Электрофоретическое нанесение покрытий (e-coating) — это передовая технология нанесения покрытий, использующая водорастворимые органические покрытия, осаждаемые под действием электрического поля. В этом процессе проводящая заготовка служит либо катодом, либо анодом, а пластины из нержавеющей стали или углерода — соответствующими противоэлектродами. Применяя постоянный ток и относительно высокое напряжение между электродами, покрытие равномерно осаждается на поверхности заготовки, образуя водонерастворимую органическую пленку. После запекания и отверждения пленочное покрытие приобретает высокую твердость, эффективно обеспечивая защиту от коррозии и декорирование поверхности.

Электрофоретическое нанесение покрытий возникло в 1960-х годах и впервые было применено компанией Ford Motor Company в качестве автомобильной грунтовки. Благодаря своим превосходным антикоррозионным и антикоррозионным свойствам, оно вскоре получило широкое распространение в военной промышленности. Благодаря своему превосходному качеству и высокой экологичности, электрофоретическое нанесение покрытий постепенно вытесняет традиционную покраску распылением на основе растворителей. Его преимущества включают высокую эффективность, экологичность, высокую коррозионную стойкость и широкую область применения. По сравнению с традиционными методами нанесения покрытий, электрофоретическое нанесение не требует использования вредных растворителей, представляя минимальный риск для окружающей среды и здоровья работников. Получаемые покрытия однородны и плотны, что повышает долговечность и срок службы. Кроме того, электрофоретическое нанесение покрытий позволяет автоматически регулировать толщину покрытия, оптимизируя баланс между стоимостью и производительностью, и подходит для заготовок из различных материалов и форм.

В практическом применении электрофоретическое покрытие широко используется в автомобилестроении, строительстве, производстве машиностроительных деталей, электроприборов и аэрокосмической промышленности. Например, в автомобилестроении электрофоретическое покрытие обеспечивает более надежную защиту от коррозии, царапин и выцветания, тем самым улучшая качество и долговечность автомобилей. В строительной отрасли оно обеспечивает коррозионную и окислительную стойкость стальных конструкций и оконных рам. Электрофоретическое покрытие не только повышает эффективность производства, но и сокращает отходы краски, при этом коэффициент использования покрытия достигает 90–95%. Поскольку используются покрытия на водной основе, снижается потребление органических растворителей, что уменьшает загрязнение воздуха и негативное воздействие на окружающую среду. Однако оборудование для электрофоретического покрытия является сложным, требует относительно высоких первоначальных инвестиций и потребляет значительное количество электроэнергии, что приводит к более строгим условиям эксплуатации и необходимости очистки сточных вод.

Благодаря высокой эффективности, экологичности и превосходным характеристикам покрытия, технология электрофоретического нанесения покрытий получила широкое распространение в современной промышленности. По мере дальнейшего развития и совершенствования технологий ожидается, что электрофоретическое нанесение покрытий будет играть еще более важную роль в различных областях, внося значительный вклад в промышленное развитие и охрану окружающей среды.

I. Типичная схема процесса электрофоретического нанесения покрытия

Типичный процесс электрофоретического нанесения покрытия состоит из четырех основных этапов: предварительная обработка поверхности перед нанесением покрытия, электрофоретическое нанесение покрытия, промывка после электрофоретического нанесения покрытия и сушка/отверждение. В некоторых процессах перед окончательным отверждением добавляется этап предварительной сушки, или же перед предварительной сушкой включается этап сушки на воздухе.

Перед электрофоретическим нанесением покрытия используется промывка деионизированной водой (или сушка горячим воздухом), чтобы гарантировать, что детали попадают в ванну для электрофоретического нанесения покрытия либо полностью влажными, либо полностью сухими. В зависимости от производственных требований могут быть введены дополнительные этапы процесса. Для пористых или содержащих щели деталей после обезжиривания может быть добавлен промежуточный этап продувки для удаления захваченной воды, предотвращающий ее влияние на последующие процессы и, в конечном итоге, на качество электрофоретического покрытия. В зависимости от типа материала покрытия и цели электрофоретического нанесения покрытия технологические процессы могут различаться.

Например, электрофоретические покрытия из акрила и полиуретана обычно проходят специальные процессы предварительной обработки. Эти процессы в основном предназначены для декоративных изделий с высокими требованиями к внешнему виду, но относительно низкими требованиями к коррозионной стойкости, таких как очки, зажигалки, замки и осветительные приборы. Полученные электрофоретические покрытия прозрачны и могут быть смешаны с различными цветными пастами для достижения широкого спектра цветов в различных процессах гальванического покрытия.

Для различных материалов могут потребоваться специальные технологические процессы. Например, для высокопористых магнитов NdFeB требуются специализированные процедуры. Специальные меры также применяются к некоторым компонентам, таким как болты и крепежные элементы, для которых могут использоваться специальные электрофоретические покрытия и процессы, а также барабанные конвейеры, ленточные конвейеры или корзинчатые конвейеры. Во время подвешивания заготовки должны быть надежно закреплены на специальных стеллажах. Точки контакта между стеллажом и заготовкой должны быть отшлифованы для обнажения металлического блеска и обеспечения хорошей электропроводности.

Другой метод — это инвертированный порошково-электрофоретический процесс. В этом процессе внешняя поверхность кузова автомобиля сначала покрывается порошковой краской и подвергается термическому расплавлению. Затем на непокрытые участки наносится электрофоретическое покрытие, после чего происходит одновременное отверждение как порошкового, так и электрофоретического покрытий. Этот метод улучшает проникновение покрытия и защиту от коррозии внутри полостей кузова и снижает расход электрофоретической краски примерно на 60%. Порошковое покрытие толщиной 70 мкм заменяет традиционную электрофоретическую грунтовку и промежуточный слой на внешней поверхности автомобиля, исключая этапы нанесения промежуточного покрытия и отверждения, тем самым экономя материалы и энергию. Покрытие также обеспечивает превосходную устойчивость к сколам. Однако ключевой проблемой этого процесса является обеспечение целостности и коррозионной стойкости границы раздела между порошковым и электрофоретическим слоями.

II. Электрофоретическое покрытие против порошкового покрытия

Как электрофоретическое, так и порошковое покрытие имеют свои преимущества и недостатки и подходят для различных сценариев применения. Выбор должен основываться на конкретных требованиях.

Равномерность покрытия

Электрофоретическое нанесение покрытий позволяет получать чрезвычайно однородные покрытия. Путем регулирования электрических параметров и состава покрытия толщину пленки можно легко контролировать в диапазоне 10–35 мкм или даже в более широком диапазоне. Порошковое покрытие, как правило, дает более толстые покрытия, но может быть менее однородным, особенно на сложных геометрических формах.

Адгезия и коррозионная стойкость

Электрофоретические покрытия обладают высокой адгезией и отличной защитой от коррозии. Анодные электрофоретические покрытия выдерживают более 300 часов испытаний в солевом тумане, а катодные — более 1000 часов. Порошковые покрытия также обладают хорошей адгезией и декоративными свойствами, но их коррозионная стойкость относительно ниже.

Экологичность

Электрофоретические покрытия являются водорастворимыми, безопасными и экологически чистыми, не представляют опасности возгорания или взрыва и не содержат токсичных тяжелых металлов. Они подходят для массового производства, упрощают процессы и сокращают трудозатраты. Порошковые покрытия также экологически безопасны, но неиспользованный порошок может быть трудно перерабатывать и требовать специальной обработки.

Эффективность производства

Электрофоретические процессы нанесения покрытий отличаются высокой степенью автоматизации и подходят для крупномасштабного конвейерного производства, значительно повышая эффективность. Порошковое покрытие также обеспечивает высокую производительность, но операции более сложны, а смена цвета или материала затруднена.

Область применения

Электрофоретическое покрытие идеально подходит для заготовок сложной формы, особенно с внутренними полостями, обеспечивая равномерное внутреннее и внешнее покрытие и превосходную защиту от коррозии. Порошковое покрытие широко используется в промышленном производстве, строительстве и производстве мебели и подходит для различных материалов и поверхностей.

Сложность процесса

Электрофоретическое нанесение покрытий включает в себя относительно сложные процессы и требует специально обученного персонала для контроля на месте. Операции порошковой окраски сравнительно проще, но условия отверждения более строгие.

Стоимость и коэффициент восстановления

Порошковая покраска обеспечивает степень извлечения краски до 98%, что значительно сокращает количество отходов. Электрофоретическое покрытие также обладает высокой эффективностью использования краски; однако, после ввода в эксплуатацию производственные линии сложно остановить, поскольку остановки значительно увеличивают производственные затраты.

В целом, электрофоретическое нанесение покрытий превосходно подходит для обработки сложных деталей, обеспечивая высокое качество покрытия, экологичность и эффективность производства, в то время как порошковое покрытие предлагает преимущества в толщине покрытия, декоративном внешнем виде и коэффициенте извлечения порошка.

III. Полярность электрофоретических покрытий

Электрофоретические покрытия в основном делятся на два типа в зависимости от полярности: катодные и анодные покрытия.

Катодные электрофоретические покрытия

Доступен как в прозрачном, так и в пигментированном виде.

Характеристики: Превосходный цвет, высокая прозрачность, отличная коррозионная стойкость и хорошие декоративные свойства. Широко используются в электронных изделиях, мебельной фурнитуре, декоративных компонентах и ​​кузовах автомобилей.

Анодные электрофоретические покрытия

Также доступен в прозрачном и пигментированном вариантах.

Характеристики: Хорошая цветопередача и прозрачность, относительно высокая устойчивость к атмосферным воздействиям и коррозии. Подходит для электронных изделий, аксессуаров для мобильных телефонов, мебели и декоративной фурнитуры.

Пример из практики:

В электрофоретических процессах нанесения покрытий катодные электрофоретические покрытия широко используются для покрытия кузовов автомобилей благодаря своим превосходным характеристикам.

Преимущества катодных электрофоретических покрытий:

Превосходные характеристики пленки: катодные покрытия обладают в 1,3–1,5 раза большей светоотдачей, чем анодные, что позволяет покрывать сложные внутренние поверхности без вспомогательных электродов, тем самым упрощая процессы и снижая расход материала.

Высокая коррозионная стойкость: на обезжиренных стальных пластинах катодные покрытия, как правило, обеспечивают в 3–4 раза более высокую коррозионную стойкость, чем анодные покрытия, а в некоторых случаях — до 10 раз дольше.

Равномерное покрытие: Катодные покрытия образуют однородные пленки и позволяют избежать негативного воздействия кислорода, образующегося в процессе электролиза при анодном воздействии, обеспечивая стабильное качество покрытия.

Ограничения анодных электрофоретических покрытий:

Низкая устойчивость к щелочам, солевому туману и воде: в процессе электролиза анодные покрытия склонны к осаждению, что приводит к потемнению пленки и снижению коррозионной стойкости.

Выделение кислорода в процессе электролиза: кислород, выделяющийся в процессе анодного осаждения, может смешиваться с пленочным покрытием, затемняя его цвет и дополнительно снижая коррозионную стойкость.