0引言
1977年世界上第一条汽车车身阴极电泳（CED）涂装线在美国投产，汽车涂装进入了阴极电泳时代。基于CED涂膜的耐腐蚀性能优良，泳透力好，能成倍地提高汽车车身的使用寿命（保用10～12年不产生穿孔锈蚀），阴极电泳涂装工艺技术在汽车工业中的普及率和普及速度之快是史无前例的，不到10年，汽车车身的阴极电泳化率达90%以上。我国在“六五”期间，沈阳和北京油漆厂引进了阴极电泳涂料，在中汽公司组织下，一汽、二汽、济汽引进了3条驾驶室阴极电泳涂装线及相关涂装技术，于1986年7月后相继投产，形成阴极电泳涂装全面替换阳极电泳、浸涂和喷涂等底漆工艺之势，新建车身涂装线全部采用阴极电泳涂装工艺。
30多年阴极电泳涂料和涂装技术不断取得进步和完善，如耐腐蚀性、泳透力、环保性等方面都有较大的提高。阴极电泳涂装已成为经得起考验、成熟的汽车车身打底涂装技术。2009年我国成为世界汽车生产的第一大国；上千万辆汽车，除部分大客车和改装车的车身外，都采用阴极电泳涂底漆工艺。CED涂装工艺至今仍是先进的汽车车身的涂底漆工艺，尚无理想的工艺来取代它。
阴极电泳涂装技术在汽车零部件（如车架、车轮、中小钣金件、减震器、雨刮器、车厢及金属部件等）涂装中也得到广泛应用，在其他工业涂装领域（如建材、轻工、农机、军工、家用电器等金属件涂装领域）也得到普及和推广应用。
有人认为“电泳涂装工艺经过长时间的发展和应用已经比较完善，可改进的地方并不多”[1]。笔者基于下列形势持不同看法，认为阴极电泳涂装技术改进完善和创新的空间还很大。基于国家的环保、清洁生产和节能减排的法规相继颁布，要求阴极电泳涂装工艺更环保（低VOC化、低碳化、无害化）。
资源短缺，原材料涨价，汽车市场竞争激烈，要求在保证涂装质量的基础上，依靠技术进步，改进完善CED涂装工艺及装备，降低CED涂装成本，提高产品的竞争力。周边相关技术进步及成熟（如ED-RO、热泵技术、新型CED涂料等），相互促进，需更换、淘汰落后的工序及装备和涂料更新。
另外，笔者在技术咨询、现场技术服务中发现，设计人员对阴极电泳涂装工艺的认识研究不到位，存在误区，缺乏按工况、被泳涂件的性状灵活应用相关技术和精益设计的能力，局限于翻版设计，致使工艺设备设计落后，投资运行成本高。
本文是在如何依靠技术进步提高资源利用率、降低CED涂装成本、CED工艺/设备的精益化设计等方面和纠正认识上的一些误区阐述笔者的看法，与读者探讨。
1进一步认识研究阴极电泳涂装原理、过程及灵活应用相关技术CDE电泳涂装的原理：1）被涂物表面附近由于水的电解作用导致pH升高；2）涂料粒子失去电荷从溶液中析出并沉淀形成涂膜；3）电泳涂装过程伴随电解、电泳、电沉积（凝聚）、电渗等物理化学作用。CED涂装工艺及设备设计人员只有在弄清和熟知CED涂装原理，电解、电泳、电沉积（凝聚）、电渗等在涂装过程中的物理化学作用和下列相关技术（参数），才能灵活应用相关技术和打好精益设计的基础（基本功）。
1）电泳涂装的工艺参数（电泳条件）：槽液温度、电泳电压、电泳时间、槽液特性（pH、电导率）及它们的相互关系；
2）槽液组成：固体分、有机溶剂含量、灰分、MEQ值、库仑效率；
3）最佳极距、电场强度、电泳的临界电压、工作电压、破坏电压；
4）电泳涂装时的电流、膜厚和湿漆膜电阻的变化及相互关系（见图2）；
5）泳透力及影响泳透力的关键因素；
6）产生电泳漆膜弊病的原因及防治；如颗粒、缩孔、针孔、再溶解、涂膜偏厚或偏薄、异常附着等，泳透力差、二次流痕、斑迹、外观不良、带电入槽阶梯、涂膜剥落等10
多种电泳涂装独有弊病的病因及防治措施；
7）通电方式：带电入槽和入槽后通电（即工件全浸没后通电）；带电出槽，不分段和分段电压供电；它们适用于何种工况；
8）电泳后清洗的功能及目的，如何防止再溶解，如何降低耗水量和减少污水排放量。如果涂装工艺/设备设计人员欠缺上述技术知识，除能翻版设计外，就谈不上灵活应用相关技术，做不到按工况和被涂物性状进行精益设计或有所创新，势必造成一定的生产隐患。
2阴极电泳涂装工艺、设备设计的基本守则
新的CED涂装线经调试达产后，应满足工艺要求的涂膜质量及相关的经济技术指标，具体内容如下。
2.1CED涂膜的质量基准[3]
1）涂膜外观：平整光滑，无针孔、缩孔，涂膜完整；
涂膜弊病应在工艺标准许可的范围内；
2）涂膜厚度：膜厚应均匀、膜厚差应控制在工艺设计膜厚±2
μm；对结构复杂的有内腔的被涂件（如汽车车身）、各部位的膜厚各汽车公司都有基准。一般要求内腔表面膜厚≥10μm，车身外表面18～22
μm（见图3）；
3）CED涂膜的耐腐蚀性：它虽与所选用的CED涂料、CED
与前处理的配套性和工艺设备管理有关，但要求稳定在工艺设计标准的范围内，如耐盐雾性504h、720h或1000h，划叉处2mm
范围内丧失附着力，其余表面不允许有起泡（疤型腐蚀）。轿车车身一般要求盐雾试验1008h或循环交变腐蚀试验达60个循环。
2.2环保、节能减排目标值
CED涂装属于水性涂装工艺，在环保上已可称为“绿化工艺”，但随着保护地球环境的标准提高，要求进一步低VOC化（降低有机溶剂和加热减量）、无害化（无铅无锡化）和低碳化（削减CO2排放量）。
无铅无锡CED涂料近年来已普遍采用；低VOC含量和加热减量的CED涂料尚处于开发阶段，应促进其推广应用。阴极电泳涂装设备的动力能耗（不包括烘干能耗）还比较大，占涂装车间用电量的12.9%；每台车身涂装排出CO2160.1kg，其中CED占9.9kg（6.2%）[4]。还有，CED涂装工艺的耗水量、纯水用量及利用率、污水排放量都应有设计目标值。每次新设计时，应在原有设计的基础上，依靠技术创新使环保、节能减排有所进步。
在确保电泳涂装品质、产量和通过性的前提下，电泳槽体积（槽液容量）应尽可能小，极距应严格控制在最佳范围内，以节省投资、投槽费用和降低电泳涂装的运行成本。
3需纠正认识上的误区
从技术交流和期刊文章中得知，对CED涂装的认识尚存在误区，如：在连续式电泳涂装线可采用入槽后通电方式；极距可不严格控制；电泳后增加清洗次数能提高洗净度等。它们影响电泳涂装质量和运行成本，需纠正之。
3.1在连续式电泳涂装线上难实现不带电入槽或入槽后通电的方式
在电泳涂装时泳涂工件入槽通电方式分带电入槽和不带电入槽（即入槽工件全浸没在槽液中后通电）2种。不带电入槽方式仅适用于间歇式单工位电泳涂装场合，其优点是可避免产生带电入槽阶梯弊病，缺点是脉冲电流大，需设置软起动。
在连续式生产的CED
涂装场合，阳极始终处在通电状态，槽液导电，当工件接触槽液时就带电，无论在挂具绝缘还是接通供电回路（汇流排）都一样，电解、电泳、电沉积等作用就开始。这与电泳作业时严禁人员接触槽液，防止电击，确保人生安全；在分段供电场合，要采取措施防止电泳漆在低电压阳极上沉积；和电泳槽内不允许有裸露的金属件等的状况及原因一样。只有在入槽段保持工件与阳极同电位，才能实现不带电入槽（即全浸没后通电），在这种场合可能产生工件阳极溶解问题。
在产量大，链速快（V≥4.0m/min）、中小件（高≤1.5m，长度1.0m左右）电泳涂装场合显不出2种通电方式大的差别，因入槽所占时间很短，可在泳涂大型工件（高≥2.0m，长度≥3.0m，如高度2.5m的商用车驾驶室、长度≥3.0m的厢式面包车），链速又慢（<3.0m/min）的场合，2种通电方式对涂膜厚度均匀性的影响就大，原因是入槽时间长（注意：中小件和汽车车身全浸没后通电的时间差别）。
不按工况和被泳涂件的性状：将中小件浸入槽液后通电方式照搬设计汽车车身涂装线，在连续式生产线上采用不带电入槽，车身完全浸入槽液后在起动供电回路（开始计算电泳时间），致使电泳槽在长度方向增加一个车位（增加槽液30～50m3）和泳涂时膜厚超差。江淮瑞风商务车车身CED涂装线就是实例[5-6]。
该线采用悬挂式C型吊具连续式输送，链速为2.6m/min，节拍为190s。采用2段电泳供电方式，入槽不带电，出槽带电。投产后发现车身电泳涂膜不均匀，前部17μm，后部27μm，膜厚差10μm。该公司为解决泳涂膜厚不均匀问题，通过试验，取消出槽带电，使车身前后膜厚差降到2～3μm，并节省CED涂料6％。笔者认为膜厚不均是由于设计思想有误，使车身前后部电泳时间有差别（约差2min）造成；“出槽不带电”来解决问题，不是理想科学的方法，它不仅增加供电控制的麻烦，更主要的是牺牲了出槽带电防止再溶解和增强出槽时的电渗作用。按文中介绍，出槽断电状况，可理解为缩短车身后部的电泳时间约2min（也就是车身后部在出槽前在槽液中浸泡2min），膜厚差降低7～8μm是由2个因素合力形成。如果出槽时电泳涂膜表面已有再溶解，且电渗不好，则易被清洗掉，易形成清洗流痕，对涂膜质量有负面影响。
解决上述泳涂膜厚不均一，较理想科学的办法是选用高泳透力CED涂料，当泳涂到一定膜厚（如20μm），湿涂膜电阻增大到一定值后，涂膜不随电泳时间延长而增厚。另一个办法改为带电入槽法，电泳时间按车身顶部的某点进出槽液面计算；换句话说可以加快链速，提高既有电泳设备的产能，降低每台车身的电泳涂装运行成本。2种办法同时采用，则效果更佳。
防止带电入槽涂膜弊病，已有较成熟的工艺技术措施：
1）工件在入槽前保持全干或全湿，一般设置纯水喷雾装置，确保车身外表全湿；
2）工件入槽部位少布置阳极，缓解入槽时的电解反应；
3）增强入槽部位的液流，最好车身与液流是对向，有利于消除入槽口液面的泡沫和工件表面附着的气体
4）输送应平稳，消除脉动（尤其在慢速的场合）；
5）提高槽液温度（28~33℃），降低湿涂膜的黏性，增强释气泡性，能消除车身前端涂膜针孔弊病[7]。可是槽液温度增高对电泳槽液的稳定性和泳透力有负面影响。
3.2应重视极距和严控极距在其最佳范围内
电泳涂装的极距（阴阳极之间的距离）与静电喷涂法的极距（喷杯与被喷涂物之间的距离）具有相同的含义，都有最佳的极距范围。它们直接影响电场强度及其分布，电场强度E＝V（电压）/L（极距），电泳涂装的极距近了也产生涂膜偏厚和异常附着，极距大了，涂膜偏薄或泳涂不上。所以极距是电泳涂装工艺和设备设计的重要参数之一。电极与极罩都靠槽壁布置，在泳涂宽大的工件时按需在槽底或工件顶部设置电极；泳涂不同类型工件的最佳极距范围电泳槽断面及典型间隙尺寸的E值确定。
可是工艺人员认识不到位，未强调控制极距的重要性，设备设计及制造供应商随工件输送方式及结构的变化，扩大工件与槽内壁间距（E值、极距）。如汽车车身E值由500～550mm，扩大到850mm甚至950mm，并以此为“经验”，相互照搬设计。极距加大许多，势必造成电泳工作电压增高，直流电源功率增大；电泳槽容积增大和槽液增多，泳涂的膜厚不均节能减排效果差，投资运行费用高的结局。例如，某公司中级轿车车身的摆杆输送机结构更新，将E值由660mm扩大到957.5mm（极距由600mm扩大到842.5mm）。又如2种滚浸式输送机，基于Rodip车身滑橇紧固在底板上，车身两侧无吊具；多功能穿梭机车身两侧有摆臂。同为年产15万辆轿车车身的电泳槽，后者较前者大了19.56%（36m3）。近几年新建的车身涂装线已不选用多功能穿梭机，其原因之一就是极距大，电泳槽容积大。
注：表中数据摘自同一轿车车身涂装工程（JPH35台/h，链速3.5m/min规模）的各公司报价资料。
3.3增加电泳后清洗次数有负面作用
电泳后用超滤（UF）液和纯水清洗的目的是洗掉湿电泳涂膜表面的电泳槽液（浮漆），并回收提高CED涂料的利用率；提高电泳后涂膜的外观质量，消除第二次流痕，最终用纯水洗掉杂质离子（置换UF液），与脱脂、磷化后水洗最大的不同之处要防止湿电泳涂膜再溶解（防止产生水流痕和斑迹的涂膜缺陷）。
常规典型的汽车车身电泳后清洗设备选用3段浸喷结合式（一喷两浸）的清洗方式，UF液喷、浸各1次，占用2段；纯水浸占1段。在浸槽出口按需设置喷淋管，在沥水段设置预清洗管和新鲜UF液、纯水喷管（见图6）。
近年来有公司推荐电泳后清洗设计采用4或5段浸喷结合式（2～3喷+2浸）；UF液洗占“喷-浸-喷”3段，纯水洗占“喷-浸”1～2段。
基于下列原因，笔者认为增多电泳后清洗次数有负面作用：
1）工件通过电泳后清洗设备的时间越长（即输送链速度越慢）和清洗次数越多，湿电泳涂膜被再溶解程度越严重;
2）按清洗原理，工艺控制每洗1次，稀释10倍。电泳槽液的固体分(NV）19%，经0次和UF液1次喷洗，NV
降到2%左右，再经2次UF液浸洗和出槽喷洗，NV就可降到0.2%左右；可是新鲜UF液的NV一般≤0.5%，因此再增加UF
液清洗次数，就成为无效作业。纯水浸洗液工艺控制电导为50μS以下（新鲜纯水和RO再生水的电导为10μS以下）;
3）增加清洗段，不仅增长后清洗设备的长度和增加投资，还不符合节能减排和降低成本的需求。精益设计的目的就是要消除无效作业和超值功能。对电泳涂膜外观要求较低的或底面合一场合，电泳后清洗次数可相应减少，结构简单无空腔/缝隙的工件可选用喷洗方式。
4阴极电泳涂装新工艺技术
近年来为使CED涂装工艺更环保和降低涂装成本，开发并采用了以下节能减排，提高资源利用率的新工艺技术和新型CED涂料。
1）采用新开发的高泳透力CED涂料（四枚盒法测定泳透力60％）替代泳透力较低的（一般在45％以下）第二代CED
涂料。不仅可达到车身电泳涂装膜厚标准，尚可使车身外表面膜厚平滑均匀，约能削减每台车身CED涂料耗量20％，降低电泳涂装成本10％左右。
2）开发选用省能低沉降型CED涂料，实现非涂装时不搅拌。非涂装时可停止搅拌时间与设备条件和涂料类型、颜色有关，长的约可连续10d，短的也可连续1～3d停止搅拌，这样可节约搅拌能耗（85％左右）和维持费用，可不设备用电源，节省投资。
3）在电泳涂装线上活用热泵技术，替代调温用的制冷机组，并回收热能，产生的热水或热风，供需加热的工序用。
其节能和削减CO2排放量的效果显著。
4）采用ED－RO装置再生电泳后清洗的循环纯水浸洗液（清洗水），浓缩液送往UF液浸洗槽，滤液（电导约为5μS）替代新鲜纯水。其效果可大幅度减少污水排放量和可削减新鲜纯水用量50％左右。综上所述，CED涂装工艺/设备的改进、发展、创新的空间还很大。为CED
涂装更环保，进一步提高资源利用率，节能减排，降低涂装成本，提高产品的竞争力，笔者建议CED涂装工艺/设备设计人员练好基本功，纠正认识上的误区，对原设计应逐工序、逐台设备进行审核，精心计算设计和总结经验教训；按工况和被涂物的性状，活用相关技术，进行精益化设计，使新设计的CED
涂装生产线在各项经济技术效益方面具有世界先进水平。