معالجة المياه لعمليات الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي

يُستخدم الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي بشكل شائع في صناعة السيارات لحماية هياكل المركبات ومكوناتها من التآكل. وفي قطاع السيارات، يُستخدم عادةً كطبقة أولى في عملية الطلاء الأولية، حيث يعمل كطبقة أولية توفر التصاقًا عاليًا ومقاومة عالية للتآكل على الأسطح المعدنية. بالإضافة إلى ذلك، ونظراً لقدرته على تحقيق تغطية موحدة وكاملة حتى على الأجزاء المعقدة الشكل، فقد وجدت هذه الطريقة تطبيقات واسعة النطاق في مختلف الصناعات.

على سبيل المثال، يُستخدم الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي في الآلات الزراعية وآلات البناء، وهياكل ومكونات الشاحنات والحافلات، والأجهزة المنزلية والسلع الاستهلاكية المعمرة، واللوحات الكهربائية ومعدات المفاتيح الكهربائية، والأثاث المكتبي المعدني، ومعدات الحدائق، ومكونات الصناعة البحرية، والمثبتات (مثل البراغي والصواميل)، والعديد من المجالات الأخرى. في هذه الصناعات، أصبح الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي عملية حاسمة لتعزيز مقاومة الأجزاء ضد الظروف الجوية (مثل الرطوبة والمياه المالحة) وتوفير حماية طويلة الأمد من التآكل.

على سبيل المثال، يمكن لأجزاء الفولاذ أو الألومنيوم أو المغنيسيوم المطلية بطلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي أن تتحمل 1000 ساعة على الأقل في اختبارات رش الملح ويمكن أن توفر مقاومة إضافية للصدأ لمدة 6 إلى 12 عامًا في التطبيقات الواقعية. ونظراً لهذه الحماية الفائقة، يمكن استخدام طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي بمفرده، خاصةً في تطبيقات مثل حماية الهيكل وأسفل الهيكل، حيث يتم عادةً استخدام الطلاء التمهيدي "الترسيب الكهربائي الكاثودي الأسود". ومع ذلك، غالبًا ما يتم استكماله بطبقات طلاء علوية مثل الطلاء الرطب أو الطلاء بالمسحوق، مما يشكل نظام طلاء كامل.

ما هو طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي؟

الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي، المعروف أيضاً باسم الطلاء الكهربائي، هو طريقة لحماية السطح تعتمد على مبدأ ترسيب جزيئات الطلاء على سطح موصل بمساعدة التيار الكهربائي (). وتسمح هذه الطريقة بتراكم جزيئات الراتنج والأصباغ المعلقة في حمام طلاء سائل كفيلم موحد على السطح المعدني بتأثير التيار المباشر المطبق. وعلى الرغم من أن أول براءة اختراع للطلاء الكهربي حصلت عليها في عام 1917، إلا أن تطبيقاتها الصناعية بدأت في منتصف القرن العشرين. وفي الستينيات على وجه الخصوص، بدأ تطبيق تقنيات الطلاء الكهربائي الأنودي (الطلاء الكهربائي الأنودي) على الأجزاء الصغيرة، ولكن نظرًا لكون الأنود عبارة عن قطعة، فقد لوحظت مشاكل الانحلال والتآكل على سطح المعدن. وقد تم إدخال تقنية الطلاء الكهربائي الكاثودي (cataphoresis)، التي تم تطويرها للقضاء على هذه المشاكل، لأول مرة كمرفق تجاري من قبل شركة PPG Industries (الولايات المتحدة الأمريكية) في عام 1970 واستخدمت لأول مرة في صناعة السيارات في عام 1975 (). وفي عام 1978، تم طلاء أول هيكل سيارة في أوروبا بطلاء أولي بتقنية الرحلان القطعي (مصنع كرايسلر في فرنسا) وتطورت العملية بسرعة منذ ذلك الحين. واليوم، أصبح الطلاء بالتقنية الكاتافوريسيس تقنية نظيفة بيئيًا (خالية من المعادن الثقيلة) واقتصادية ومتفوقة للحماية من التآكل. وقد تم تطوير الدهانات الحديثة التي تستخدم تقنية الرحلان التقشطي لتكون أكثر ملاءمة للبيئة (خالية من الرصاص مثلاً) وذات محتوى منخفض من المركبات العضوية المتطايرة (VOC) مقارنةً بالأجيال السابقة. بالإضافة إلى ذلك، زادت كفاءة وأداء عملية الطلاء بشكل مستمر على مر السنين؛ على سبيل المثال، زادت الآن ضمانات الحماية من التآكل في هياكل السيارات، التي كانت حوالي 6 سنوات في الثمانينيات، إلى 10-12 سنة.

خطوات عملية الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي

تنقسم عملية الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي بشكل عام إلى ثلاث مراحل رئيسية: (1) إعداد السطح، (2) تطبيق الطلاء الكهربائي (التقطيع)، (3) المعالجة (الخبز). وفيما يلي شرح للتفاصيل والخطوات الفرعية لهذه المراحل.

تحضير السطح (التنظيف والفوسفات)

قبل البدء في عملية الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي، يجب إعداد سطح الأجزاء بشكل مناسب. يهدف إعداد السطح إلى إزالة البقايا مثل الزيوت والأوساخ والغبار والصدأ وطبقات الأكسيد التي قد تكون على الجزء وجعل السطح مناسبًا للطلاء. تتضمن عملية إعداد السطح النموذجية حمامات كيميائية متعددة المراحل:

إزالة الشحوم (التنظيف القلوي): في الخطوة الأولى، يتم تنظيف الأجزاء بمواد كيميائية منظفة/قلوية على مرحلة واحدة أو أكثر لإزالة طبقة الزيت والأوساخ الموجودة عليها. يمكن إجراء هذه العملية بطريقة الرش و/أو الغمر. على سبيل المثال، في خط تقشير السيارات، يمكن استخدام كل من حمامات إزالة الشحوم بالرش والغمر على التوالي.

الشطف: بعد إزالة الشحوم، يتم شطف الأجزاء بالماء لإزالة مواد التنظيف الكيميائية والأوساخ الذائبة. وعادةً ما يتم الشطف الأول بمياه المدينة، تليها عملية شطف ثانية بماء منزوع الأيونات (DI).

التنشيط: قبل الطلاء الفوسفاتي، يتم استخدام حمام تنشيط لتعزيز تكوين طبقة فوسفات بلورية متجانسة وناعمة على سطح المعدن. عادةً ما يتم التنشيط بمحلول منخفض التركيز يحتوي على التيتانيوم أو النيكل ويحسن تنوي تفاعل الفوسفات.

الفوسفات (طلاء التحويل): خطوة حاسمة في إعداد السطح، وعادةً ما يتم غمر الأجزاء في حمام فوسفات الزنك أو فوسفات الحديد لتشكيل طبقة تحويل فوسفات غير قابلة للذوبان على سطح المعدن. تُستخدم فوسفات الزنك على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل، مثل السيارات، وتترك طبقة فوسفات الزنك البلورية الدقيقة على السطح. وتوفر هذه الطبقة سطحًا خشنًا وتفاعليًا يزيد بشكل كبير من التصاق ومقاومة التآكل لطلاء الفوسفات المقطعي.

التخميل (وقفة) والشطف: بعد الشطف بالفوسفات، يتم شطف الأجزاء بالماء مرة أخرى ويمكن تطبيق خطوة التخميل لإزالة أي أملاح متبقية قابلة للذوبان على السطح. ويوفر التخميل حماية إضافية ضد التآكل من خلال معالجة طلاء الفوسفات بطبقة سيليكات أو طلاء عضوي ويزيد من ثبات طبقة الفوسفات. على الرغم من استخدام التخميل القائم على الكرومات بشكل تقليدي، إلا أن المواد الكيميائية الخالية من الكروم للتخميل الخالي من الكروم مفضلة الآن بشكل عام لأسباب بيئية وصحية. وأخيرًا، قبل دخول حمام التخميد مباشرةً، يتم شطف الأجزاء مرة أخيرة بالماء منزوع الأيونات لضمان عدم بقاء أي بقايا موصلة أو أوساخ على السطح.

الإعداد الجيد للسطح ضروري لنجاح طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي. يضمن السطح النظيف والنشط التصاق قوي للطلاء بالركيزة وتشكيل طبقة متجانسة. يمكن أن تؤدي المعالجة المسبقة غير السليمة إلى مشاكل مثل تطور التآكل تحت الطلاء أو ظهور تقرحات الطلاء أو ضعف الالتصاق بعد الطلاء.

حمام الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي والترسيب الكهروكيميائي

يتم غمر الأجزاء النظيفة والفوسفاتية المعالجة مسبقًا في حمام صبغ كاثودي كاثودي. في هذا الحمّام، يتم توصيل الأجزاء بشحنة سالبة (القطب السالب)؛ ويتم توصيل الأنودات القابلة للذوبان المغمورة في الخزان بإمكانية موجبة. ويتكون حمام الرحلان القطبي إلى حد كبير من الماء النقي والمواد الصلبة الصبغية المشتتة: عادةً ما يكون حوالي 80-90% ماء منزوع الأيونات و10-20% مواد صلبة صبغية (راتنج + صبغة). يعمل الماء منزوع الأيونات كوسيط ناقل للمواد الصلبة الصبغية؛ وتتكون المواد الصلبة الصبغية من الراتنج (بوليمر الربط) والأصباغ التي تشكل طبقة الطلاء. الراتنج هو المكون الرئيسي في الفيلم النهائي، ويوفر خصائص مثل مقاومة التآكل والقوة الميكانيكية والمقاومة الكيميائية؛ وتوفر الأصباغ للفيلم خصائص مثل اللون والعتامة ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية. كما تحتوي تركيبة دهانات الطلاءات التقشيرية أيضًا على كميات صغيرة جدًا من المذيبات العضوية والمواد المضافة (حوالي 5%)، والتي تستخدم لضبط اللزوجة وتحسين خصائص الفيلم وتثبيت الحمام.

عندما يتم غمر الأجزاء في حمام الطلاء، يبدأ التفاعل الكهروكيميائي بتطبيق تيار مباشر. تتحرك جزيئات الصبغة والراتنج ذات الشحنة الموجبة الموجهة نحو سطح الجزء في موضع المهبط نحو الجزء (الرحلان الكهربائي) وتترسب مع تفريغ الشحنة على السطح. مستوى الجهد المطبق هو المعامل الرئيسي الذي يحدد سمك طبقة الطلاء. يسمح تطبيق جهد كهربي كافٍ للطلاء بالتغلغل والتراكم حتى في أكثر الزوايا غموضًا؛ وبالتالي، يمكن طلاء كل منطقة من الأجزاء المعقدة الشكل، بما في ذلك الأسطح الداخلية ودرزات اللحام والزوايا والحواف. في التطبيقات الكاثودية الكاثودية النموذجية، يمكن أن يكون جهد الحمام في نطاق 100-300 فولت تقريبًا؛ ويعد تطبيق ~ 250 فولت شائعًا في هياكل السيارات الكبيرة. يتم الاحتفاظ بالأجزاء تحت التيار في الحمام لبضع دقائق (على سبيل المثال 2-4 دقائق). ونظرًا لوجود تجاذب كهربائي قوي بين السطح المعدني العاري وتشتت الطلاء الموصل في البداية، تكون كثافة التيار عالية ويتشكل طلاء سريع. ومع زيادة سماكة طبقة الطلاء، يبدأ الطلاء في تكوين حاجز عازل كهربائي وتنخفض الموصلية لسطح الجزء. وبمجرد الوصول إلى السماكة المستهدفة، يعزل الفيلم الجزء كهربائيًا ويقل تدفق التيار بشكل طبيعي، مما يؤدي إلى موازنة تراكم الطلاء. وبفضل آلية الإيقاف الذاتي هذه، يتم تحقيق طلاء بسماكة متساوية تقريبًا في كل نقطة ويتم منع الطلاء الزائد.

كما يرتبط ترسيب جسيمات الطلاء على المهبط ارتباطًا وثيقًا بالتحليل الكهربائي للماء. تتشكل أيونات الهيدروكسيل (OH^-) نتيجة تفكك الماء عند المهبط، وهذه الزيادة في الأس الهيدروجيني المحلي تجعل الراتنج، الذي سبق أن تم تحييده بواسطة الحمض وتشتت في الماء، غير قابل للذوبان. ويلتصق الراتنج والأصباغ بسطح المهبط عند هذه النقطة، مكوِّنةً طبقة. ويحدث التفاعل العكسي عند الأنود، حيث تتم إزالة المنتجات الثانوية الحمضية المتراكمة في النظام بشكل عام من الحمام بواسطة الخلايا الغشائية (دائرة الأنوليت) المحيطة بالأنودات. يتم تصريف أو معادلة محلول النفاذية الحمضي المتجمع في غرفة الأنود بشكل دوري، وبالتالي الحفاظ على توازن كيمياء الحمام والحد من زيادة الأس الهيدروجيني. هذا التوازن أمر بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار المستحلب عن طريق الحفاظ على الأس الهيدروجيني في نطاق 5.7-6.0 تقريبًا في ظل ظروف المعالجة المستمرة.

في حمام الرحلان التقشيري، يتم إطلاق الماء والمكونات الأخرى مع ترسيب جزيئات الطلاء. لذلك، تميل الموصلية والكثافة الأيونية إلى الزيادة بمرور الوقت في حمام التشغيل. وعادةً ما يتم التحكم في موصلية الحمام في نطاق 1000-2000 ميكرو ثانية/سم تقريبًا؛ إذا زادت الموصلية أكثر من اللازم، فقد يصبح التحكم في سمك الطلاء صعبًا أو قد تزداد التفاعلات الجانبية. ولذلك، يتم سحب كمية معينة من المحلول المتخلل من الحمام باستخدام وحدات الترشيح الفائق (UF) وتنقيتها خارج النظام، ويضاف الماء النقي النظيف أو الماء منزوع الأيونات للحفاظ على الموصلية ضمن النطاق المطلوب. لمعالجة مياه DI، يمكن استخدام أنظمة التناضح العكسي أو أنظمة التأين الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، تتم إضافة الصبغة المركزة (معجون الصباغ الراتنجي) وعامل التحييد إلى حمام الصبغة على فترات زمنية معينة للحفاظ على ثبات التركيب الكيميائي للحمام (نسبة المادة الصلبة، ودرجة التحييد، وما إلى ذلك).

عمليات الشطف وعمليات ما بعد الطلاء

بعد اكتمال عملية الطلاء في حمام الرحلان التقشيري، تتم إزالة الأجزاء ببطء من الحمام وتدخل مباشرةً إلى محطات الشطف بعد الطلاء. والغرض من هذه المرحلة هو استعادة الطلاء الزائد الذي فاض من الحمام على الجزء (طبقة "الطلاء الكريمي" التي لم تلتصق بالسطح بعد) وزيادة نعومة الطلاء. عادةً ما يتم إجراء الشطف الأول بمحلول متخلل فائق الترشيح مأخوذ من حمام الرحلان التقشيري. يتم إرجاع جزيئات الطلاء الزائدة التي تمت تصفيتها من الجزء إلى النظام بفضل هذا الشطف؛ ويتم تركيز الطلاء المتراكم في خزانات الشطف عن طريق الترشيح ويتم تغذيته مرة أخرى إلى خزان الطلاء الرئيسي. وبفضل مبدأ الاسترداد هذا، يمكن أن تتجاوز كفاءة مواد الطلاء في العملية 95%. وبعبارة أخرى، فإن كل الطلاء الموجود على سطح القطعة الخارجة من الحمام تقريبًا إما يبقى على القطعة كغشاء أو يتم إعادته إلى الخزان مع الشطف، وتكون كمية الطلاء التي تذهب إلى النفايات منخفضة جدًا.

بعد الشطف الخشن الأول، يتم إجراء شطف بالماء منزوع الأيونات على مرحلة واحدة أو مرحلتين. والهدف في هذه المرحلة هو ضمان عدم بقاء أي بقايا طلاء أو مواد موصلة على الأجزاء. وعلى وجه الخصوص، يتم إجراء الشطف النهائي بماء نقي تمامًا ويتم إرسال الأجزاء مباشرةً إلى الفرن دون الانتظار لفترة قصيرة قبل خبزها. يجب حماية الطلاء الموجود على سطح الأجزاء على شكل طبقة رطبة من التلف أثناء الشطف قبل الخبز؛ ولذلك، يجب أن يكون الانتقال من الشطف إلى الفرن سريعًا ويجب الحفاظ على البيئة خالية من الملوثات مثل الغبار والأوساخ.

في بعض الأنظمة، بعد مرحلة الشطف، قد توضع الأجزاء لفترة وجيزة في غرفة "إطفاء" منخفضة الحرارة قبل الدخول إلى الفرن. وهذا يسمح لبعض الماء بالتبخر، مما يساعد على منع العيوب التي يمكن أن تحدث في الفرن بسبب التبخر السريع (مثل فقاعات الغليان). ومع ذلك، في معظم خطوط التقطير الحديثة، تدخل الأجزاء الرطبة القادمة مباشرةً من الشطف إلى الفرن بسرعة محكومة ويتبخر معظم الماء بالفعل أثناء عملية التسخين.

الخبز والمعالجة

يتم خبز الأجزاء المغطاة بطبقة من الطلاء وشطفها في فرن لمعالجة الطلاء كيميائيًا وتشكيل طبقة صلبة. في هذه المرحلة، تدخل الأجزاء إلى فرن التجفيف/المعالجة بنظام ناقل. يتم تحديد درجة حرارة الفرن والوقت حسب خصائص المعالجة لمادة الطلاء المستخدمة. يتم بلمرة دهانات الإيبوكسي الكاثودية الكاثودية النموذجية بلمرة كاملة (مترابطة) عن طريق رفع درجة حرارة الجزء إلى حوالي 160-200 درجة مئوية مع الاحتفاظ بها لمدة 20-30 دقيقة. على سبيل المثال، في التطبيقات الشائعة، يلزم 20 دقيقة على الأقل من المعالجة عند درجة حرارة الجزء 190 درجة مئوية. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق ضبط درجة حرارة هواء الفرن على 180-200 درجة مئوية تقريبًا وبسرعة ناقل كافية وفقًا للسعة الحرارية للجزء. بينما تسخن مواد الألواح الرقيقة بشكل أسرع، قد تتطلب الأجزاء المصبوبة السميكة فترات أطول للوصول إلى درجة الحرارة الأساسية. وتحدد البطاقات الفنية لمصنعي الطلاء الحد الأدنى من مزيج الوقت ودرجة الحرارة المطلوب للمعالجة (على سبيل المثال ظروف المعالجة المكافئة مثل 20 دقيقة/180 درجة مئوية أو 30 دقيقة/160 درجة مئوية).

أثناء المعالجة، يتصلب الراتنج (عادةً راتنجات الإيبوكسي) في الطلاء المقطعي من خلال تفاعل كيميائي. تحت تأثير الحرارة، تنفتح المجموعات التفاعلية (مثل حلقات الإيبوكسي) في الراتنج وتشكل روابط متقاطعة، مما يخلق بنية شبكة بوليمر صلبة مقاومة للحرارة. وبهذه الطريقة، تصبح طبقة الطلاء طبقة واقية كثيفة تلتصق بقوة بالركيزة وتكون مقاومة للصدمات والخدوش. وبالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية الخبز، تتبخر المكونات المتطايرة في طبقة الطلاء (بقايا الماء والمذيبات العضوية) وتختفي. ونظرًا لأن الدهانات الحديثة ذات المحتوى المتطاير المنخفض، فإن نفايات الغازات في الفرن منخفضة نسبيًا وعادةً ما يتم تنقيتها عن طريق الأكسدة الحرارية. في نهاية المعالجة، تُترك الأجزاء لتبرد مباشرةً بعد خروجها من الفرن؛ وعادةً ما يحدث التبريد في الهواء المحيط، ولكن قد يتم أيضًا استخدام التبريد القسري بالمراوح في بعض الخطوط. بعد أن تبرد الأجزاء المغلفة حتى الملمس، يتم نقلها إلى خطوة الإنتاج التالية (مثل الصنفرة والطلاء بالطلاء العلوي في السيارات أو مباشرة إلى خط التجميع).

مراقبة الجودة النهائية

المرحلة الأخيرة من عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي هي مراقبة جودة الأجزاء المطلية. في هذه الخطوة، يتم استخدام اختبارات وقياسات مختلفة للتحقق مما إذا كان الطلاء يفي بالخصائص المطلوبة:

الفحص البصري: يتم فحص الأجزاء بصريًا ووفقًا للمعايير بحثًا عن أي مناطق غير مطلية (معدن مكشوف)، أو اختلافات في اللون أو اللون، أو ترسبات أو حبيبات سطحية، أو تسريبات، أو فقاعات، إلخ. يشكّل طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي عادةً طبقة أولية صلبة شبه لامعة (سوداء أو رمادية) بلون صلب (أسود أو رمادي)؛ ولذلك، من المتوقع أن يبدو الطلاء متجانسًا. يتم فحص المناطق الحرجة خاصةً في الأجزاء ذات الهندسة المعقدة، حيث يتم فحص المناطق الحرجة ضد خطر عدم وصول الطلاء إلى الأجزاء الداخلية (نقص قوة الرمي). إذا لزم الأمر، يمكن فحص طلاء السطح الداخلي عن طريق أخذ مقاطع. كما يتم تقييم طلاء الحواف الزاوية أيضًا؛ ولهذا الغرض، يتم طلاء بعض قطع الاختبار القياسية (مثل العينات ذات الحواف الحادة) في العملية ويتم فحص سماكة الطبقة على الحواف.

قياس السماكة: سماكة طبقة الطلاء هي معلمة حاسمة للأداء ويتم قياسها على كل دفعة. ويتم القياس عادةً باستخدام الحث المغناطيسي غير المدمر أو أجهزة قياس السُمك القائمة على التيار الدوامي (مثل الأجهزة المحمولة باليد لقياس سُمك الطلاء على الفولاذ، المتوافقة مع المواصفة القياسية ISO 2178/ASTM D7091). يتراوح سمك الطلاء التمهيدي النموذجي في الطلاء التمهيدي المقطعي حوالي 15-35 ميكرومتر؛ ويستهدف حوالي 20 ميكرومتر لتطبيقات السيارات. يجب أن تكون القيم المقاسة ضمن نطاق التفاوت المطلوب (على سبيل المثال \pm2-3 ميكرومتر). تتم مراجعة إعدادات العملية حيث قد يؤدي نقص السماكة إلى عدم كفاية الحماية؛ أما زيادة السماكة فتشير إلى خسارة اقتصادية وخطر تشقق الطلاء. لذلك، تتم مراقبة قيم السماكة باستمرار.

اختبار الالتصاق: يتم تقييم مقاومة التصاق الطلاء بالطبقة التحتية عن طريق اختبارات الخدش والخدش القياسية أو اختبارات القطع المتقاطع. إحدى الطرق الشائعة هي اختبار الالتصاق المتقاطع؛ في هذا الاختبار، يتم رسم نمط مربع على سطح الطلاء بسكين حاد بطريقة مضبوطة ويتم ربط شريط لاصق وسحبه. يتم تصنيفها من 0 إلى 5 وفقًا لمعيار ISO 2409 وفقًا لنسبة الطلاء المتبقية. في طلاءات الترسيب الكهربي الكاثودي، من المتوقع الحصول على نتيجة Gt0 أو Gt1 (إزالة الطلاء بنسبة 0-5%)، والتي تعتبر أفضل فئة. على سبيل المثال، في الطلاء بالترسيب الكهربي الكاثودي الجيد، يجب أن تظل جميع الحواف المقطوعة ناعمة في اختبار القطع المتقاطع ولا يجب أن يتقشر أي مربع بالكامل.

اختبارات الصلابة والقوة: يمكن تطبيق الاختبارات الميكانيكية مثل الصلابة (اختبار صلابة قلم الرصاص واختبار البندول) ومقاومة الصدمات (اختبار الوزن المتساقط) على طبقة الطلاء عند الضرورة. تشكل البادئات الكاتافوريز عمومًا طبقة صلبة (صلابة قلم الرصاص عادةً ما تكون حول H-2H). بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة الصدمات الحجرية (اختبار الحصى) هي ميزة يتم فحصها خاصة في قطع غيار السيارات؛ فمن المرغوب فيه ألا يتشقق الطلاء أو يعاني من الحد الأدنى من الضرر من تأثير الحصى.

اختبارات مقاومة التآكل: يتم التحقق من مقاومة الطلاء للتآكل من خلال اختبارات التقادم المتسارع على فترات زمنية معينة أو على أساس العينة. الاختبار الأكثر شيوعًا هو اختبار رش الملح (اختبار الضباب الملحي (اختبار الضباب الملحي، رذاذ كلوريد الصوديوم بنسبة 5%، درجة حرارة محيطة 35 درجة مئوية، معيار ISO 9227 / ASTM B117). وعادةً ما يتم تركيب البادئات الكاتافوريز لتتحمل اختبار الضباب الملحي لأكثر من 500 ساعة؛ وغالبًا ما تتطلب متطلبات السيارات مقاومة للصدأ لمدة >1000 ساعة. في نهاية الاختبار، يتم قياس وجود التقرحات أو تقدم الصدأ تحت الطلاء وفقًا لمعايير ASTM أو ISO المقيّمة (على سبيل المثال مسافة تقدم الصدأ بالملليمتر). على سبيل المثال، قد يستهدف النظام أقل من 1 مم في 504 ساعة من اختبار الملح وأقل من 1.5 مم في 1008 ساعة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق اختبارات الرطوبة/التكثيف (ISO 6270-2، 240-480 ساعة في ظروف مثل الرطوبة المستمرة بنسبة 95% و40 درجة مئوية) ثم يتم فحص الالتصاق. يمكن أيضًا إجراء اختبارات التدوير المناخي (دورات درجة الحرارة والرطوبة والملوحة المتغيرة مثل VDA 621-415) واختبارات الصدمات الحرارية وفقًا لمتطلبات العميل. تُستخدم جميع هذه الاختبارات المعجلة كمؤشر على أن طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي سيوفر مقاومة للتآكل في الحياة الواقعية لسنوات عديدة.

فحوصات أخرى: يكون العزل الكهربائي للطلاء مرتفعًا بالفعل بما يتناسب مع سماكته؛ ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الخاصة، يمكن إجراء قياسات قوة العزل الكهربائي. يمكن أن تكون اختبارات المقاومة الكيميائية (مثل مقاومة التلامس مع الوقود وزيت المحرك وسوائل المكابح ومضاد التجمد) مهمة لقطع غيار السيارات ويتم اختبارها وفقًا للمعايير. لا يكون اللون أو اللمعان مهمًا بشكل عام بالنسبة للطلاء التمهيدي (حيث يتم تطبيق الطلاء العلوي فوقه)، ولكن في تطبيقات الرحلان التقشري المستخدمة لأغراض الزينة (مثل أجزاء الهيكل بطبقة واحدة من الطلاء الأسود)، يمكن فحص توحيد اللون ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية. ونظرًا لأن دهانات الإيبوكسي كاتافوريسيس يمكن أن تتلاشى في ضوء الأشعة فوق البنفسجية، فإن الحاجة إلى طلاء علوي قائم على البولي يوريثان للأجزاء التي سيتم استخدامها في ضوء الشمس المباشر تؤخذ في الاعتبار أيضًا في تخطيط الجودة.

المعلمات المراد قياسها والتحكم فيها

من أجل ضمان الجودة والاستمرارية في عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي، تتم مراقبة كل من البارامترات الكيميائية لظروف الحمام والبارامترات الكهربائية/الفيزيائية للتطبيق بانتظام. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إجراء بعض القياسات عند المخرج للتأكد من أن الطلاء الذي تم الحصول عليه يفي بمعايير جودة معينة. في هذا القسم، تتم مناقشة المعلمات الحرجة ونطاقات قيمها النموذجية:

معلمات الحمام الكيميائي: يؤثر التوازن الكيميائي لحمام الطلاء بالتقشير بشكل مباشر على جودة الطلاء. بادئ ذي بدء، تعتبر قيمة الأس الهيدروجيني معلمة حاسمة. في الأنظمة الكاثودية، عادةً ما يتم الاحتفاظ بالرقم الهيدروجيني لحمام الطلاء في المنطقة الحمضية قليلاً، حوالي 5.7 - 6.0. يوفر هذا النطاق تحييدًا كافيًا للراتنج ليظل الراتنج قابلًا للذوبان في الماء (مستحلبًا)، ولكن نظرًا لعدم ارتفاعه بشكل كبير، فإن الراتنج لم يترسب بعد. إذا تجاوزت قيمة الأس الهيدروجيني هذا النطاق الأمثل، فستحدث نتائج غير مرغوب فيها: على سبيل المثال، إذا زادت قيمة الأس الهيدروجيني، تنخفض قابلية ذوبان الراتينج، ويتدهور استقرار المستحلب، وقد يبدأ التخثر في خزان الطلاء. وهذا يؤدي إلى انسداد المرشحات والأغشية، وقد يصبح الحمام موحلًا. وعلى العكس من ذلك، إذا انخفض الرقم الهيدروجيني منخفضًا جدًا (حمضي جدًا)، يزداد التآكل الحمضي في التركيب هذه المرة، وبما أن أيونات المعادن مثل الحديد يمكن أن تذوب، فقد يحدث تلوث في لون الطلاء وانسداد الأغشية. لذلك، يتم قياس الأس الهيدروجيني يوميًا وتعديله بإضافات كيميائية عند الضرورة.

معلمة أخرى مهمة هي الموصلية (الموصلية = الموصلية الكهربائية، عادةً بالميكرو ثانية/سم). تشير موصلية الحمام إلى قدرة الطلاء على حمل التيار عن طريق التوصيل وتؤثر على كثافة التيار أثناء الطلاء. في حمام تقطبي عامل، تميل الموصلية إلى الزيادة بمرور الوقت بسبب المنتجات الثانوية المتكونة أثناء الطلاء (الأملاح القابلة للذوبان)، والمعادلات المضافة (مثل الحمض أو الأمين) ومساهمات التوصيل من الطلاء المركز. إذا زادت الموصلية أكثر من اللازم، فهذا يشير إلى أن الشوائب الموصلة غير المرغوب فيها قد تراكمت في الحمام وقد تؤثر على توازن الطلاء. وعادةً ما يتم التحكم في موصلية حمام الرحلان القطعي في نطاق 800 - 2500 ميكرو ثانية/سم (ملاحظة: على الرغم من أن بعض المصادر تعبر عن ذلك بالملي ثانية، إلا أنها في الواقع العملي في نطاق 1 - 2.5 ميكرو ثانية/سم تقريبًا). إذا تم تجاوز الحد الأعلى للتوصيلية، فإنه عادةً ما يتم تقليلها عن طريق إزالة بعض من محلول الحمام عن طريق الترشيح الفائق وإضافة الماء النقي. ويلزم استخدام نظام التناضح العكسي أو نظام معالجة المياه بالتناضح العكسي أو نظام معالجة المياه بالتناضح المباشر لهذه العملية. بالإضافة إلى ذلك، تعد زيادة مستوى المذيب أو تغيير درجة حرارة الحمام من بين طرق ضبط التوصيلية.

يتم التحكم في درجة حرارة الحمام لأنها تؤثر على المعلمات الكيميائية والكهربائية الحركية. يمكن لدرجات الحرارة المرتفعة أن تجعل تشتت الطلاء غير مستقر أو تزيد من التبخر، في حين أن درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن تقلل من سرعة الطلاء وكفاءة التيار. يتم تشغيل معظم أحواض التقطير عند درجة حرارة الغرفة أو أعلى قليلاً (على سبيل المثال 28-32 درجة مئوية). وتؤثر درجة الحرارة أيضًا على اللزوجة، والتي تتناسب عكسيًا مع التوصيلية؛ فزيادة درجة الحرارة يمكن أن تجعل الطلاء مائعًا وتزيد من التوصيلية إلى حد ما. ولهذا السبب، يتم تجهيز الخزانات بملفات تسخين/تبريد ويتم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة.

المحتوى الصلب (تركيز الصبغة): يجب أن تكون النسبة المئوية للطلاء الصلب في الحمام بشكل عام ضمن نطاق معين. من المتوقع أن يحتوي حمام الطلاء التمهيدي الكاثودي النموذجي على نسبة 12-15% من المحتوى الصلب (على سبيل المثال، 14-18% مرغوب فيه اعتمادًا على التركيبة). وتؤثر هذه القيمة على سماكة الطلاء وكفاءته؛ فإذا كانت منخفضة جدًا، يصبح من الصعب تحقيق سماكة الطبقة المطلوبة، وإذا كانت عالية جدًا، تزداد لزوجة الحمام وقد يضعف ثباته. يتم قياس كمية المحتوى الصلب عن طريق طريقة تجفيف ووزن عينات الحمام المأخوذة على فترات زمنية معينة باستخدام التحليل الوزني. على سبيل المثال، يتم تجفيف 1-2 جرام من عينة الحمام في فرن عند درجة حرارة 110 درجة مئوية ويتم حساب نسبة البقايا.

قيمة الحمض (الحمض الكلي/الحمض المعادل): يتم تحييد الدهانات الكاثودية بشكل عام بالأحماض العضوية لجعل الراتنج قابل للذوبان في الماء (في الأنظمة الكاثودية، يتم تكوين راتنج أمينو-راتينج موجب الشحنة مع معادل الحمض العضوي). ومع تقادم الحمام، قد تتغير كميات الأحماض الحرة والمرتبطة. ولذلك، يتم رصد الرقم الحمضي الكلي وقيم الأحماض الحرة بتحليلات المعايرة. على سبيل المثال، يتم حساب رقم الحموضة بإضافة مذيبات مناسبة إلى حجم معين من عينة الحمام ومعايرتها باستخدام 0.1 نيوتن هيدروجين الصوديوم باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني. وعادةً ما تعطي الشركات المصنعة للطلاء نطاقًا مستهدفًا لـ "نسبة الحموضة" (على سبيل المثال نسبة الحمض)، والتي تشير إلى درجة تحييد الراتنج وبالتالي قدرته على التحميل على الجزء. يتم التحكم في هذه المعلمة ويضاف المعادل (أمين) أو الحمض إلى الحمام عند الضرورة.

وبالإضافة إلى ما سبق، يمكن أيضًا مراقبة البارامترات الكيميائية الأخرى مثل كثافة الحمام واللزوجة وتوزيع حجم الجسيمات للأصباغ المشتتة فيه وكمية الحمأة/الرواسب. ومع ذلك، يمكن القول أن أكثرها أهمية بشكل روتيني هي الأس الهيدروجيني والتوصيلية ونسبة المواد الصلبة والحموضة. يتم ضمان الحفاظ على هذه المعلمات ضمن النطاقات المرغوبة من خلال التحليلات المنتظمة كل يوم/أسبوع ويتم اتخاذ تدابير استباقية من خلال متابعة الاتجاهات.

المعلمات الكهروكيميائية: نظرًا لأن عملية التقشير هي عملية طلاء كهربائي، فإن معلمات التحكم الكهربائي مهمة جدًا أيضًا. الجهد المطبق هو المعلمة الأساسية؛ وعادةً ما يتم ضبط وحدة طاقة التيار المباشر (المقوم) على قيمة الجهد المطلوب ويتم الحفاظ على هذا الجهد طوال عملية الطلاء. واعتمادًا على نوع المنتج، يمكن استخدام قيم تتراوح بين 50-400 فولت. يسمح الجهد العالي بسحب المزيد من جزيئات الطلاء بسرعة، مما ينتج عنه طبقة أكثر سمكًا؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الفولتية العالية جدًا إلى آثار جانبية غير مرغوب فيها للتحليل الكهربائي (مثل فقاعات غاز الهيدروجين على سطح المعدن، وعيوب ثقب الدبوس). ولذلك، هناك ملف تعريف الجهد الأمثل المحدد تجريبياً لكل منتج وطلاء. على سبيل المثال، في عملية تقشير هيكل السيارات، يتم زيادة وقت الطلاء الأولي بسرعة إلى 250 فولت، ويظل ثابتًا لفترة من الوقت، ثم يتم تخفيضه وفقًا لانخفاض التيار. وتختلف كثافة التيار اعتمادًا على هندسة ومساحة سطح الأجزاء؛ وعادةً ما يظهر تيار عالٍ (على سبيل المثال بضعة أمبير/دقيقة مربعة) في بداية الطلاء وينخفض مع تشكل الفيلم. يرتبط الحمل الكلي (أمبير/دقيقة) الذي يتم تمريره في العملية بسُمك الطلاء. ولهذا السبب، يتم أيضًا التحكم في الأمبير-الدقيقة في الأنظمة المتقدمة: يتم حساب قيمة دقيقة أمبير-دقيقة مستهدفة لكل خزان وفقًا لمساحة سطح الجزء وسماكة الطلاء المطلوبة، ويتم إنهاء الطلاء عند الوصول إلى هذه القيمة. عادةً ما تتم مراقبة المعلمات الكهربائية بشكل مستمر عبر نظام التشغيل الآلي (PLC)؛ ويتم تسجيل قيم الجهد والتيار والوقت اللحظي. إذا كان هناك انحراف عن النطاق المطلوب (على سبيل المثال، إذا كان التيار منخفضًا جدًا، فقد تكون هناك مشكلة تلامس كهربائي مع الجزء المعلق، وإذا كان مرتفعًا جدًا، فقد تكون هناك مشكلة في توصيل الحمام/درجة الحموضة)، يتم تنبيه المشغل على الفور وتصحيحها.

جودة الطلاء والتجانس: يجب أن تكون معلمات العملية صحيحة بحيث يشكل الطلاء طبقة متجانسة في كل نقطة. وكما هو مذكور في مراقبة الجودة، فإن التوزيع المتجانس للطلاء مهم. ولضمان ذلك، يتم أخذ قوة الرمي وأداء طلاء الحافة والزاوية في الاعتبار أثناء العملية. على سبيل المثال، يتم تحسين وقت الغمر والجهد لضمان وجود طلاء كافٍ في الجيوب العميقة. تستخدم بعض عمليات الإنتاج لوحات اختبار قياسية لقياس هذا الأداء. في اختبار قوة الرمي الخاص بصناعة السيارات من فورد، يتم قياس النسبة المئوية للطلاء الذي يصل إلى السطح الداخلي للوحة هندسية معينة (على سبيل المثال مسافة الرمي 60-65%). بالنسبة لحماية الحواف، يمكن تقييم سماكة الطلاء على عينات ذات حواف حادة. كما تؤثر أنظمة الخلط/الدوران أيضًا على التجانس في العملية؛ حيث تضمن الخلاطات المستمرة منخفضة السرعة أو مضخات الدوران في الحمام أن جزيئات الطلاء معلقة باستمرار وموجودة بتركيز متساوٍ في كل منطقة. إذا كان الخلط غير كافٍ، يمكن أن تتسبب الاختلافات في التركيز الإقليمي في الخزان في حدوث تقلبات في الطلاء. لذلك، من أجل ضمان تجانس كل من ظروف الحمام والتوزيع الكهربائي، يتم إجراء الضخ الصحيح وترتيب الأنود وتصميم الشماعات (جهاز الشماعات) في تصميم المصنع. كما أن طريقة تعليق الأجزاء على الحظيرة مهمة أيضًا: يجب أن يكون مخرج الهواء من مناطق الجيوب على الجزء وتصريف الحمام جيدًا بحيث يمكن للطلاء أن يدخل في كل مكان ولا يتسبب في تجمع عند المخرج.

سماكة الغشاء ومقاومة التآكل: هاتان الخاصيتان هما أهم مؤشرات الأداء المطلوبة في المنتج النهائي. على الرغم من قياس سُمك الغشاء والتحكم فيه أثناء الإنتاج (انظر قسم مراقبة الجودة)، إلا أنه يرتبط أيضًا بمعلمات العملية. على سبيل المثال، يمكن تحقيق سماكة أعلى عن طريق زيادة الجهد أو الوقت. ومع ذلك، هناك حد اقتصادي وتقني مثالي معين من الناحية الاقتصادية والتقنية للتقشير (عادةً ما يكون حوالي 20 ميكرومتر تقريبًا)؛ ولا يوصى عمومًا باستخدام أغشية أكثر سمكًا لأنها تهدر مواد الطلاء ويمكن أن تسبب مشاكل في الطبقات العلوية. مقاومة التآكل هي معيار الأداء الرئيسي لطلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي المطبق بشكل صحيح. وكما ذكرنا أعلاه، يتم قياسها بالاختبارات القياسية ويجب أن تكون أعلى من حد معين. تشمل معلمات العملية التي تؤثر على مقاومة التآكل إعداد السطح (جودة الفوسفات)، وسمك الطبقة الخارجية، ودرجة المعالجة، وتركيبة الطلاء. ولذلك، يتم التحكم في هذه المعلمات طوال العملية لضمان تحقيق مستوى مقاومة التآكل المستهدف (على سبيل المثال، معيار الحد الأقصى لتقدم الصدأ المحدد في اختبار الملح لمدة 500 ساعة لجزء السيارات) في كل دفعة.

معايير الجودة والعملية: يتم تحديد عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي والنتائج أيضًا من خلال المعايير الدولية. على سبيل المثال، معايير ISO و ASTM التي توفر طرق اختبار عامة لطلاءات الطلاء صالحة أيضًا للطلاء الكاثودي. يتم إنشاء وتسجيل خطط التحكم في العمليات الخاصة بخطوط الطلاء بالترسيب التقشري في نطاق معايير إدارة الجودة مثل ISO 9001 وخاصة IATF 16949 للسيارات. من الناحية الفنية، يتم إجراء التحكم في الالتصاق باستخدام المواصفة القياسية ISO 2409 (اختبار الالتصاق المتقاطع) ومن المتوقع عمومًا Gt0 أو Gt1. تحدد المواصفة القياسية ISO 2808 طرق قياس سماكة الطبقة الجافة للطلاء ويمكن إجراء قياسات سماكة الطلاءات الكاثودية بالترسيب الكهربائي وفقًا لهذه المواصفة القياسية. المواصفة القياسية ISO 6270-2 هي معيار اختبار خزانة الرطوبة وتقيس مقاومة العينات المطلية بالترسيب الكاثودي في بيئة رطبة ساخنة (على سبيل المثال يجب ألا يكون هناك تدهور في الالتصاق بعد 240 أو 480 ساعة) (). ISO 9227 (ما يعادل DIN 50021 القديم أو EN ISO 7253) هو معيار اختبار رش الملح ويستخدم لتقييم مقاومة التآكل للطلاء التمهيدي للبرايمر المطلي بالتقشير. بالإضافة إلى ذلك، تمتلك الشركات المصنعة للسيارات مواصفات طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي الخاصة بها (على سبيل المثال، تمتلك العديد من شركات تصنيع المعدات الأصلية أرقام مواصفات المواد [بي إم دبليو، فورد، فولكس فاجن وغيرها] كما هو مدرج من قبل إيجي إلوكسال). بالنسبة للجانب البيئي للعملية، يتم التحقق من القيم من حيث معايير وكالة حماية البيئة الأمريكية أو التشريعات البيئية المحلية من حيث مياه الصرف والانبعاثات المتطايرة؛ على سبيل المثال، في أوروبا، لا يتم استخدام المعادن الثقيلة (الرصاص والزئبق والكادميوم وCr6+) في دهانات الترسيب الكهربائي بسبب توجيهات ELV. وباختصار، يتم تنفيذ عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي وفقًا للمعايير الوطنية والدولية، كما يتم التحقق من المنتجات وفقًا لمعايير الاختبار ذات الصلة.

طرق القياس والتحكم

يتم التحكم في المعلمات المذكورة أعلاه في عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي باستخدام طرق وأجهزة قياس مختلفة. تضمن القياسات المنتظمة أن تظل العملية مستقرة ويمكن اكتشاف الانحرافات المحتملة وتصحيحها في وقت مبكر. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إجراء اختبارات مراقبة الجودة بالطرق المعمول بها. يصف هذا القسم تقنيات قياس المعلمات المهمة، وكيفية تفسير النتائج وأساليب تحسين العملية:

التحليل الكيميائي للحمام: يتم إجراء سلسلة من التحاليل الكيميائية على العينات المأخوذة يوميًا أو أسبوعيًا من حمام الرحلان القطبي. يتم إجراء قياس الأس الهيدروجيني باستخدام مقياس رقمي للأس الهيدروجيني. يتم إحضار درجة حرارة العينة إلى قيمة قياسية (عادةً 25 درجة مئوية) ويتم تسجيل القياس باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني الزجاجي المعاير. على سبيل المثال، تقيس معظم المنشآت الأس الهيدروجيني مرة واحدة على الأقل يوميًا وتتحقق من الحفاظ على النطاق المثالي الذي يتراوح بين 5.7 و6.0 تقريبًا. في حالة وجود انحراف في الأس الهيدروجيني، يضيف المشغل مواد كيميائية تصحيحية وفقًا لتعليمات مورد الطلاء (مثل جرعة حمض مضبوط للنظام إذا زاد الأس الهيدروجيني، أو أمين معادل إذا انخفض الأس الهيدروجيني).

يتم قياس التوصيلية باستخدام مقياس توصيلية معايرة. تُقاس عينة الحمام بمسبار ثابت خلية معينة وتُقرأ قيمة التوصيلية بالميكرو ثانية/سم. وعادةً ما تكون هذه القيمة مرغوبة لتبقى في نطاق معتدل (على سبيل المثال 1000-1500 ميكرو ثانية/سم). تسجل المرافق أيضًا الموصلية يوميًا وتتبع الاتجاه. إذا كانت الموصلية تميل إلى الزيادة باستمرار، فهذا مؤشر على تراكم الحمام؛ وكحل، يمكن إجراء تصريف كمية صغيرة من تصريف الحمام وإضافة الماء النقي أو زيادة ناتج نفايات UF. على سبيل المثال، في بعض المنشآت، إذا تجاوزت الموصلية قيمة عتبة معينة (حوالي 2000 ميكرو ثانية)، يتم إعطاء إنذار ويتم تنشيط الترشيح الفائق تلقائيًا لإزالة الأيونات الموصلة الزائدة. وتستخدم العديد من المنشآت، أنظمة PLC للتحكم وتغذية الحمامات بمياه نقية من أنظمة معالجة المياه النقية عند زيادة الموصلية.

يعد تحديد المواد الصلبة (المحتوى الصلب) اختبارًا بسيطًا ولكنه بالغ الأهمية. لهذا الغرض، يتم وزن وعاء صغير من الألومنيوم وتوضع فيه كمية معينة (1-2 جم) من عينة الحمام وتجفف في فرن عند درجة حرارة 105-110 درجة مئوية حتى تصل إلى وزن ثابت. تُوزن كمية الطبقة الجافة المتبقية بعد التجفيف وتُحسب النسبة المئوية. من المتوقع أن تكون النتيجة حوالي 15% من العينة (يتم تحديد النطاق المستهدف من قبل الشركة المصنعة). يتم إجراء هذا الاختبار مرة واحدة على الأقل في الأسبوع. إذا كانت المواد الصلبة منخفضة، فهذا يعني أن تركيز الصبغة قد انخفض؛ وعمومًا، تتم إضافة بعض الصبغة الطازجة (راتنج/صباغ مركز) من نظام تغذية الصبغة. إذا كانت المواد الصلبة عالية، فهذا يعني أن هناك تراكمًا زائدًا للصبغة في النظام؛ ويتم النظر في إضافة الماء النقي أو تقليل تغذية الصبغة.

يتم إجراء تحليل الحمض الكلي والحمض الحر بطريقة المعايرة. يقوم فني المختبر بتخفيف حجم معين من عينة الحمام بماء منزوع الأيونات ومذيب عضوي مناسب (مثل الأيزوبروبانول أو THF) ويتم المعايرة بمحلول 0.1 نيوتن من هيدروكسيد الصوديوم في وجود مؤشر الفينول فثالين تحت التحريك المغناطيسي. عند نقطة النهاية (حوالي 8.5 درجة حموضة حوالي 8.5) يتم حساب رقم الحموضة (ملغم KOH/غم أو وحدة مماثلة) من حجم هيدروكسيد الصوديوم المستهلك. هذه القيمة هي مقياس غير مباشر لكمية المعادل في الطلاء. على سبيل المثال، يمكن أن يكون الهدف مثل "قيمة الحمض الكلي = 40 مجم KOH/جم". وبالإضافة إلى ذلك، يتم تحديد الحمض الحر (الحمض غير المنضم) بمعايرة ثانية ويتم تقييم نسبة الاثنين (الحر/المجموع). إذا كانت نتائج المعايرة لا تتوافق مع المواصفات، يتم ضبط توازن التحييد بإضافة أمين أو حمض إلى الحمام.

كما يتم قياس درجة حرارة الحمام والمعلمات البيئية الأخرى، ولكن عادةً ما يتم رصدها بشكل مستمر بواسطة أجهزة الاستشعار في نظام التشغيل الآلي. ومع ذلك، سيقرأ المشغلون موازين حرارة الخزان أو يراجعون سجلات البيانات للتحقق منها. إذا كانت درجة الحرارة مختلفة عن درجة الحرارة المطلوبة، سيتم ضبط السخانات أو المبردات. يتم أيضًا مراقبة كمية الحمأة/التخثر في الحوض؛ وإذا لزم الأمر، سيتم تنقية الحوض على فترات منتظمة أو صيانة أنظمة الترشيح.

ضوابط عملية الطلاء الكهربائي: تتم مراقبة المعلمات الكهربائية المستخدمة أثناء الطلاء والتحكم فيها رقميًا في المنشآت الحديثة. يمكن عرض القيم مثل الجهد والتيار والوقت على الفور من شاشات المقوم أو واجهة برنامج SCADA. يتحقق المشغلون من تحديد البرنامج الصحيح وأن منحدرات الجهد مناسبة في بداية كل دفعة. على سبيل المثال، قد يكون ملف زيادة الجهد البطيء مطلوبًا للأجزاء الكبيرة، بينما يمكن استخدام زيادة سريعة للأجزاء الصغيرة. يتم أيضًا مراقبة المنحنى الزمني الحالي؛ إذا انخفض التيار إلى الصفر في وقت أبكر بكثير من المتوقع، فقد يكون الطلاء معزولًا بسرعة (ربما يكون سميكًا للغاية أو تكون المواد الصلبة في الحمام عالية)، أو إذا لم ينخفض التيار، فقد لا يكون الطلاء كاملاً (ربما يكون إعداد السطح ضعيفًا أو منخفض التوصيل). يحصل المشغل على فكرة عن العملية وفقًا لهذه العلامات. إذا لزم الأمر، تتم إضافة لوحات الاختبار إلى الحامل ويتم تقييم توزيع التيار أثناء الطلاء.

بالإضافة إلى ذلك، يراقب موظفو الورشة مسائل مثل توصيل جهاز الشماعات، وحالة الأنودات، وانبعاث الغازات أثناء عملية الطلاء. يتم إجراء التنظيف المنتظم لمنع تراكم الطلاء والعزل على الشماعات. يتم فحص أغشية الأنودات بشكل دوري، ويتم تنظيف أو تجديد الأغشية المسدودة (إذا لم تعمل دائرة الأنودات بشكل صحيح، فقد يخرج الرقم الهيدروجيني للحمام عن السيطرة). وتهدف جميع أنشطة التحكم هذه إلى ضمان بقاء معلمات العملية ضمن نطاقات التحمل المحددة.

طرق اختبار الجودة: يتم تطبيق الاختبارات التي يتم إجراؤها على الطلاء النهائي بطرق قياسية معينة (ما ذكرناه أعلاه). على سبيل المثال، قلنا أنه يتم استخدام مقياس السُمك المغناطيسي لقياس السُمك؛ وتعمل هذه الأجهزة عمومًا وفقًا للمعيار ISO 2178 أو ASTM D1186. ولكي يعطي الجهاز نتائج دقيقة، يجب معايرته باستخدام رقائق معايرة مختلفة. يقوم المشغل بتجربة الجهاز على ألواح اختبار بسماكات معروفة قبل القياس. أثناء القياس، يتم أخذ القيم من عدة نقاط مختلفة على كل قطعة ويتم تسجيل المتوسط. إذا تم إجراء اختبار الالتصاق المتقاطع وفقًا للمواصفة القياسية ISO 2409، فمن المهم استخدام سكين وشريط حاد بحجم قياسي؛ ويتم تصنيف النتائج وفقًا للفئات المحددة في المواصفة القياسية () () (). يتم استخدام كابينة رش الملح وفقًا لطريقة ISO 9227 لاختبار الملح؛ يمكن إجراء الاختبار على فترات معينة (على سبيل المثال بأخذ عينة مطلية من كل دفعة إنتاج) أو يتم اختبار العينات لفترات مثل 240، 480، 720 ساعة لاعتماد المنتج. في نهاية الاختبار، يتم تقييم درجة الصدأ وفقًا لمعيار ASTM D1654 أو ISO 4628. يتم إجراء اختبارات الرطوبة في خزانة درجة حرارة/رطوبة ثابتة وفقًا للمواصفة القياسية ISO 6270-2؛ في نهاية الفترة، يتم فحص العينة للتأكد من وجود تورم ويتم فحص التغير باختبار الالتصاق (). يمكن إجراء اختبار الصدم باستخدام الجهاز وفقًا للمواصفة ASTM D2794. يمكن قياس الصلابة باستخدام المواصفة القياسية ISO 1518 (صلابة قلم الرصاص) أو المواصفة القياسية ISO 1522 (صلابة البندول König/Persoz)، إلخ. يتم تحديد طرق ومعايير القبول لجميع هذه الاختبارات في خطط الجودة ويتم تنفيذها بواسطة موظفين مدربين.

يعتمد تفسير النتائج على المعايير ذات الصلة ومتطلبات العميل. إذا كانت أي نتيجة اختبار خارج المواصفات، يتم اتخاذ تدابير تصحيحية على منتجات تلك الدفعة (على سبيل المثال إجراء عملية تقشير ثانية أو معالجة حافظة إضافية بالتشاور مع العميل) أو يتم إيقاف الإنتاج ومراجعة إعدادات العملية. على سبيل المثال، إذا تم إجراء اختبار التصاق ضعيف، على سبيل المثال، يتم فحص خزانات تحضير السطح والقيم الكيميائية لحمام الطلاء على الفور؛ وعادةً ما تكمن المشكلة إما في طبقة الفوسفات أو خلل في حمام الطلاء.

طرق تحسين العملية: يعد إبقاء عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي تحت السيطرة وكذلك تطويرها بنهج التحسين المستمر أمرًا شائعًا في الصناعة. وفي هذا السياق، يمكن تحليل بيانات القياس التي تم الحصول عليها باستخدام تقنيات التحكم في العمليات الإحصائية على المدى الطويل. على سبيل المثال، يمكن تقييم قدرة العملية من خلال مراقبة تقلبات المعلمات الحرجة مثل الأس الهيدروجيني والتوصيلية باستخدام بطاقات التحكم الإحصائي في العمليات؛ إذا كانت قيم Cpk منخفضة، فقد يكون من الضروري زيادة أتمتة التغذية الكيميائية أو إجراء تحليل أكثر تواترًا للتحسين. وبالمثل، يتم تحديد الأسباب المحتملة والاحتياطات اللازمة لفشل الطلاء من خلال إجراء تحليل نمط الفشل والآثار (FMEA).

بعض التطبيقات الشائعة لتحسين العملية هي: تحسين مواد الطلاء (على سبيل المثال، توفير الطاقة باستخدام جيل جديد من الدهانات المقطعية التي يمكن معالجتها في درجات حرارة أقل، واستعادة الطاقة (استعادة الحرارة من الهواء الساخن من الأفران باستخدام المبادلات الحرارية)، وزيادة الأتمتة (تحويل أدوات التحكم اليدوية إلى أجهزة استشعار آلية وأجهزة تحكم PID) تصميم أفضل للشماعات (تصميمات الرقصة التي تحسن ترسيب الطلاء وتوزيع التيار على الجزء)، والصيانة والتنظيف المنتظمين (منع التلوث عن طريق تنظيف الأنودات والمرشحات والخزانات)، والتدريب (التدريب المستمر للمشغلين على تأثيرات متغيرات العملية)، والتحسين الكيميائي (على سبيل المثال، تقليل نفايات الحمأة باستخدام المعالجة المسبقة بالنانو سيراميك بدلاً من الفوسفات).

أيضًا، إذا تطلبت المنشأة إجراء عملية الرحلان القطعي بألوان مختلفة (وهو أمر نادر الحدوث)، يمكن اتخاذ قرارات استراتيجية، مثل إنشاء خطين منفصلين، حيث إن تغيير اللون في حمام واحد أمر صعب - وهذا يتعلق أيضًا بمرونة العملية. يعد تخطيط العملية أيضًا جزءًا من التحسين (على سبيل المثال استخدام لون تمهيدي واحد وتطبيق اللون في نهج المعاطف العلوية)، حيث إن الرحلان القطعي غير مناسب للحالات التي تتطلب تغييرات متكررة في اللون.

باختصار، يجب استخدام طرق القياس والتحكم ليس فقط لمراقبة الوضع الحالي، ولكن أيضًا لمعرفة الاتجاهات وإجراء تحسينات مستمرة. حتى التحسينات الصغيرة في عملية التقشير (مثل زيادة عمر الحمام من 6 إلى 12 شهرًا، وتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 5%، وتقليل معدل الأجزاء المعيبة بنسبة 1 في الألف) يمكن أن توفر فوائد اقتصادية وبيئية كبيرة. ولذلك، تجري الصناعة والأوساط الأكاديمية دراسات مختلفة بالتعاون لجعل هذه العملية أكثر كفاءة وأكثر صداقة للبيئة وأعلى أداءً.

الموارد والدراسات الأكاديمية

هناك ثروة من المؤلفات حول الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي، سواءً من خلال الأبحاث الأكاديمية أو الوثائق الفنية التي تركز على الصناعة. وقد تم تطوير هذه العملية وتوثيقها على مر السنين من خلال العديد من الدراسات العلمية، خاصةً أنها تلعب دوراً حاسماً في صناعة السيارات. فيما يلي بعض المصادر والدراسات المهمة حول هذا الموضوع:

الأبحاث الأكاديمية: نشرت الجامعات والمنظمات البحثية دراسات حول أداء التآكل في طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي، وتفاعله مع المواد، ومعايير العملية. على سبيل المثال، نشر أكافواه وزملاؤه (2016) مقالة مراجعة شاملة تبحث في تطور عملية طلاء هياكل السيارات، وتوضح بالتفصيل التطور التاريخي والتحسينات الحديثة لتكنولوجيا الترسيب الكاثودي الكهربائي () () (). وتناولت هذه الدراسة قضايا مثل زيادة مقاومة التآكل، والتحول إلى تركيبات صديقة للبيئة (مثل الدهانات الخالية من الرصاص)، وكفاءة الطاقة في الانتقال من أنظمة الجيل الأول من الأنظمة الأنودية إلى الأنظمة الكاثودية عالية الأداء اليوم. مرة أخرى، على المستوى الأكاديمي، فحصت دراسة أجراها يارجيتش وآخرون (2021) أداء مواد الصب المطروقة على الساخن في ظل ظروف طلاء مختلفة وقيّمت مساهمة طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي في مقاومة التآكل والتآكل لهذه المواد. بحث Kılınç و Akyalçın (2022) في كيفية تحسين أداء التآكل مع الطلاء المزدوج (مثل طلاء رقائق الزنك والطلاء العلوي) المطبق على أسطح الصلب المغلفة بالترسيب الكاثودي. توفر مثل هذه الدراسات إرشادات للحماية المثلى لطلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي بمفرده أو في أنظمة مدمجة. في الواقع، وفقًا لإحصائية أوردها Kılınç (2019)، تم الحصول على آلاف براءات الاختراع في جميع أنحاء العالم فيما يتعلق بالطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي؛ وهذا مؤشر على نشاط الابتكار والتطوير المستمر ().

رسائل الماجستير والدكتوراه: هناك أيضًا أطروحات أكاديمية حول هذا الموضوع في تركيا. على سبيل المثال، أجرى أوزجاناك (2008) دراسة شاملة بعنوان "التحقيق في عمليات تحضير السطح والتجفيف والطلاء قبل الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي" في أطروحته للماجستير في جامعة يلدز التقنية. في هذه الأطروحة، تم دراسة تأثير المعالجات المسبقة على جودة الطلاء بالكاثودات تجريبياً وتقييم نتائج ظروف الفسفرة والتجفيف المختلفة. هذه الأطروحات ذات قيمة من حيث تحليل العمليات الحقيقية في الصناعة في بيئة معملية وتقديم اقتراحات للتحسين. وبالمثل، أُجريت أطروحات حول موضوعات مثل كيمياء الطلاء، والتصاق الطلاء، وتحليل عيوب الطلاء المتعلقة بالتقشير في مختلف الجامعات.

تقارير الصناعة والوثائق الفنية: تنشر كبرى صناعات السيارات الرئيسية وشركات تصنيع الطلاء تقارير وأدلة فنية عن عملية الترسيب الكاثودي. على سبيل المثال، توفر شركات الطلاء الكبرى مثل PPG وAxalta وBASF أوراقًا فنية ووثائق إرشادية للطلاء بالتحلل الكهربائي الكاثودي. وتصف وثيقة فنية من شركة PPG خطوات عملية الرحلان الكاثودي (المعالجة المسبقة والطلاء والشطف والفرن) بالتفصيل؛ حيث ذُكر أن تركيبة الحمام تتكون من 80-90% ماء و10-20% مواد صلبة وأن إنتاجية الطلاء تتجاوز 95% وأن ظروف المعالجة النموذجية هي 190 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة. تُعد هذه الوثائق مصدرًا مرجعيًا لمهندسي وفنيي العمليات. ومرة أخرى، تعتبر مواصفات المواد الخاصة بشركات السيارات مراجع صناعية مهمة؛ على سبيل المثال، وضعت الشركات المصنعة مثل فورد وجنرال موتورز وفولكس فاجن وتويوتا معايير توضح بالتفصيل الاختبارات والخصائص التي يجب أن تستوفيها مواد الطلاء التمهيدي للتقشير. وتحدد هذه المواصفات عددًا من المعايير مثل سماكة الطلاء، وساعات مقاومة اختبار الملح، ونتائج اختبار الصدمات الحجرية، والعزل الكهربائي. ويثبت موردو طلاء الترسيب الكهربائي الكاثودي أنهم يستوفون هذه المعايير من خلال تقارير الاختبار التي تتوافق مع معايير مصنعي المعدات الأصلية هذه.

دراسات الطاقة والبيئة: كما أن استهلاك الطاقة والتأثيرات البيئية أثناء تشغيل مرافق التقطير هي أيضًا موضوع بحث. على سبيل المثال، نظر أكباش وآخرون (2018) في خط الرحلان التقشري كعملية منفصلة أثناء إجراء تحليل استهلاك الطاقة في مصنع تجميع السيارات وكشف عن المجالات التي يمكن فيها تحقيق وفورات في الطاقة، خاصة في الخبز. تتضمن هذه الدراسة بيانات إرشادية للصناعة حول تحسين الحرارة في أفران التقشير وأنظمة الاسترداد وكفاءة الخط العامة. على الجانب البيئي، هناك تقارير فنية عن معالجة مياه الصرف الصحي (النفايات الناتجة عن خزانات الفوسفات والطلاء) والحد من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة. على سبيل المثال، في الوثائق المرجعية لأفضل التقنيات المتاحة (BREF) المنشورة في الاتحاد الأوروبي، يتم تحديد أفضل الممارسات وتقنيات التحكم في الانبعاثات، بما في ذلك تقنية التقشير المقطعي لمرافق طلاء الأسطح.

المعايير والأدلة: وقد نشرت منظمات المعايير الدولية (ISO، ASTM، DIN، TS وغيرها) بعض المعايير المتعلقة مباشرة بالطلاء الكهربائي. على سبيل المثال، تغطي المواصفة القياسية ISO 10683 وEN 13858، على الرغم من أنها أكثر ارتباطًا بالطلاءات الرقائقية الزنكية، متطلبات استخدام الطلاءات الكهربائية مثل الرحلان الكهربائي على المثبتات (). وبالإضافة إلى ذلك، لدى ASTM طرق اختبار قياسية خاصة بالطلاءات الكهربية (مثل ASTM B767 - قياس سماكة الطلاء الكهربائي). وتستخدم هذه المعايير أيضًا كمراجع في الدراسات الأكاديمية.

ونتيجة لذلك، هناك مجموعة واسعة من المعرفة النظرية والعملية حول عملية الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي. يعمق البحث العلمي فهم العملية، بينما توفر الوثائق الخاصة بالصناعة إرشادات للتطبيق. تعد المصادر المذكورة في هذا التقرير وغيرها من المؤلفات المماثلة مراجع مهمة تكشف عن تطور الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي وظروف التطبيق المثلى ومراقبة الجودة. من المتوقع في الدراسات المستقبلية أن يكون تطوير المواد الصديقة للبيئة (مثل الجيل الجديد من المعالجة المسبقة الخالية من الكروم، والراتنجات التي يمكن معالجتها في درجات حرارة منخفضة) وتحسين العملية (مثل التحكم في الحمام المدعوم بالذكاء الاصطناعي) في المقدمة. سيضمن هذا التطوير المستمر أن يستمر الطلاء بالترسيب الكهربائي الكاثودي في احتلال مكانة هامة في مختلف الصناعات.