精密鋼材和CNC加工零件的電泳塗層

精密鋼材和CNC加工零件的電泳塗層

表面保護不足是金屬零件現場失效的主要原因。腐蝕也往往始於不易觸及和檢查的區域，例如內孔和凹槽、焊接、螺紋孔和嵌入式接縫。噴塗過程很可能忽略這些部位。這會導致零件過早失效、返工成本高昂，並縮短原本完美的組件的使用壽命。

電泳塗裝從根源解決了問題。它將金屬零件浸入均勻的鍍膜槽中，在所有導電表面沉積一層均勻的薄膜。這包括噴塗方法無法處理的表面類型。電泳塗裝是精密生產零件表面處理的最佳製程之一。它還具有超過1,000小時的耐鹽霧性能，並且其薄膜厚度可以控制在奈米級。

對於工程師而言，塗層流程至關重要，因為他們需要為公差要求高的組件指定表面處理；對於大批量採購組件的客戶而言，塗層流程同樣重要。 ProLean Tech 提供內部客製化加工服務，並提供精密表面處理建議，協助團隊根據零件的幾何形狀、公差和運作條件，制定合適的表面處理方案。我們提供多種形式的塗層工藝。 精密加工服務這些最適合任何項目。

什麼是電泳塗裝？

電泳塗裝（或稱電泳塗層）是一種濕式電極工藝，將塗料沉積到金屬基材上。電泳塗裝是一種濕式塗裝技術，完全浸沒在基材表面。這與噴塗不同，噴塗需要從視線範圍內進行操作。電泳塗層可以覆蓋噴塗設備難以觸及的內部通道、螺紋和空洞。

由於所形成的薄層尺寸可控，且不會在精細表面上大量增厚，因此這種方法尤其適用於數控加工零件和精密鋼製零件。然而，對於尺寸以微米計的零件而言，這種控制優勢並不明顯。正是基於此，人們採用了電泳塗層技術，而非傳統的塗層工藝。

電泳塗裝製程步驟詳解

電泳塗裝製程是一個多層次、重複的過程，它控制著從原料金屬到最終固化的整個製造過程的品質。

• 預處理 零件經過清洗，去除污染物、加工油和氧化物。然後在零件表面鍍上一層鋅或磷酸鐵，使其具有耐腐蝕性並提高附著力。
• 浸浴： 將作品的濕潤面放入裝有 80% 或 90% 去離子蒸餾水和 10% 或 20% 顏料固體（丙烯酸或環氧樹脂）的容器中。
• 電沉積 採用直流電噴塗。塗料顆粒帶電後會移到零件上帶相反電荷的表面。它們在每個表面，例如凹槽、內部結構等，形成一層標準的塗層。否則，塗層就無法牢固附著。
• 沖洗後： 未結合的多餘材料在後沖洗過程中被移除。回收的塗料固體可作為浴液的一部分。這使得轉移效率超過95%，與噴塗製程相比，也節省了大量廢料。
• 養護： 這些元件在175至200攝氏度的溫度下加熱至少20分鐘。樹脂在烤箱的高溫下發生交聯，從而形成耐腐蝕、無孔的表面。

為什麼電泳塗裝適用於精密加工零件

電鍍加工零件

大多數表面處理技術適用於形狀較簡單的零件。電泳塗裝技術已發展成熟，並不斷改進應用於精密加工零件。它尤其適用於精密零件，因為它具有三大性能特點。

複雜特徵的不對稱覆蓋

電泳塗裝產生的電荷能產生塗裝專家所說的「拋射力」：即能夠將塗料塗覆到傳統噴塗和浸塗製程無法觸及的區域。這對於具有盲孔或內孔的數控加工零件來說是一項巨大的優勢。這也是電泳塗裝相對於其他塗裝製程的優勢所在。

無法噴塗的部件包括齒輪箱和電池外殼，這些部件則採用電泳塗裝程序。

對公差要求嚴格的零件，需要嚴格的薄膜厚度控制。

普通電泳塗層的厚度為15至35微米，比粉末塗層薄得多（粉末塗層的厚度可達60微米）。這對於使用數控工具機加工的零件或壓入配合的孔來說，是實現可控塗層沉積所必需的。增加100或80微米的塗層會影響配合。而20至30微米的塗層如果均勻塗覆，通常不會影響配合。 但是，它仍然可能會影響某些精密零件的配合，特別是那些公差嚴格或特徵精細的零件。

薄膜的厚度應在生產前確定並檢查。

尺寸風險費耐腐蝕性

ASTM B117 標準規定，電泳塗層精密零件在鹽霧試驗中可承受超過 1,000 小時的鹽霧侵蝕。其無孔表面可形成一道耐鹽、耐濕、耐輕度化學腐蝕的屏障。這種防護措施通常用於汽車底盤、工業設備、農業設備或戶外外殼等零件。

選擇適用於電泳塗層類型的合適化學品

並非所有電泳塗層都相同。兩個關鍵參數直接影響電荷極性和樹脂類型。

陰極電泳塗層與陽極電泳塗層

在陰極電泳塗裝（CED）中，工件為負極。金屬離子被阻止穿過漆膜。這形成了一個更緻密、更耐腐蝕的塗層。陰極電泳塗裝應用於超過95%的工業領域，以及幾乎所有的汽車生產中。

這種塗層可用於室內或對性能要求較低的場所。在該過程中發生的金屬離子遷移限制了陽極系統的性能。大多數精密加工零件應採用陰極鍍膜。

陰極電泳塗裝是汽車零件、重型機械以及任何需要在嚴苛環境下進行強效防腐蝕處理的零件的理想選擇。陽極電泳塗裝則較適合室內應用或對耐腐蝕性要求較低的零件，例如燈具或室內五金。根據零件的暴露環境和性能要求選擇合適的塗裝類型，有助於避免塗層失效和不必要的成本。

在選擇陽極電泳漆還是陰極電泳漆時，請考慮以下因素：

環氧樹脂體系與丙烯酸樹脂體系

它被廣泛用作車身結構部件和底盤零件的底漆，特別適用於承受極端工業環境的部位。它唯一的缺點是紫外線穩定性較差。環氧塗層中的環氧樹脂在長時間日曬下會發生粉化和降解。因此，外表面必須具有抗紫外線性能。 電鍍處理 在油漆上面。

陰極丙烯酸電泳塗層解決了紫外線防護方面的難題。丙烯酸產品是農業機械、暖通空調和家電可見光面板的最佳選擇。它們具有良好的保色性、戶外性能和在惡劣環境中工作的能力。缺點是丙烯酸的耐化學性略低於環氧樹脂。這需要根據每種應用的紫外線防護要求來權衡。

電泳塗裝、粉末塗裝和陽極處理

在選擇表面處理方法時，需要注意以下幾個方面：覆蓋率、膜厚、耐腐蝕性和美觀性。本文將比較典型數控加工零件之間的主要差異。

這兩層塗層相輔相成，互相補充。電泳塗層作為耐腐蝕底漆，適用於所有表面，包括隱藏表面。粉末塗層則既提供裝飾性面漆，又為可見表面提供更厚的保護層。這種雙層塗層系統現已成為汽車和重型設備製造的標準製程。

電泳塗裝精密數控零件設計指南

電泳塗層汽車車身框架

電泳塗裝適用於複雜幾何形狀，但並非完全不受幾何形狀問題的影響。部件的設計決定了能否產生穩定可靠的塗裝效果。

排水孔和通風孔

排水和通風對於空心型材、箱式組件或折疊外殼至關重要。生產前應進行檢查。如果零件上的排水孔不足，預處理化學物質、沖洗水和塗層材料可能會滯留在零件內部，導致腐蝕、污染和塗層不均勻。

在每個階段，流體都可以自由地流入和流出空心部分。每個空心部分的頂部附近都有一個小的通氣孔。這種低成本的設計改進可以防止代價高昂的品質問題。

重疊區域、搭接接頭和焊縫

金屬板材和焊接件表面容易積聚液體，導致預處理效果不均勻。如果焊接殘留焊接劑或氧化物，清潔起來會很困難。在折疊邊緣和搭接接頭之間的毛細空間中，可能會殘留預處理化學物質或沖洗水。這會導致塗層附著力差或起泡。

接縫處的焊縫應連續，且不得間斷。液體可能會滯留在焊接之間。在需要長期防腐蝕的區域，密封或盡量減少搭接接頭的邊緣至關重要。

尖銳邊緣和高電流密度區域

尖銳的邊緣會導致塗層厚度不均勻。內角處的塗層厚度會比平面少。即使是0.1-0.2毫米的微小倒角或邊緣斷裂，也能減少邊緣處的塗層厚度差異。

電泳塗層應用

工廠中車身電泳塗裝工藝

電泳塗裝是精密加工零件產業常用的表面處理流程。它兼具耐腐蝕性、尺寸控制性和良好的覆蓋性，使其成為行業標準。

汽車與交通

汽車產業開發電泳塗層的原因很簡單：複雜的幾何形狀，例如車身、懸吊零件和煞車卡鉗，需要防腐蝕保護。塗層可保護數控加工零件在其整個使用壽命期間免受腐蝕。在底漆上塗上面漆後，它可以提供長達 1,500 小時的耐鹽霧性能。

重型設備和機械

各種建築、採礦和農業設備的齒輪箱、液壓缸和馬達支架都會受到化學物質、濕氣和機械磨損的影響。這些部件需要塗覆均勻的塗層，以避免較厚塗層在精密配合面上造成的尺寸偏差。

電子電器外殼

這種塗層用於為數控加工的機箱、散熱器和其他組件提供防腐蝕保護。它不會影響導熱性、尺寸和耐腐蝕性。這種無孔塗層提供了一個穩定的平台，如果在其上放置其他導電層，則可以屏蔽電磁幹擾。

醫療保健實驗室設備

醫療設備存放場所必須配備能夠承受強力醫用清潔劑和消毒劑腐蝕而不受損的推車、支撐系統和儀器部件。符合這些要求的無孔且耐化學腐蝕的薄膜是電泳塗層。此薄膜厚度可控，能夠確保精密加工零件的公差極小。

電泳塗裝的限制：何時電泳塗裝並非最佳選擇？

需要注意的是，這種塗層可能並非最佳選擇。了解塗層失效的原因有助於消除規格錯誤，從而避免後續出現品質和成本問題。

• 電泳塗層非導電材料： 電泳塗裝必須具有導電性。如果沒有導電底漆，則不能將其應用於陶瓷、複合材料或塑膠上。混合材料組件可能需要分別進行表面處理。
• 色彩靈活性： 大多數電泳塗層只有幾種顏色可供選擇。最實用、最受歡迎的是黑色。客製化顏色可能成本較高，而且僅適用於大型專案。
• 尺寸： 電泳塗裝槽的尺寸是固定的。大型焊接構件的容量可能超過槽的容量，必須採用其他方法進行後續加工。
• 不應塗覆環氧塗層 對於暴露在紫外線下且缺乏面漆的部件，如果沒有抗紫外線表面處理，隨著時間的推移，顏色會逐漸褪色。
• 當生產量低時，電泳塗裝的成本也低。 在原型製作過程中，其他表面處理方法由於每個零件的設置和裝架成本較高，因此在原型或小批量生產中成本更低。

選擇精密零件電泳塗裝供應商時需要考慮的因素

金屬製品電鍍

電泳塗裝製程對其品質的重要性不亞於其化學成分。在選擇精密加工零件供應商時，請務必考慮製程穩定性和品質保證，並提出正確的問題。

技術能力檢查表

與供應商簽訂合約前，請務必檢查以下事項：

• 儲罐尺寸，例如可加工的最大組件，以及複雜組件的貨架設計能力。
• 供應商可以提供指導，幫助您做出最佳選擇。
• 厚度測量設備、公差和薄膜厚度控制方法。
• 重要的孔和螺紋。磨削表面不可塗層。

• 預處理過程的詳細信息，包括磷酸鹽塗層，可提高附著力。

品質和認證

ISO 9001認證適用於所有生產項目。汽車項目和汽車零件供應商通常需要獲得IATF 16949認證。您還必須要求供應商提供更多性能信息，包括鹽霧試驗、ASTM B117試驗數據以及附著力試驗數據（例如劃格紋數據或拉拔試驗數據）。如果供應商無法提供這些信息，則他/她並非完成精確零件製造的合適合作夥伴。

數控加工及精加工數控供應鏈

採購不含數控加工的電泳塗裝產品有交接風險（例如，搬運過程中尺寸可能有偏差、塗層問題難以歸因，以及涉及多個供應商而導致的交貨週期延長）。而CNC加工和精加工可以由同一供應商完成。這種方式更易於觀察，控制更嚴格，且加工過程中原料與最終成品之間的差異更小。

結語

電泳塗裝與噴漆截然不同。它是一種精密的表面處理技術，能夠在其他技術無法提供防腐蝕保護的情況下，提供有效的防腐蝕保護。對於幾何形狀複雜或公差要求高的機械加工零件，電泳塗裝是一種經濟高效的解決方案。其均勻的塗層厚度使其成為理想的選擇。為了獲得最佳的電泳塗裝效果，您必須考慮以下切實可行的措施：選擇合適的樹脂、製造便於排液和排氣的零件，以及選擇能夠全程監控製程品質的供應商。

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常見問題

鋁製數控加工零件可以電泳塗裝嗎？

是的，為了提高附著力，通常在電泳塗裝前進行磷酸鹽或氯化物預處理。鋁材最常用的表面處理方法是陽極氧化。然而，電鍍塗層在惡劣環境下具有更好的耐受性。

電泳塗裝會影響加工零件的尺寸嗎？

電泳塗層可在傳統薄膜厚度上增加 0.015 毫米至 0.035 毫米。這種公差疊加至關重要，因此在加工或加工帶有螺紋孔、壓入配合孔或精密軸的尺寸時，必須對塗層進行遮蔽。

電泳塗層的使用壽命是多久？

在ASTM B117測試中，電泳塗裝零件通常可維持1,000小時以上。影響實際使用耐久性的因素包括應用環境、所選塗層以及面漆的塗覆。採用陰極環氧樹脂作為底漆和粉末面漆的汽車底盤部件可提供10年或更長時間的防腐蝕保護。

是否可以在其他表面處理製程上使用環保塗層？

這種情況很常見。最常用的陰極環氧底漆通常以雙層系統的形式使用，然後再噴塗粉末，以提供紋理、顏色和紫外線防護。這種組合廣泛應用於汽車、戶外動力設備和重型設備的製造。