Mikä E{0}}Coating on?

Kun suunnittelutiimimme avasi ensimmäisen kerran Kaakkois-Aasian rannikon jakelukeskuksesta palautetun syöpyneen akkukotelon, vikakuvio kertoi meille kaiken, mitä meidän piti tietää. Suolasumua oli tunkeutunut hitsisauman lähellä olevasta neulanrei'ästä, ja kahdeksan kuukauden kuluessa terässubstraatti osoitti aktiivista ruosteenvuotoa kymmenen vuoden pinnoitusjärjestelmän läpi. Tämä tapaus muutti tapaa, jolla määritämme pintasuojauksen jokaiselle laitoksestamme lähtevälle teräskotelolle.

Sähköpinnoitus-e-lyhyesti-päällystys toimii periaatteella, joka tuntuu sen ymmärtämisen jälkeenkin melkein liian tyylikkäältä. Upota johtava osa kylpyyn, joka sisältää varautuneita maalihiukkasia, syötä tasajännitettä ja hiukkaset kulkeutuvat nesteen läpi ja laskeutuvat jokaiselle pinnalle, jolle virta pääsee. Fysiikka on suoraviivaista: vastakkaiset varaukset vetävät puoleensa. Mutta tekninen suunnittelu, joka vaaditaan tämän työn tekemiseen tuotantomittakaavassa, sisältää kemian, nesteen dynamiikan ja prosessinhallinnan, joiden hiominen autoteollisuudessa vei vuosikymmeniä.

Sähkökemia kalvon muodostumisen takana

Kun tasavirta kulkee pinnoitekylvyn läpi, tapahtuu samanaikaisesti neljä erillistä ilmiötä. Elektroforeesi siirtää varautuneita hartsia ja pigmenttihiukkasia kohti työkappaletta. Elektrodepositio saa nämä hiukkaset menettämään varauksensa ja saostumaan koherentiksi kalvoksi. Elektrolyysi tuottaa vetyä katodilla ja happea anodilla. Elektroosmoosi pakottaa vesimolekyylit ulos juuri kerrostetusta pinnoitteesta ja tiivistää kalvoa ennen kuin se poistuu säiliöstä.

Tuloksena on pinnoite, joka kietoutuu reunojen ympärille, tunkeutuu syvennyksiin ja muodostuu itsestään-rajoittavaan paksuuteen, joka määräytyy kerrostetun kalvon sähkövastuksen mukaan. Kun pinnoite saavuttaa tietyn paksuuden, se eristää pinnan tarpeeksi, jotta virran virtaus putoaa ja kerrostuminen pysähtyy. Tämä itse-rajoittuva käyttäytyminen selittää, miksi e-pinnoite tuottaa huomattavan yhtenäisiä kalvoja monimutkaisille geometrioille-jokin ruiskutus ei yksinkertaisesti sovi osiin, joissa on sisäisiä onteloita ja tiukkoja kulmia.

Tällä erolla on merkitystä teräsakkukoteloille, jotka viettävät käyttöikänsä alttiina tien suolalle ja kosteudelle. Anodisella e-pinnoitteella on edelleen sovelluksia-alhaiset kovettumislämpötilat toimivat paremmin lämpö-herkissä kokoonpanoissa-, mutta litiumakkukotelo, joka toimii tavallisen kylmävalssatun-teräksen kanssa, on lähes yleisesti määritelty katodisilla epoksipohjamaaleilla.

Mitä tankissa todella tapahtuu

Päällystyskylpy näyttää petollisen yksinkertaiselta: 80–90 prosenttia deionisoitua vettä, joka kuljettaa 10–20 prosenttia maalin kiintoaineita jatkuvasti sekoittaen. Mutta tuon kylvyn ylläpitäminen tuotannossa vaatii päivittäistä huomiota kymmeniin toisiinsa liittyviin parametreihin. Kiintoainepitoisuus kulkeutuu materiaalikertymänä osiin. pH muuttuu, kun happamia sivutuotteita kertyy. Johtavuus muuttuu hankaus- ja hajoamistuotteiden saastumisen myötä. Lämpötila vaikuttaa viskositeettiin ja kerrostumisnopeuteen.

Prosessin tavoitteet

• 18-20 prosenttia kiintoaineita
• pH välillä 5,9-6,3
• Johtavuus: 1100-1500 µS/cm
• Lämpötila: 28-32 astetta

Prosessi-insinöörimme tavoittelevat 18-20 prosenttia kiintoainepitoisuutta, pH-arvoa 5,9-6,3, johtavuutta 1100-1500 mikrosiemensiä senttimetriä kohti ja kylvyn lämpötilaa 28-32 celsiusastetta. Nämä sarjat ovat peräisin pinnoitetoimittajien spesifikaatioista, jotka on jalostettu vuosikymmenien autotuotannon kokemuksella. Niistä poikkeaminen ei välttämättä aiheuta välitöntä vikaa, mutta se siirtää prosessin ikkunaa ja lisää vaihtelua kalvon rakenteessa, ulkonäössä ja korroosiokyvyssä.

Jännitteen käyttö vaatii ohjatun rampin. Työkappaleeseen osuminen täydellä jännitteellä saa virran keskittymään välittömästi teräviin reunoihin ja ohuille alueille, mikä saattaa rikkoa kerrostumiskalvon ja luoda reikiä, jotka tappoivat akkupesän Kaakkois-Aasiassa. Kymmenen-viidentoista sekunnin ramppi käyttöjännitteeseen välillä 150-350 volttia mahdollistaa virran jakautumisen tasaamisen pinnan yli. Upotusaika 120-180 sekuntia tarjoaa riittävän kalvon rakentamisen ilman pitkien jaksojen hukkaa.

Kulonisuhde-noin 1,2–1,4 coulombia neliösenttimetriä kohden laskee yhden mikrometrin kalvoa-antaa tuotantoryhmille ennakoivan työkalun prosessin ohjaamiseen. Jos osat tulevat ohuiksi, tarkista tasasuuntaajan lähtö. Jos paksuus vaihtelee kuormituksen mukaan, tarkista elektrodien sijoitus ja kylvyn kierto.

Esikäsittely ratkaisee kaiken

Tässä on epämiellyttävä totuus sähköpinnoituksesta: e-pinnoite itsessään aiheuttaa harvoin kenttävirheitä. Esikäsittely tekee. Jokainen korroosio-ongelma, jonka olemme jäljittäneet toimitusketjussamme, sai alkunsa riittämättömästä puhdistuksesta, väärästä fosfatoinnista tai prosessivaiheiden välisestä saastumisesta.

Teräspinnat vaativat rasvanpoistoa leimausöljyjen ja kemiallisen sitoutumisen estävän lian poistamiseksi. Ultraäänipuhdistus 60 celsiusasteessa kolmen minuutin ajan ja sen jälkeen korkeapaineinen suihkehuuhtelu 0,3 megapascalilla poistaa suurimman osan epäpuhtauksista. Mutta "usein" ei ole tarpeeksi hyvä osille, joiden on selviydyttävä 1000 tunnin suolasuihkutestauksesta.

Fosfaattikonversiopinnoite luo mikroskooppisen kiderakenteen, joka ankkuroi orgaanisen kalvon metalliin. Sinkkifosfaattijärjestelmistä, joiden paino on 2-4 grammaa neliömetriä kohden ja joiden kiteiden koko on alle 5 mikrometriä, on tullut autoteollisuuden standardi. Kiteet muodostavat mekaanisen lukituksen, kun taas fosfaattikerros lisää omaa korroosionestoaan. Ohita tämä vaihe tai suorita se huonosti, ja jopa täydellinen e-coat -kalvo irtoaa, kun korroosio alkaa rajapinnassa.

Viimeisen huuhtelun ennen sähköpinnoitusta on saatava pinnan johtavuus alle 10 mikrosiemensiä senttimetriä kohti. Korkeampi johtavuus aiheuttaa epätasaisen virran jakautumisen e-coat-säiliössä ja aiheuttaa vesipisteitä ja virtausjälkiä, jotka laaduntarkastajat hylkäävät nähdessään.

Laitteiden realiteetit

Säiliön suunnittelu seuraa pinnoitettavia osia. Suorakaiteen muotoiset säiliöt sopivat indeksointijärjestelmiin, joissa kuormat pysyvät kiinteissä paikoissa. Veneen-muotoiset säiliöt, joissa on rampatut sisään- ja poistumisosat, sopivat jatkuviin yksiraiteisiin kuljettimiin. Sisäpinta vaatii lasi-vahvistettua muovieristystä, jonka jännite on 20 000 volttia, jotta estetään virtavuoto ja varmistetaan, että sähkökenttä keskittyy työkappaleisiin säiliön seinien sijaan.

Kiertojärjestelmät toimivat jatkuvasti{0}}sulkevat ne yli kahdeksi tunniksi ja kiinteät aineet alkavat laskeutua pohjaan. Pumput, jotka on mitoitettu 3-4 täydelle kierrokselle tunnissa, säilyttävät tasaisen jakautumisen. Pohjanopeudet yli 0,4 metriä sekunnissa estävät kuolleita alueita, joihin raskaita pigmenttihiukkasia kerääntyy.

Ultrasuodatusjärjestelmät poistavat kylvystä permeaattia-olennaisesti puhdasta vettä pienimolekyylipainoisilla liuottimilla- käytettäväksi jälkihuuhteluvaiheissa. Tämä suljettu silmukka ottaa talteen noin 80 prosenttia osiin vedetystä materiaalista, mikä vähentää sekä raaka-ainekustannuksia että jäteveden käsittelykuormitusta. Työskentely sellaisten toimittajien kanssa, jotka joutuvat pinnoittamaan suuria pinta-aloja tiukoilla marginaaleilla, tämä talteenottotehokkuus vaikuttaa suoraan tuotannon taloudellisuuteen.

Anodijärjestelmä ansaitsee enemmän huomiota kuin se yleensä saa. Anodeja ympäröivät puoliläpäisevät{1}}kalvot päästävät ioniset sivutuotteet kulkemaan läpi ja säilyttävät hartsin ja pigmentin. Anolyyttineste happamoituu tuotannon jatkuessa; Johtavuuden säätöjärjestelmät poistavat tiivistetyn anolyytin ja korvaavat sen deionisoidulla vedellä ionitasapainon ylläpitämiseksi. Jätä tämä piiri huomioimatta ja kylpykemia ajautuu, kunnes pinnoitteen laadusta tulee arvaamaton.

Testaus, jolla on merkitystä

Suolasuihkualtistus ASTM B117:n mukaan pysyy vakiona kiihdytettynä korroosiotestinä sen tunnustetuista rajoituksista huolimatta. Testausympäristö-5-prosenttinen natriumkloridiliuos 35 celsiusasteessa jatkuvan sumualtistuksen yhteydessä-kiihdyttää korroosiota, mutta ei toista märkä-kuivakiertoa, lämpötilan vaihteluita ja kontaminaatiota, joita osat kokevat todellisessa käytössä.

Katodisilla epoksipohjamaaleilla fosfatoidun teräksen päällä 20-35 mikrometrin kuivakalvonpaksuudella spesifikaatiot edellyttävät tyypillisesti 1 000 tunnin vähimmäisaltistusta, kun viivaviruma on rajoitettu 2 millimetriin yhdellä puolella.Mukautetut akkukoteloiden toimittajatnosta tämä usein 1500 tuntiin, kun se yhdistetään sinkki-nikkelipinnoitukseen alustalla. Syklinen korroosiotesti, joka sisältää suolasumutteen, kosteusliotus-, kuivaus--poisto- ja jäädytysjaksot, korreloi paremmin kenttäsuorituskykyyn, mutta kestää kauemmin ja maksaa enemmän.

ASTM D3359:n mukainen risti-kiinnitystesti havaitsee esikäsittelyn epäonnistumiset ennen kuin niistä tulee kenttäongelmia. Iskunkestävyys 50 senttimetriä{4}}kilossa varmistaa, että kalvo kestää mekaanisen käsittelyn akun kokoonpanon aikana. Kynän kovuus 2H tai suurempi osoittaa täydellisen kovettuneen-alikehittyneet kalvot tuntuvat kovilta, mutta pysyvät kemiallisesti aktiivisina ja hajoavat nopeammin ympäristöaltistuksessa.

Päivittäinen kylvyn seuranta seuraa parametreja, jotka ennustavat pinnoitteen laatua: kiintoainepitoisuus, pigmentin -/-sideainesuhde, pH, johtavuus, neutralointiekvivalentti. Kun jokin näistä poikkeaa määritelmästä, prosessiinsinöörit tutkivat sen ennen tuotannon aloittamista. Laaduntarkastuksen odottaminen ongelmien havaitsemiseksi hukkaa materiaalia ja kapasiteettia samalla, kun asiakastoimitukset vaarantuvat.

Missä tämä tekniikka tuottaa todellista arvoa

Autoteollisuus ohjasi e{0}}pinnoitteen kehitystä, koska mikään muu tekniikka ei voinut pinnoittaa tasaisesti laatikon osia, helman laippoja ja pistehitsattuja liitoksia, jotka muodostavat auton korirakenteen. Sama ominaisuus tarkoittaa suoraan sähköajoneuvojen akkukoteloita.

Teräksiset akkukotelot kohtaavat käyttöikänsä ajan roiskeita,{0}}jäänpoistokemikaaleja, kosteuden vaihtelua ja satunnaisia ​​kiviiskuja. Korroosiosuojajärjestelmän on kestettävä 15 vuotta tai 150 000 mailia kaikkein aggressiivisimmissa käyttöolosuhteissa-ajatellen suolaisia ​​valtateitä Skandinaviassa tai rannikkoteitä trooppisessa ilmastossa. E-pinnoite muodostaa tasaisen pohjakerroksen, joka estää korroosion syntymisen hitsisaumoissa, laser-leikattuissa reunoissa ja muodostuneissa kulmissa, jotka katoaisivat tai peittyisivät riittämättömästi ruiskutettaessa.

Tiimillämme on pinnoitettuja teräskoteloita pienistä 48 V:n moduulikoteloista täysikokoisiin-vetoakkukoteloihin, joiden pinta-ala on yli kaksi neliömetriä. Sähköpinnoituksen heittovoimaetu tulee ilmeiseksi, kun yrität ruiskuttaa maalia suljetun laatikon sisäosaan. Joko jätät sen paljaaksi ja toivot, että se ei koskaan näe kosteutta, tai poraat aukkoja, jotka luovat lisää korroosion alkamiskohtia. E-pinnoite tunkeutuu kaikkiin onteloihin, jotka kylpy voi täyttää ja tarjoaa täydellisen suojan ilman suunnittelun kompromisseja.

Alhaisessa-lämpötilassa kovettuvat koostumukset, jotka käsittelevät koottujen moduulien lämpöherkkyyttä, edustavat merkittävää kehitystälitiumparistopakkausten valmistajatjoiden on levitettävä suojapinnoitteita kennon asennuksen jälkeen. Tavalliset e-coat-järjestelmät kovettuvat 170 celsiusasteessa 20 minuutin-lämpötiloissa, jotka vahingoittavat soluja ja elektroniikkaa. Matalat-paistovaihtoehdot, jotka kovettuvat 140 asteessa 15 minuuttia, heikentävät äärimmäistä suorituskykyä, mutta ovat riittäviä moniin sovelluksiin, joissa kilpailevat prosessirajoitukset rajoittavat lämpöaltistusta.

Käytännön rajoitukset ja kompromissit

Värivaihtoehdot ovat rajalliset jauhemaalaukseen tai nestemaaliin verrattuna. Useimmat e-coat-järjestelmät käyttävät mustia tai harmaita pohjamaaleja; värien vaihtaminen vaatii säiliön puhdistusta, joka vie päiviä ja hukkaa materiaalia. Joissakin tiloissa on useita säiliöitä eri väreille, mutta tämä moninkertaistaa pääoma- ja lattiatilatarpeen.

Kovettumisvaatimus rajoittaa substraatin valintaa. Osat, jotka eivät kestä 140-175 celsiusastetta kovettumisjakson aikana-tietyt muovit, esiasennetut komponentit, joissa on lämpötila-herkkiä elementtejä, osat, joissa on puristus-sovituslaakerit-, vaativat vaihtoehtoisia pinnoitusmenetelmiä. Anodiset e-coat-järjestelmät tarjoavat alhaisemmat kovettumislämpötilat, mutta heikentävät korroosiokykyä.

Ympäristövaatimusten noudattamisesta on tullut yksinkertaista verrattuna liuotin{0}}pohjaisiin ruiskutusjärjestelmiin. E-coat-kylvyt sisältävät vain vähän haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka täyttävät EPA- ja CARB-vaatimukset ilman päästöjenhallintalaitteita. Suljetun -silmukan huuhtelujärjestelmä vähentää veden kulutusta ja jäteveden poistoa. Mutta itse kylpy vaatii huolellista hallintaa-käytetty anolyytti tarvitsee neutralointia, ultrasuodatuskalvot on hävitettävä 18–36 kuukauden käytön jälkeen, ja esikäsittelyn fosfaattiliete sisältää säänneltyjä metalleja.

Kun ulkoistaminen on järkevää

monetlitiumrautafosfaattiakkujen toimittajatja koteloiden valmistajat ulkoistavat sähköpinnoituksen erikoistuneille työpajoille sen sijaan, että investoisivat omaan käyttöön. Tämä on taloudellisesti järkevää, kun tuotantomäärät eivät oikeuta erityistä kapasiteettia, kun useat pinnoitusspesifikaatiot edellyttävät joustavuutta, jota yksittäinen-käyttölinja ei pysty tarjoamaan, tai kun kylpyjen hallinnan ja laadunvalvonnan tekninen asiantuntemus jää ydinosaamisen ulkopuolelle.

Kompromissi on toimitusketjun riski. Pinnoitteiden läpimenoajat lisäävät päiviä tuotantoaikatauluihin. Laatu riippuu pikemminkin työpajan prosessikurista kuin sisäisestä valvonnasta. Kuljetus valmistus- ja pinnoituslaitosten välillä lisää kustannuksia ja käsittelyaltistusta.

Lähestymistapamme on ollut hyväksyä useat pinnoitelähteet, tarjota yksityiskohtaiset tekniset tiedot, jotka viittaavat yllä kuvattuihin prosessiparametreihin ja testivaatimuksiin, ja tarkastaa jokaisen lähetyksen saapuvan laadun. Kun löydämme ongelmia, jäljitämme ne päällystysprosessin kautta tunnistaaksemme perimmäiset syyt sen sijaan, että vain hylkäämme osia. Tämä yhteistyö on parantanut pinnoitetoimittajiemme laatua ja antanut meille mahdollisuuden siirtää volyymia kysynnän vaihtelun mukaan.

E-pinnoitustekniikka on ansainnut asemansa hallitsevana pohjamaalijärjestelmänä teräspintojen korroosiosuojauksessa. Tasaisen peiton, kontrolloidun kalvon ominaisuuksien, ympäristönmukaisuuden ja tuotantotehokkuuden yhdistelmä tekee siitä ilmeisen valinnan akkukoteloille ja rakennekomponenteille, jotka vaativat pitkäkestoista kestävyyttä aggressiivisissa käyttöympäristöissä. Prosessiparametrien, laatuvaatimusten ja käytännön rajoitusten ymmärtäminen auttaa insinööriryhmiä määrittelemään pinnoitusjärjestelmiä, jotka tarjoavat luotettavan suorituskyvyn sen sijaan, että toivoisimme, että yleinen huomioteksti tuottaa jollain tavalla hyväksyttäviä tuloksia.