6mmx50mm,3.2mmx50mm的無銅區(qū)，此板經過直接電鍍制程處理后，風干，在霍爾槽中電鍍（正常電流2A），觀察無銅區(qū)全部鍍上銅的時間，一般在2-3分鐘內全部上銅。四、生產板電阻測試經驗判斷法各型號生產板的大小，孔徑，孔數(shù)是不一定的，在正常工藝條件下，經直接電鍍制程處理后的印制板兩面電阻在一定范圍內波動。經過一段時間的經驗積累，即可了解各種生產板的合格品電阻值范圍。此法使用初期，應同另外幾種品質檢驗方法相結合，同時要實際觀察電鍍銅后的效果。直接電鍍的品質檢驗方法很多，以上幾種可用于生產過程中的常規(guī)品質檢驗。它們簡單、有效、易操作。電鍍工藝綜合添加助劑

除了基本配方法,電鍍的是否能實用化全在添加劑,尤其對于小孔深孔等高難度的板子,助劑更是非常重要.

一般助劑約可分為光澤劑Brightener,整平劑，載運劑，細晶劑,潤濕劑.此等助劑之理論基礎尚不成熟，多半

是來自不斷實驗的結果,故幾乎全為商業(yè)化的范圍,其參考來源多為各種專利,但已發(fā)表者幾乎都已過時而不

再是第一流的產品了,現(xiàn)役上市者多在階段.由各數(shù)據(jù)看來硫酸銅鍍液之微布力非常好能將待鍍面上種細小

的刮痕及凹陷先預以填平，再鍍全面?但對PTH的孔壁而言,要想發(fā)揮這微分布的優(yōu)點,則必須要使高濃度的

鍍液能夠不斷的流進去,降低陰極膜的厚度,才是施展其長處的首要條件。二.小孔或深孔鍍銅的討論電路板的裝配日趨緊密,其好處不外減少最后產品的體積及增加信息處理的容量及速度?尤其自VLSI大量開發(fā)后,IC在板子上的裝配已由早期的通孔插裝,漸改進至表面黏裝之SMT了?對板子而言細線及小孔是必然要面對的問題.而就小孔而言,受沖擊最大的就是現(xiàn)有的鍍銅技術,要在孔的長寬比很高時,既要得到1mil厚的孔壁,又不可發(fā)生狗骨現(xiàn)象,面且鍍層的各種物性雙要通過現(xiàn)有的各種規(guī)范,其中種種需待突破的困難實在不少.各國的業(yè)界現(xiàn)正從基本配方、添加劑、設備等多方面努力,至今尚少重大的突破.現(xiàn)將小孔的難鍍以下列事實討論之.實體部份遠大于孔徑部份,比種強力的水流幾乎都浪費在板面的阻礙上了.解決辦法之一就是使液中的銅濃度增加，或可減少通過的次數(shù),但這也是一條行不通的死巷，因2oz/gal的銅量幾乎是板面與孔壁的鍍層均勻頒比率的上限,再提高時狗骨會變嚴重,已不是添加劑所能幫忙的了.解決辦法之二是改進化學銅鍍層的物性使能達到規(guī)范的要求，目前日立公司的TAFII制程,已進行數(shù)年的研究?，F(xiàn)階佒對硫酸銅鍍液所能做的事約有:

(1)選擇高純度的物定助劑,如特殊的整平劑使在高電流處抑制鍍層增加,使低電流處仍能有正常登陸,并嚴

格分析、小心添加、仔細處理以保持鍍液的最佳效果.(2)改變鍍的設計,加大陰陽間的距離,減少高低電流密度之間的差異.降低電流密度至15ASF以下，改善整流器出來直流的紋波量至2%以下?若不行時將電流密度再降低到5ASF,