Što je E-Premaz?

Prvi put kad je naš inženjerski tim otvorio zarđalu baterijsku ladicu vraćenu iz obalnog distribucijskog centra u jugoistočnoj Aziji, uzorak kvara rekao nam je sve što smo trebali znati. Slani sprej je prodro kroz rupicu u blizini zavarenog šava, a unutar osam mjeseci čelična podloga je pokazala aktivno krvarenje hrđe kroz ono što je trebalo biti deset-godišnji sustav premaza. Taj je incident promijenio način na koji specificiramo površinsku zaštitu za svako čelično kućište koje napušta naš pogon.

Elektropremaz-e-premaz za kratko-funkcionira na principu koji se i dalje čini previše elegantnim nakon što ga razumijete. Uronite vodljivi dio u kupku koja sadrži nabijene čestice boje, primijenite istosmjerni napon i te čestice migriraju kroz tekućinu i talože se na svaku površinu do koje struja može doći. Fizika je jednostavna: suprotni naboji se privlače. Ali inženjering potreban da bi ovo funkcioniralo na proizvodnoj razini uključuje kemiju, dinamiku fluida i kontrolu procesa za čije usavršavanje su automobilskoj industriji bila potrebna desetljeća.

Elektrokemija iza stvaranja filma

Kada istosmjerna struja prolazi kroz kupku za nanošenje, istodobno se događaju četiri različita fenomena. Elektroforeza pomiče nabijene čestice smole i pigmenta prema izratku. Elektrotaloženje uzrokuje da te čestice gube svoj naboj i talože se kao koherentni film. Elektrolizom nastaje vodik na katodi i kisik na anodi. Elektroosmoza tjera molekule vode iz svježe nanesenog premaza, zgušnjavajući film prije nego uopće napusti spremnik.

Rezultat je premaz koji se omotava oko rubova, prodire u udubljenja i gradi do samo{0}}ograničavajuće debljine određene električnim otporom nanesenog filma. Nakon što premaz postigne određenu debljinu, dovoljno izolira površinu da protok struje opadne i taloženje prestane. Ovo samo-ograničavajuće ponašanje objašnjava zašto e-premazivanje proizvodi nevjerojatno ujednačene filmove preko složenih geometrija-nešto što se nanošenje sprejom jednostavno ne može uskladiti na dijelovima s unutarnjim šupljinama i uskim kutovima.

Za čelična kućišta baterija koja će svoj radni vijek provesti izložena cikličnoj promjeni soli s ceste i vlage, ova je razlika važna. Anodni e-premaz još uvijek ima primjenu-niže temperature otvrdnjavanja bolje funkcioniraju za-sklopove osjetljive na toplinu-ali kućište litijskih baterija koje radi sa standardnim hladno-valjanim čelikom gotovo univerzalno specificira katodne epoksidne temeljne premaze.

Što se zapravo događa u spremniku

Kupka za nanošenje premaza izgleda varljivo jednostavno: 80-90 posto deionizirane vode koja nosi 10-20 posto krutih tvari boje uz stalno miješanje. Ali održavanje te kupke u proizvodnji zahtijeva svakodnevnu pozornost na desetak međusobno povezanih parametara. Sadržaj krutih tvari se kreće kao naslage materijala na dijelovima. pH se mijenja kako se kiseli nusprodukti nakupljaju. Vodljivost se mijenja s onečišćenjem od razgradnih proizvoda. Temperatura utječe na viskoznost i brzinu taloženja.

Ciljevi procesa

• 18-20 posto čvrste tvari
• pH između 5,9 i 6,3
• Vodljivost: 1100-1500 µS/cm
• Temperatura: 28-32 stupnja

Naši procesni inženjeri ciljaju na 18-20 posto krutine, pH između 5,9 i 6,3, vodljivost od 1100 do 1500 mikrosiemena po centimetru i temperaturu kupke na 28-32 stupnja Celzijusa. Ovi rasponi proizlaze iz specifikacija dobavljača premaza usavršenih kroz desetljeća iskustva u proizvodnji automobila. Odstupanje od njih ne mora nužno uzrokovati trenutni kvar, ali pomiče prozor procesa i povećava varijabilnost u izradi filma, izgledu i koroziji.

Primjena napona zahtijeva kontroliranu rampu. Udaranje obradaka s punim naponom odmah uzrokuje koncentriranje struje na oštrim rubovima i tankim područjima, potencijalno pucajući taložni film i stvarajući rupe koje su uništile baterijsku ladicu u jugoistočnoj Aziji. Rampa od deset do petnaest sekundi do radnog napona između 150 i 350 volti omogućuje izjednačavanje distribucije struje po površini. Vrijeme uranjanja od 120-180 sekundi osigurava odgovarajuću izradu filma bez gubitka produljenih ciklusa.

Kulonski odnos-otprilike 1,2 do 1,4 kulona po kvadratnom centimetru taloži jedan mikrometar filma-daje proizvodnim timovima prediktivni alat za kontrolu procesa. Ako dijelovi ispadnu tanki, provjerite izlaz ispravljača. Ako debljina varira po opterećenju, provjerite položaj elektroda i cirkulaciju kupke.

Prethodni tretman određuje sve

Evo neugodne istine o elektrosloju: sam e-sloj rijetko uzrokuje kvarove na terenu. Predtretman čini. Svaki problem korozije koji smo otkrili kroz naš opskrbni lanac nastao je neadekvatnim čišćenjem, nepravilnim fosfatiranjem ili kontaminacijom između faza procesa.

Čelične podloge zahtijevaju odmašćivanje kako bi se uklonila ulja za žigosanje i zaprljanja koja sprječavaju kemijsko vezivanje. Ultrazvučno čišćenje na 60 stupnjeva Celzijusa u trajanju od tri minute nakon čega slijedi -ispiranje raspršivačem pod visokim pritiskom od 0,3 megapaskala uklanja većinu onečišćenja. Ali "većina" nije dovoljno dobra za dijelove koji trebaju preživjeti 1000 sati testiranja u slanom spreju.

Premaz za konverziju fosfata stvara mikroskopsku kristalnu strukturu koja pričvršćuje organski film na metal. Sustavi cink fosfata koji ciljaju 2-4 grama po kvadratnom metru s veličinama kristala ispod 5 mikrometara postali su automobilski standard. Kristali osiguravaju mehaničko međusobno blokiranje dok fosfatni sloj dodaje vlastitu inhibiciju korozije. Preskočite ovaj korak ili ga loše pokrenite, pa će se čak i savršeni e-coat film raslojiti kada korozija započne na sučelju.

Posljednje ispiranje prije elektroprevlačenja mora dovesti površinsku vodljivost ispod 10 mikrosimensa po centimetru. Veća vodljivost uzrokuje neravnomjernu raspodjelu struje u spremniku za e-coat i stvara mrlje od vode i tragove protoka koje inspektori kvalitete odbijaju čim ih vide.

Stvarnost opreme

Dizajn spremnika slijedi dijelove koji se premazuju. Pravokutni spremnici odgovaraju sustavima indeksiranja gdje se teret zadržava na fiksnim pozicijama. Spremnici u obliku -čamca s nagnutim ulaznim i izlaznim dijelovima imaju kontinuirane jednotračne transportere. Unutarnja površina zahtijeva plastičnu izolaciju ojačanu staklenim-vlaknima-na napon od 20.000 volti kako bi se spriječilo curenje struje i osiguralo da se električno polje koncentrira na izratke, a ne na stijenke spremnika.

Cirkulacijski sustavi rade neprekidno-isključuju ih na više od dva sata i krutine se počinju taložiti na dno. Crpke dimenzionirane za tri do četiri puna okretaja na sat održavaju homogenu distribuciju. Brzine na dnu iznad 0,4 metra u sekundi sprječavaju mrtve zone u kojima se nakupljaju teške čestice pigmenta.

Ultrafiltracijski sustavi ekstrahiraju permeat-u suštini čistu vodu s otapalima niske molekularne težine-iz kupke za upotrebu u post-fazama ispiranja. Ova zatvorena petlja vraća otprilike 80 posto materijala izvučenog na dijelove, smanjujući i troškove sirovina i opterećenje pročišćavanjem otpadnih voda. Radeći s dobavljačima koji trebaju premazivati ​​velike površine uz niske marže, ova učinkovitost oporabe izravno utječe na ekonomiju proizvodnje.

Sustav anoda zaslužuje više pozornosti nego što obično dobiva. Polu-propusne membrane koje okružuju anode dopuštaju prolaz ionskim nusproduktima zadržavajući smolu i pigment. Tekućina anolita se zakiseljuje kako se proizvodnja nastavlja; sustavi kontrole vodljivosti ispuštaju koncentrirani anolit i zamjenjuju ga deioniziranom vodom kako bi održali ionsku ravnotežu. Zanemarite ovaj krug i kemija kupke se mijenja sve dok kvaliteta premaza ne postane nepredvidiva.

Testiranje koje je važno

Izloženost slanom spreju prema ASTM B117 ostaje standardno ubrzano ispitivanje korozije unatoč svojim priznatim ograničenjima. Ispitno okruženje-5-postotna otopina natrijevog klorida na 35 stupnjeva Celzijusa uz kontinuirano izlaganje magli-ubrzava koroziju, ali ne ponavlja mokro-suho cikluse, temperaturne ekskurzije i kontaminaciju s kojima se dijelovi suočavaju u stvarnom radu.

Za katodne epoksidne temeljne premaze na fosfatiranom čeliku pri debljini suhog filma od 20-35 mikrometara, specifikacije obično zahtijevaju minimalno izlaganje od 1000 sati s puzanjem na samoj strani ograničenom na 2 milimetra.Dobavljači kućišta baterija po narudžbičesto pomaknite to na 1500 sati u kombinaciji s cin-niklanom podlogom. Cikličko ispitivanje korozije koje uključuje cikluse raspršivanja soli, vlaženja, su-osušivanja i smrzavanja pruža bolju korelaciju s učinkom na terenu, ali traje dulje i košta više.

Unakr-ispitivanje prianjanja prema ASTM D3359 hvata greške predobrade prije nego što postanu problemi na terenu. Otpornost na udarce od 50 centimetara-kilograma potvrđuje da film može preživjeti mehaničko rukovanje koje se događa tijekom sastavljanja baterije. Tvrdoća olovke od 2H ili veća ukazuje na potpuno stvrdnjavanje-nedovoljno pečeni filmovi su tvrdi, ali ostaju kemijski aktivni i brže se razgrađuju pod utjecajem okoliša.

Dnevno praćenje kupatila prati parametre koji predviđaju kvalitetu premaza: sadržaj krutih tvari, omjer pigmenta-i-veziva, pH, vodljivost, neutralizacijski ekvivalent. Kada bilo što od toga odstupi od specifikacije, procesni inženjeri istražuju prije pokretanja proizvodnje. Čekanje na inspekciju kvalitete kako bi se otkrili problemi rasipa materijal i kapacitet dok riskira pošiljke kupaca.

Gdje ova tehnologija donosi stvarnu vrijednost

Automobilska industrija pokrenula je razvoj e-premaza jer nijedna druga tehnologija nije mogla ravnomjerno premazati kutijaste dijelove, rubne prirubnice i točkasto-zavarene spojeve koji čine strukturu karoserije automobila. Ta ista sposobnost izravno se prenosi na kućišta baterija za električna vozila.

Čelične police za baterije izložene su prskanju s ceste, kemikalijama za-odleđivanje, promjenama vlažnosti i povremenom udaru kamenja tijekom svog radnog vijeka. Sustav zaštite od korozije mora preživjeti 15 godina ili 150.000 milja u najagresivnijim radnim uvjetima-mislite na posoljene autoceste u Skandinaviji ili obalne ceste u tropskim klimatskim uvjetima. E-premaz pruža jednoličan temeljni sloj koji sprječava početak korozije na zavarenim šavovima, laserski-rezanim rubovima i oblikovanim kutovima koji bi bili propušteni ili neadekvatno pokriveni nanošenjem spreja.

Naš tim ima obložena čelična kućišta u rasponu od malih kućišta modula od 48 V do ladica za vučne baterije pune-veličine čija površina prelazi dva kvadratna metra. Prednost elektropremazivanja u moći bacanja postaje očigledna kada pokušate raspršiti boju unutrašnjosti zatvorene kutije. Ili ga ostavite golim i nadajte se da nikada neće vidjeti vlagu, ili izbušite pristupne rupe koje stvaraju dodatna mjesta za početak korozije. E-premaz prodire u svaku šupljinu koju kadica može ispuniti, pružajući potpunu zaštitu bez kompromisa u dizajnu.

Formulacije stvrdnjavanja-na niskim temperaturama koje se bave toplinskom osjetljivošću sklopljenih modula predstavljaju značajan razvoj zaproizvođača paketa litijskih baterijakoji trebaju nanijeti zaštitne premaze nakon ugradnje ćelija. Standardni e-sustavi premaza stvrdnjavaju se na 170 stupnjeva Celzijevih 20 minuta-na temperaturama koje bi oštetile ćelije i elektroniku. Alternative za -nisko pečenje stvrdnjavanje na 140 stupnjeva tijekom 15 minuta žrtvuju neke krajnje performanse, ali ostaju primjerene za mnoge primjene gdje konkurentska ograničenja procesa ograničavaju izloženost toplini.

Praktična ograničenja i ustupci

Mogućnosti boja su ograničene u usporedbi s premazom u prahu ili tekućom bojom. Većina e-sustava premaza koristi crne ili sive temeljne premaze; promjena boja zahtijeva čišćenje spremnika koje traje danima i gubi materijal. Neki objekti koriste više spremnika za različite boje, ali to višestruko povećava zahtjeve za kapitalom i prostorom.

Zahtjev za stvrdnjavanje ograničava odabir supstrata. Dijelovi koji ne mogu izdržati 140-175 stupnjeva Celzija za ciklus stvrdnjavanja-određene plastike, unaprijed-sastavljene komponente s temperaturno-osjetljivim elementima, dijelovi s-ležajevima-zahtijevaju alternativne pristupe premazivanju. Anodni e-coat sustavi nude niže temperature stvrdnjavanja, ali žrtvuju učinak korozije.

Usklađenost sa zahtjevima za zaštitu okoliša postala je jednostavna u usporedbi sa-sustavima raspršivanja na bazi otapala. E-kupke za kaput sadrže minimalnu količinu hlapljivih organskih spojeva, ispunjavajući zahtjeve EPA i CARB bez opreme za kontrolu emisije. Zatvoren-sustav ispiranja smanjuje potrošnju vode i ispuštanje otpadnih voda. Ali sama kupka zahtijeva pažljivo upravljanje-potrošeni anolit treba neutralizirati, ultrafiltracijske membrane zahtijevaju odlaganje nakon 18-36 mjeseci rada, a fosfatni talog iz predtretmana sadrži regulirane metale.

Kada outsourcing ima smisla

Mnogidobavljači litij željezo fosfatnih baterijaa proizvođači kućišta prepuštaju elektropremazivanje specijaliziranim trgovinama radije nego da ulažu u vlastitu opremu. To ima ekonomskog smisla kada obujam proizvodnje ne opravdava namjenski kapacitet, kada višestruke specifikacije premaza zahtijevaju fleksibilnost koju-ne mogu pružiti jednonamjenske linije ili kada tehnička stručnost za upravljanje kadom i kontrolu kvalitete ne spada u temeljne kompetencije.

Kompromis je rizik opskrbnog lanca. Vremena izrade premaza dodaju dane proizvodnom rasporedu. Kvaliteta ovisi o disciplini procesa u radionici, a ne o internim kontrolama. Prijevoz između proizvodnih pogona i postrojenja za premazivanje povećava troškove i izloženost rukovanju.

Naš je pristup bio kvalificirati višestruke izvore premaza, pružiti detaljne specifikacije koje se odnose na parametre procesa i zahtjeve ispitivanja opisane gore, te revidirati ulaznu kvalitetu svake pošiljke. Kada pronađemo probleme, pratimo ih kroz proces premazivanja kako bismo identificirali temeljne uzroke umjesto da jednostavno odbacimo dijelove. Ova je suradnja poboljšala kvalitetu kod naših dobavljača premaza, a istovremeno nam je dala fleksibilnost da mijenjamo količinu prema fluktuacijama potražnje.

E-tehnologija premazivanja zaslužila je svoju poziciju dominantnog sustava temeljnih premaza za zaštitu od korozije na čeličnim podlogama. Kombinacija jednolike pokrivenosti, kontroliranih svojstava filma, usklađenosti s okolišem i učinkovitosti proizvodnje čini ga očiglednim izborom za kućišta baterija i strukturne komponente koje zahtijevaju dugotrajnost-u agresivnim radnim okruženjima. Razumijevanje parametara procesa, zahtjeva kvalitete i praktičnih ograničenja pomaže inženjerskim timovima da specificiraju sustave premaza koji daju pouzdanu izvedbu umjesto da se nadaju da će generički poziv nekako proizvesti prihvatljive rezultate.