Phốt phát hóa và sơn điện di trong công nghiệp sản xuất ô tô

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HOÁ –LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CHỦ ĐỀ: QUÁ TRÌNH SƠN ĐIỆN DI VÀ PHOSPHATE HÓA
TRONG CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn: Lê Văn Toán
Sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Thêm
Vũ Thị Hồng Huệ
Lương Tuấn Anh
Nguyễn Nguyệt Anh
Phạm Ngọc Bích
Nguyễn Thúy Quỳnh

Hà Nội 11/ 2016


MỞ ĐẦU
Công nghiệp sản xuất ô tô là nền công nghiệp đã phát triển từ rất lâu và
ngày càng có triển vọng. Trong đó, xử lý bề mặt là một khâu quan trọng trong
quá trình sản xuất ô tô. Để đảm bảo sản phẩm chống bị ăn mòn trong điều kiện
khí hậu khắc nghiệt, bền đẹp và đảm bảo tính thẩm mĩ thì đòi hỏi kỹ thuật công
nghệ cao. Vì thế, khung xe sau khi được tạo hình sẽ được xử lý bề mặt sau đó
tiến hành phosphate hóa, cromat hóa và sơn phủ.
Vì vậy nhóm em đã chọn tìm hiểu về chủ đề “ quá trình sơn điện li và
phosphate hóa trong công nghiệp ô tô”. Để hiểu rõ hơn về quy trình tiến hành,
cơ chế và biết ứng dụng của mạ điện bằng công nghệ nêu trên.


PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT Ô TÔ VÀ

PHƯƠNG PHÁP PHOSPHATE HÓA , SƠN ĐIỆN DI
1. Tổng quan về tình hình sản xuất ô tô
1.1. Lịch sử ra đời ngành ôtô thế giới
Từ những chiếc xe đầu tiên chạy bằng hơi nước ở thế kỷ 18, đến nay làng
ôtô thế giới đã cho ra đời những chiếc xe động cơ điện sang trọng, hiện đại.
Cho đến nay để nhận định chiếc xe hơi đầu tiên ra đời khi nào vẫn còn
nhiều luồng ý kiến khác nhau trên thế giới.
Tên gọi ô-tô được nhập từ tiếng Pháp (automobile), tên tiếng Pháp xuất
phát từ từ auto (tiếng Hy Lạp, nghĩa là tự thân) và từ mobilis (tiếng La Tinh,
nghĩa là vận động). Từ automobile ban đầu chỉ những loại xe tự di chuyển được
gồm xe không ngựa và xe có động cơ. Còn từ ô tô trong tiếng Việt chỉ dùng để
chỉ các loại có 4 bánh. Chữ "Xe Hơi" bắt nguồn từ chữ Hoa 汽汽, phát âm theo
Hán Việt là Khí Xa. Còn người Nhật gọi Xe hơi là 汽汽汽 (Tự động xa) nghĩa là
Xe tự động. Các kiểu khác nhau của xe hơi gồm các loại xe, xe buýt, xe tải.
Tới năm 2005 có khoảng 600 triệu xe hơi trên khắp thế giới (0,074 trên
đầu người). Chiếc xe hơi đầu tiên trên thế giới ra đời năm 1770 do Nicolas
Joseph Cugnot chế tạo chạy bằng động cơ hơi nước.
Hình 1: Chiếc xe hơi ba bánh đầu tiên do Karl Benz chế tạo
được cấp bằng sáng chế năm 1886
Tuy Đức là đất nước đầu tiên đưa ôtô vào sản xuất hàng loạt nhưng Mỹ
mới là nơi chứng kiến công nghiệp xe hơi lên ngôi.
Trong bối cảnh ngành còn sơ khai, người dẫn đất nước cờ hoa chỉ hào
hứng vào những chiếc xe hơi xa hoa, đắt tiền mang thương hiệu Cadillac, Pascal
thì xuất hiện một nhân vật đi ngược xu hướng, đó là Henry Ford. Người sau này
trở thành nhân vật tên tuổi nhất nền công nghiệp xe hơi Mỹ.


1.2. Sự phát triển của ngành sản xuất ô tô
Tổng sản lượng ô tô trên thế giới theo tài liệu của OICA qua một số năm
được thể hiện dưới bảng 1.

Bảng 1: Đây là danh sách sản lượng ô tô của các quốc gia dựa trên tài liệu
của OICA năm 2008
Xếp hạng

—

—

Nước/Khu vực

Thế giới

Khối EU

2007

2005

73.101.69

66.482.43

5

9

19.717.64

18.176.86

3

0

11.596.327

10.799.65

2000

58.374.162

17.142.142

1

Nhật Bản

2

Mỹ

3

Trung Quốc

8.882.456

5.708.421

2.069.069

4

Đức

6.213.460

5.757.710

5.526.615

5

Hàn Quốc

4.086.308

3.699.350

3.114.998

6

Pháp

3.019.144

3.549.008

3.348.361

7

Brasil

2.970.818

2.530.840

1.681.517

10.780.72
9

9

10.140.796

11.946.653 12.799.857


Xếp hạng

Nước/Khu vực

2007

2005

2000

8

Tây Ban Nha

2.889.703

2.752.500

3.032.874

9

Canada

2.578.238

2.687.892

2.961.636

10

Ấn Độ

2.306.768

1.638.674

801.360

11

México

2.095.245

1.684.238

1.935.527

12

Vương Quốc Anh 1.750.253

1.803.109

1.813.894

13

Nga

1.660.120

1.354.504

1.205.581

14

Ý

1.284.312

1.038.352

1.738.315

15

Thái Lan

1.238.460

1.122.712

411.721

16

Thổ Nhĩ Kỳ

1.099.414

879.452

430.947

17

Iran

997.240

817.200

277.985

18

Cộng Hòa Séc

938.527

602.237

455.492

19

Bỉ

844.030

926.528

1.033.294

20

Ba Lan

784.700

613.200

504.972

21

Slovakia

571.071

218.349

181.783

22

Argentina

544.647

319.755

339.632

Xếp hạng

Nước/Khu vực

2007

2005

2000

23

Nam Phi

534.490

525.227

357.364

24

Indonesia

419.040

500.710

292.710

25

Malaysia

413.440

563.408

282.830

26

Ukraina

402.591

215.759

31.255

27

Thụy Điển

366.020

339.229

301.343

28

Australia

334.617

394.713

347.122

29

Hungary

292.027

152.015

137.398

30

Đài loan

283.039

446.345

372.613

31

România

241.712

194.802

78.165

32

Áo

228.066

253.279

141.026

33

Philippines

213.402

187.247

98.953

34

Bồ Đào Nha

176.242

226.834

245.784

35

Venezuela

172.418

135.425

123.324

36

Pakistan

169.861

153.393

102.578

Xếp hạng

Nước/Khu vực

2007

2005

2000

37

Hà Lan

138.568

102.204

98.823

38

Uzbekistan

135.400

94.437

52.264

39

Ai Cập

103.552

123.425

78.852

40

Colombia

73.667

75.539

87.342

41

Slovenia

68.492

64.492

38.877

42

Maroc

36.671

33.992

31.314

43

Belarus

27.708

26.995

19.324

44

Ecuador

26.338

32.254

41.047

45

Phần Lan

24.303

21.644

38.926

46

Việt Nam

23.478

31.600

6.862

47

Chile

10.804

6.660

5.245

48

Serbia

9.903

14.179

12.740

49

Nigeria

3.072

2.937

7.834

50

Zimbabwe

1.611

960

792


Xếp hạng

Nước/Khu vực

51

Kenya

2007

2005

2000

705

405

288

2. Tổng quan về phương pháp phosphate hóa
2.1. Khái niệm
Phosphate hoá là một phương pháp gia công bề mặt kim loại được áp
dụng rộng rãi trong công nghiệp để xử lý bề mặt kim loại, được coi là một trong
những phương pháp chuẩn bị bề mặt kim loại tốt nhất trước khi sơn phủ hoặc
nhúng dầu mỡ nhằm bảo vệ các chi tiết kim loại đen.
Màng phosphate hoá chuyển hoá bề mặt kim loại thành một lớp bề mặt

mới không còn tính dẫn điện và tính kim loại, có khả năng chống ăn mòn. Nhờ
các tính chất đó người ta tạo ra công nghệ phosphate hoá để sử dụng trong các
nhà máy xử lý bề mặt kim loại.
2.2. Mục đích
 Cải thiện bề mặt kim loại trước khi sơn phủ, sơn lót chống ăn mòn.
 Tạo sự bám dính cho lớp phủ nhựa, cao su.
 Để xử lý bề mặt kim loại trước khi gia công cơ khí như là cán nguội, kéo
dây...
 Để tăng khả năng chống ăn mòn của các lớp dầu mỡ, sáp....
2.3. Tác dụng
Tác dụng phổ biến nhất của nó trong thực tiễn là nhằm kéo dài tuổi thọ
màng sơn phủ. Nếu nền kim loại khá trơ với các vật liệu sơn phủ thì lớp phốt
phát hoá tạo ra lớp màng có nhiều lỗ xốp bám rất chắc với nền kim loại. Lớp này
lại "thấm" sơn và như thế tạo thành lớp phủ đặc chắc gắn rất tốt với nền.
Trong trường hợp này chức năng của màng phosphate hoá là:
 Liên kết với nền kim loại
 Lớp nền của màng sơn


 Làm tăng độ bền bám của màng sơn
 Chống ăn mòn dưới lớp sơn
Khi sử dụng màng phốtphát hóa làm lớp nền cho chất dẻo thì màng phốt
phát hóa có tính năng và cơ chế tương tự như trên.
2.4. Ứng dụng
Ở các nước công nghiệp phát triển việc xử lý bề mặt trước khi sơn phủ là việc
làm theo tiêu chuẩn bắt buộc để tăng cường độ bám của màng sơn cũng như
tăng cường khả năng bảo vệ của màng trong điều kiện khí quyển.
Trong công nghiệp được sử dụng phổ biến nhất là màng phốtphát hoá của các
kim loại nặng như kẽm, sắt, măng gan. Các chế phẩm để xử lý bề mặt đều ở
dạng thương phẩm rất thuận tiện cho người sử dụng.

3. Công nghệ sơn điện ly
3.1. Khái niệm sơn điện ly
Sơn điện ly (ED) hay còn tên gọi khác là sơn điện di là chất polymer hữu
cơ được tạo ra bám vào bề mặt thân xe dưới một hiệu điện thế trung bình
(khoảng 250- 350 V) và dòng điện tương đối cao (800- 1000 A).
Lớp sơn điện di có tác dụng chống ăn mòn rất tốt và là lớp sơn đầu tiên
trong số vài lớp phủ trên xe ô tô. Trong quy trình sơn ED, thân xe được nhúng
hoàn toàn xuống bể sơn. Dòng điện một chiều sẽ chạy qua hệ thống và tạo ra lớp
sơn mỏng bao phủ toàn bộ các chi tiết thân xe kể cả những khu vực ngóc nghách
nhất. Cũng như quy trình mạ điện phân, dung dịch sơn chính là dung dịch điện
ly và thân xe chính là cực âm của quá trình mạ đó.
3.2. Quá trình hình thành và phát triển của sơn điện ly
3.2.1. Lịch sử của sơn điện ly
Những nghiên cứu phát triển của sơn điện ly được hãng Ford Motor bắt
đầu từ năm 1957 dưới sự lãnh đạo của tiến sĩ George Brewer. Mục đích của
những nghiên cứu này là để tìm ra 1 phương pháp chống ăn mòn tốt nhất cho
các chi tiết, bộ phận của thân xe ô tô.
Các nhà chế tạo ô tô đã nhận thức rõ ràng rằng quá trình rỉ sét xảy ra bên
trong sẽ dần phá hỏng các cấu kiện của khung xe. Mặc dù lớp sơn thông thường


đã có thể thâm nhập vào tận cùng các hốc của khung xe nhưng chúng lại thường
bị tẩy bởi hơi của dung môi trong khi sấy sơn. Vì vậy, nhóm của Tiến sĩ Brewer
đã cố gắng tạo nên 1 lớp sơn mà dung môi không thể tẩy chúng được trong suốt
quá trình. Những công việc này dẫn đến sự phát triển của sơn điện ly.
Bể sơn đầu tiên của hãng Ford hoạt động vào 4/ 7/ 1961 dùng để sơn
Lagiang của bánh xe. Bể sơn nhúng cho thân xe được lắp đặp vào năm 1963. Cả
2 bể này đều sử dụng kiểu kết tủa dương cực.
Mặc dù thị trường của sơn điện ly sau khi ra đời phát triển một cách vững
chắc, nhưng cho đến tận năm 1973, sơn điện ly kiểu kết tủa âm cực ra đời, thị

trường mới thực sự bùng nổ. Vào năm 1965, chỉ có 1/100 xe được sơn lót bằng
sơn điện ly; đến năm 1970, đã có 10/100 xe và đến nay, hầu hết các xe đều được
sơn lót bằng phương pháp sơn điện ly.
3.2.2. Ưu nhược điểm của sơn điện ly
- Tạo màng bảo vệ để chống rỉ sét tại tất cả các hốc, các vùng bên trong thân xe.
- Hiệu quả sử dụng sơn cao, lên đến 95%. Giảm thiểu lượng sơn thất thoát, đặc
biệt nếu đem so sánh với phương pháp sơn phun.
- Do độ nhớt của bể sơn thấp (ngang bằng với nước) cho nên dễ dàng cho việc
bơm và xả trong quá trình sơn.
- Do lớp sơn mới không hòa tan trong nước nên cho phép rửa và thu hồi được
cặn sơn.
- Sơn chưa sấy đủ khô để có thể sờ tay được, dễ dàng cho thao tác bằng tay.
- Khác với sơn bằng phương pháp phun, sơn điện ly không bị chảy trong khi sấy.
- Khác với sơn phun, sơn điện ly không bị tẩy bởi hơi dung môi trong khi sấy.
- Lớp kết tủa được sinh ra một cách liên tục từ phần này đến phần kia.
- Từ khi quá trình là tự động hóa, nhân công lao động trực tiếp giảm rõ rệt.


PHẦN 2: CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHOSPHATE HÓA VÀ
SƠN ĐIỆN DI
1. Cơ chế của quá trình phosphate hóa
Phosphate là quá trình hình thành trên bề mặt kim loại 1 lớp
photphat kim loại không tan trong nước. Quá trình này th ường s ử dụng đ ề
phủ cho kim loại đen như sắt, thép hay thép tráng kẽm.
Màng được tạo thành dựa trên phản ứng giữa kim loại với dung d ịch
dihidrophotphat dẫn tới sự kết tủa của muối phosphate ít tan trên bề m ặt
kim loại. Hiện nay, các quá trình phosphate hóa th ường ti ến hành b ằng
phương pháp phun trực tiếp lên bề mặt kim loại dung dịch muối

dihydrophosphat của kim loại như Zn 2+, Mn2+, Fe2+, Ca2+, Na2+,… hoặc nhúng
kim loại trong những dung dịch này.
1.1

. Sự hình thành lớp phủ phosphate trên bề mặt kim loại
Như đã trình bày ở trên, các quá trình phosphat hóa th ường tiến hành

trong dung dịch muối dihydrophosphat của kim loại hóa tr ị 2. Trong dung
dịch này luôn tồn tại các cân bằng sau:
3M(H2PO4)2 3MHPO4 + 3H2PO4

(1)

3MHPO4 M3(PO4)2 + H3PO4

(2)

3M(H2PO4)2 M3(PO4)2 + 4H3PO4

(3)

Theo Machu, quá trình phosphate hóa là một quá trình hóa, trong đó:
Tại anot:

Me Me n+ + ne (Me là kim loại nền)

Tại catot:

2H 2+ + 2e H2

Quá trình ăn mòn xảy ra nhanh thành một lượng lớn ion kim loại tại
lớp dung dịch sát vùng anot. Cùng lúc đó, m ột l ượng t ương đ ương ion H +
(do H3PO4 phân li) bị khử thành H2 tại catot làm giảm nhanh nồng độ H+ tại
vùng này. Do tốc độ của quá trình khuếch tán ion H + từ lớp dung dịch ngoài
vào cũng như quá trình khuếch tán của ion kim loại t ừ l ớp dung d ịch bên
trong ra không theo kịp tốc độ hòa tan kim loại và khử H + dẫn đến việc kết
tủa phosphate kim loại trên bề mặt các vùng catot.
Mô hình quá trình hình thành lớp phủ phosphat trên bề mặt thép
được thể hiện theo hình 2.1.
Hình 4: Mô hình quá trình hình thành lớp phủ phosphat trên bề mặt
thép


Các mầm tinh thể phosphate hình thành tại vùng catot tiếp tục phát
triển và tạo thành màng che kín toàn bộ bề mặt kim loại, ngăn cản quá
trình hòa tan kim loại, khi đó quá trình phosphate hóa sẽ ch ấm d ứt. Màng
tạo thành bám chắc trên bề mặt kim loại được giải thích do s ự xâm nh ập
và đan xen nhau của các tinh thể phosphate vào nh ững phần g ồ gh ề trên
bề mặt kim loại.
Tuy nhiên, sự bám dính này còn được giải thích do s ự tương thích
giữa cấu trúc tinh thể bề mặt kim loại nền và tinh thể phosphate, trong đó
kim loại nền đóng vai trò quan trọng trong việc định h ướng s ự phát tri ển
các tinh thể phosphate. Độ sai lệch giữa mạng kim loại và mạng tinh th ể
phosphate càng cao, tính bám dính càng kém.
Có thể nhận thấy rằng lớp phủ phosphate chỉ được hình thành khi
tốc độ các quá trình điện hóa đủ lớn để làm thay đổi đ ột ngột pH t ại l ớp
dung dịch sát bề mặt kim loại dẫn đến sự dịch chuy ển mạnh các cân bằng
(2) và (3) về bên phải làm kết tủa các muối ít tan lên bề mặt kim lo ại. S ự
dịch chuyển này cũng xảy ra khi tăng nhiệt độ. Để đạt được điều ki ện này,
quá trình phosphate hóa phải được tién hành ở nhiệt độ khoảng 96 - 99

với thời gian phosphate hóa 50- 60 phút. Ph ương pháp phosphate hóa
nóng thường có chi phí cao do tốn năng lượng.


Để giảm nhiệt độ cũng như rút ngắn thời gian phosphate hóa, người
ta thêm chất gia tốc vào trong dung dịch. Các ch ất gia t ốc th ường đ ược s ử
dụng gồm 2 dạng:
 Một là những chất oxi hóa như: nitrit,nitrat,clorat,cromat, các h ợp
chất nito hữu cơ…
 Hai là muối của các kim loại có thế dương hơn kim loại n ền nh ư
muối Cu(II).
Vai trò những chất này được giải thích do tác dụng kh ử phân c ực hay
do hình thành trên bề mặt kim loại những vùng microcatot.
Trong trường hợp gia tốc bằng chất oxi hóa, các chất này đóng vai trò
chất khử tại catot thay cho H+ nên không có hoặc giảm lượng khí H 2 sinh ra.
Với một số chất gia tốc phổ biến như nitrit, nitrat, ph ản ứng ăn mòn thép
xảy ra:
4Fe + N + 10H+ 4Fe2+ + + 3H2O
3Fe + N + 8H + 3Fe2+ + + 2H2O
Với tác dụng của gia tốc, quá trình phosphate hóa có th ể ti ến hành nhi ệt
độ thấp thậm chí ngay ở nhiệt dộ phòng với thời gian phosphate chỉ trong
vài phút.
1.2. Tác dụng chống ăn mòn của lớp phosphate dưới màng sơn
Lớp phủ phosphate được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực làm n ền
cho sơn.
Đối với các lớp sơn chống ăn mòn, hai đặc trưng quan trọng nhất là:
khả năng ức chế ăn mòn và độ bám dính. Lớp phủ phosphate có tác dụng
nâng cao hai tính chất này cho màng sơn bề mặt kim loại do chúng có c ấu
trúc xốp đồng thời do độ bám dính và độ che phủ cao trên bề mặt kim loại.
Lớp phủ phosphate vừa làm tăng độ bám dính của màng s ơn v ới kim lo ại

nền vừa có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập các tác nhân ăn mòn, h ạn ch ế
quá trình ăn mòn dưới màng sơn. Chính vì vậy khi kết h ợp màng phosphate


với lớp sơn phủ, độ bền và khả năng bảo vệ của màng sơn tăng lên đáng
kể.

 Cơ chế của màng kết hợp với màng sơn
Khi màng sơn bị hỏng làm cho thép tiếp xúc với môi trường ăn
mòn( như nước, không khí, muối) do mức độ tiếp xúc v ới môi tr ường ăn
mòn khác nhau dẫn đến việc hình thành cặp vi pin tại n ơi b ị h ư h ỏng. Vùng
thép tiếp xúc nhiều với tác nhân ăn mòn sẽ đóng vai trò catot, trong khi
vùng bị lớp sơn phủ tiếp xúc với môi trường ít h ơn sẽ tr ở thành anot. Khi
nền thép không có lớp phosphat bảo vệ quá trình ăn mòn không bị c ản tr ở.
Ví dụ: với tác nhân ăn mòn là oxi quá trình ăn mòn xảy ra nh ư sau:
Tại anot:
Tại catot:

Fe Fe2+ + 2e
O 2 + 2H2O + 4e 4OH-

Sự kết tủa hydroxit sắt:
Sự hình thành gỉ:

Fe2+ + 4OH- 2Fe(OH)2
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Trong trường hợp có lớp phủ phosphate giữa màng sơn và bề mặt
thép thì dòng ăn mòn bị ngăn cản do lớp phosphate có tính cách đi ện. Dòng
ăn mòn chỉ có thể xuất hiện qua lỗ xốp trong lớp phủ phosphate do đó quá

trình ăn mòn bị cản trở mạnh.
Do đó, có thể thấy rằng khả năng chống ăn mòn của màng s ơn tăng
khi chiều dày lớp phosphat tăng và độ xốp của nó giảm. Hiện tượng này có
thể do tính giòn của lớp phủ phosphate.
2. Cơ chế của quá trình sơn điện di
Sơn điện di: là loại dung dịch chống gỉ có khả năng bám vào bề mặt kim
loại dưới tác dụng của dòng điện một chiều. Do được nhúng vào trong dung dịch
sơn, nên trên bề mặt cần sơn, các phần tử sơn sẽ bám đều, kể cả tại các khe nhỏ
nhất. Tạo bề mặt có độ cứng, khả năng chống mòn và khả năng kháng axit rất
cao.


Sơn điện di phân làm hai loại là sơn điện di catot và sơn điện di anot.
Thành phần dung dịch sơn điện di gồm: dung môi, chất hoạt động bề mặt,
chất hữu cơ, chất chống keo tụ, chất nhũ hoá, chất xúc tác và ion cân bằng.
2.1. Quá trình sơn điện di
Cơ chế của quá trình sơn điện di được trình bày qua các giai đoạn:
 Electrolysis/Sự điện phân: Sự điện phân là sự phân ly chất lỏng thành các
ion âm và ion dương khi có dòng điện một chiều chạy qua.
Anot:

2 H2O O2 + 4H+ + 4e

Catot:

2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-

-

Electrophoresis/Sự điện di: Sự điện di là sự di chuyển các phần tử sơn, keo

nhựa mang điện tích trong môi trường dẫn điện bởi tác động của một hiệu
điện thế. Các phần tử sơn sẽ dịch chuyển đến các điện cực theo qui trình
sau:

Anot:

-

CH3COOH + R-NH2 -> CH3 COO- + R-NH3+
CH3COO-  move towards the anode
R-NH3+  move towards the cathode
CH3COO- +H+ CH3COOH

Catot:
R-NH3+ + 2 OH- R-NH2 + H2O
Electrodeposition/Sự kết tủa điện phân: Sự kết tủa điện phân là sự kết dính
những phân tử sơn tại một điện cực. Các phần tử mang điện tích dương sẽ
kết tủa tại cực dương, các phân tử mang điện tích âm sẽ tụ tập tại cực
dương. Vì là quá trình sơn âm cực, nên sự kết tủa chỉ sảy ra tại cực âm mà
thôi.

-

Catot:
R-NH3+ + 2 OH-R-NH2 + H2O
Electroendosmosis/Sự điện thẩm: Sự điện thấm là bước cuối cùng của quy
trình này. Các hạt sơn bị hút về phía cực âm và kết dính tại đó, tạo nên lớp
sơn bán thấm semi-permeable. Nước tại khu vực xung quanh âm cực sẽ bị
đẩy qua lớp màng sơn này, đó là nguyên nhân khử nước của lớp sơn. Tạo ra

màng sơn có khả năng chống lại sự va chạm vật lý (ta có thể chạm tay vào
bề mặt sơn mà không bị hỏng).
Một dây chuyền sơn điện ly bao gồm các bể xử lý được chế tạo bằng thép
không gỉ. Nếu sử dụng sắt thường, độ bền của bể chỉ vào khoảng 2-3 năm.
2.2. Dây chuyền sơn điện ly
Một dây chuyền sơn điện ly đạt chuẩn phải tuân thủ đầy đủ các bước sau:
 Làm sạch bề mặt kim loại bằng cách bơm dầu hôi để lấy hết dầu mỡ và vụn
kim loại sinh ra trong các công đoạn hàn gắn. Sau đó vỏ xe được nhúng vào
bể dung dịch xút. Bước này sẽ giúp lấy đi khoảng 85-90% dầu mỡ còn bám
trên bề mặt kim loại.
 Tiếp đó, vỏ xe sẽ được nhúng vào bể nước để làm sạch làm xút bám trên
kim loại.
 Vỏ xe được đưa vào bể dung dịch hoạt hoá để làm mịn.
 Vỏ xe được chuyển sang bể phốt phát kẽm, có tác dụng chống gỉ. Lớp
phosphate này rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới việc lớp sơn tĩnh điện
sau đó có "ăn" hay không.
 Vỏ xe được chuyển sang bể dung dịch kiềm để loại bỏ các yếu tố không
bền vững.
 Đây là khâu quan trọng nhất: sơn điện ly. Vỏ xe sẽ được nhúng trong bể
sơn khoảng 6 phút, sao cho có một lớp sơn dày chừng 20-30 phần nghìn
milimét bám đều trên bề mặt kim loại. Tiếp đó vỏ xe sẽ được làm sạch
những sơn thừa bám trên bề mặt.
 Cuối cùng, vỏ xe được đưa vào lò sấy ở nhiệt độ chừng 170 độ C trong
khoảng 40 phút. Sức nóng sẽ giúp lớp sơn điện ly bám chắc vào vỏ xe.
Sơn điện di catot được ứng dụng cho nhiều kim loại như đồng kẽm, đồng
thiếc, niken, vàng, magie. Sơn điện di catot có các loại sơn epoxy, sơn acrylat,,
…Hạt keo sơn điện di catot mang điện tích dương dưới tác dụng điện trường di
chuyển về catot.
Sơn điện di anot mang điện tích âm nên dưới tác dụng điện trường di

chuyển về phía anot. Có một loại sơn điện di của công ty ALBRIFIN sau khi


điện di có thể nhuộm được các màu giả đồng kẽm, giả đồng, giả vàng,… độ dày
lớp màng đồng đều, màu sắc cũng đồng đều. Ưu điểm của nó là trong cùng một
thùng được các màu khác nhau, tiết kiệm đầu tư thiết bị. Sơn điện di anot chỉ
được ứng dụng trên bề mặt nhôm và nilen, không sử dụng được trên đồng, bạc.
2.3. Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sơn điện di

-

 Ưu điểm:
Tạo ra được lớp màng sơn chui sâu vào trong các hốc, ngóc ngách trong

-

thân xe bảo vệ chống gỉ sét cho thân xe.
Hiệu suất chuyển đổi tốt hơn, giảm được đến 95% lượng sơn thất thoát

-

trong quá trình làm việc, đặc biệt khi so sánh với phương pháp phun.
Là loại sơn gốc nước nên giảm thiểu được những mối nguy hiểm cháy nổ, ô
nhiễm môi trường trong khi vận chuyển cũng như sản xuất. Và đương

-

nhiên giảm được chi phí lắp đặt hệ thống PCCC, xử lý chất thải.
Độ nhớt của dung dịch thấp (tương đương với nước), dễ dàng bơm vận

-

hành cũng như khả năng thoát nhanh khỏi xe sau khi nhúng.
Lớp màng sơn sau khi tạo thành không thể hòa tan trong nước, cho phép

-

rửa và thu hồi lượng sơn bám trên xe.
Lớp sơn này đủ khô cho phép chạm vào khi vận chuyên vào lò sấy.
Không giống như sơn phun, lớp sơn tĩnh điện này sẽ không bị chảy sệ trong

-

khi sấy khô.
Qui trình này hoàn toàn tự động, giảm được chi phí lao động trực tiếp cho
doanh nghiệp.
 Nhược điểm
Mặc dù những ưu điểm của quá trình sơn điện ly hoàn toàn lấn át những

nhược điểm của nó, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế.
-

Sơn điện ly chỉ có thể thực hiện được trên các vật liệu có tính dẫn điện.
Khi một chi tiết đã được sơn phủ và sơn điện ly lớp thứ hai là không thể
thực hiện được.


Vì thế lớp sơn điện ly chỉ được sử dụng cho lớp sơn lót đầu tiên, những
lớp sơn màu tiếp theo sẽ sử dụng những phương pháp công nghệ khác.
3. Các yếu tố ảnh hưởng và hóa chất dùng trong quá trình phosphate hóa

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng
Trong quá trình công nghệ sẽ không tránh khỏi những vấn đề gây ảnh
hưởng đến quá trình mạ cũng như làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.
Sau đây là một số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:





Hàm lượng Cl-, SO42- nếu vượt quá 0,5g/l sẽ gây lỗ ở màng phosphate do
độ bẩn chống gỉ giảm.
Khi photphat ở nhiệt độ cao, tránh để photphat ở trạng thái sôi
Điều chỉnh độ axit dung dịch photphat:
- Độ axit tự do chính là: H 3PO4 tự do, nó làm sắt hòa tan, hình thành nhiều
mầm tinh thể, màng mịn. Nếu độ axit thấp, màng phosphate mỏng, có
khi không tạo màng. Nhưng nếu độ axit cao, phản ứng chậm, màng thô
-

có nhiều lỗ, kết tủa nhiều.
Độ axit tổng chỉ tổng độ axit, muối nitrat, muối photphat. Độ axit tổng
giới hạn ở nồng độ quy định sẽ làm tăng phản ứng photphat, làm màng

kết tinh mịn. Nếu ngược lại, phosphate hóa chậm, màng dày, thô.
 Ảnh hưởng của tính chật vật liệu: Tính chật vật liệu ảnh hưởng rõ ràng đến
màng photphat.
Ví dụ: Thép hợp kim thấp, thép cacbon cao- trung bình dễ dàng photphat
hóa, màu sắc màng đậm và dày nhưng kết tinh thô. Với thép cacbon thấp, màng
phosphate có màu nhạt, kết tinh mịn. Thép đúc chưa tôi, màng kết tinh thô; thép
đúc qua thô, màng kết tinh mịn....
 Ảnh hưởng gia công bề mặt: Phương pháp gia công bề mặt khác nhau ảnh

hưởng lớn tới việc tạo màng photphat.
Ví dụ: Những chi tiết qua phun cát nhưng qua tẩy rửa axit, chất lượng
màng tốt, kết tinh mịn, chống gỉ tốt. Những chi tiết qua tẩy dầu hóa học, màng
photphat khác nhau theo tính chất kiềm của dung dịch tẩy (tẩy trong dung dịch
kiềm mạnh, màng kết tinh thô,thời gian phosphate dài; những chi tiết qua tẩy


axit mạnh, mang kết tinh thô, khí H2 thoát ra nhiều). Bề mặt gia công nguội có
độ cứng, trước khi phosphate cần phải tẩy axit mạnh để hoạt hóa bề mặt, nếu
không màng không đều, chống gỉ kém...
3.2. Các hóa chất dùng trong phosphate hóa
Dưới đây là một số hóa chất được sử dụng trong quá trình phosphate hóa:
 Zn2+: làm nâng cao tốc độ photphat, làm màng mịn, dung dịch photphat có
kẽm có thể hoạt động trong 1 khoảng rộng. Nhưng nếu hàm lượng ion kẽm
thấp, màng phosphate thô, tối; nhưng ngược lại, nếu hàm lượng ion kẽm
cao màng phosphate sẽ bị thô, giòn.
 Mn2+: có thể nâng cao độ cứng, độ bền bám chắc và độ chống gỉ. Giúp
màng phosphate màu sắc đậm, kết tinh đồng đều. Nhưng nếu ở nhiệt độ
trung bình và thường, hàm lượng Mn2+ cao, màng khó sinh ra. Nhìn chung,
dung dịch phosphate ở nhiệt độ trung bình, Zn 2+/Mn2+ = 1,5 ~2 :1 là vừa
phải.
 Fe2+: tăng độ dày màng phosphate, tính năng cơ khí và phạm vi làm việc
rộng. Điều kiện để Fe2+ tương đối ổn định là dung dịch không vượt quá
70oC, hàm lượng gốc nitrat tương đối cao và hàm lượng Mn 2+ ở mức nhất
định.
 NO3-: làm tăng tốc độ phosphate hóa, nâng cao độ khít lớp màng. Trong
điều kiện thích hợp, gốc nitrat tác dụng với Fe, tạo thành 1 lượng nhỏ NO
giúp ion Fe2+ ổn định.
 F-: là chất hoạt hóa tốt, giúp tăng sự hình thành hạt nhân kết tinh, độ hạt
mịn, chống gỉ tốt. Khi làm việc ở nhiệt độ thường, ion F - rất cần thiết.

Nhưng khi hợp chất flo cao, làm việc ở nhiệt độ trung bình dễ sinh ra màng
trắng xốp, tuổi thọ dung dịch giảm.
 NO2-: ở nhiệt độ thường làm tăng tốc độ màng phosphate, giảm lỗ xốp, kết
tinh mịn, nâng cao độ bền chống gỉ. Nhưng nếu hàm lượng cao quá, dễ sinh
điểm trắng.
 P2O5 : làm tăng tốc độ tạo màng, làm lớp màng mịn. Nếu hàm lượng thấp
quá, độ mịn của màng và độ chống gỉ kém nhưng nếu cao quá, kết tinh
không đều, độ bám chắc giảm, dễ sinh điểm trắng.


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sơn điện di [1]
4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dày sơn điện ly
Độ dày của sơn điện di chỉ chủ yếu phụ thuộc vào điện thế: điện thế càng
cao lớp màng sơn càng dày.
Quan hệ giữa độ dày lớp sơn với thời gian sơn là: trong vài giây đầu, độ
dày càng tăng lên theo thời gian, nhưng khi thời gian đạt đến 90 giây, độ dày
không tăng lên nữa.
Ảnh hưởng của các nhân tố khác đến độ dày sơn điện di xem bảng 5.1
Bảng 3: Ảnh hưởng của các nhân tố khác đến độ dày sơn điện di
Nhân tố
Hàm lượng chất rắn trong nhựa
Nhiệt độ sơn điện di

Ảnh hưởng đến độ dày sơn điện di
Nếu hàm lượng cao, màng sơn dày
Nếu nhiệt độ cao sơn càng dày

Dẫn điện
Hàm lượng axit
Độ hạt nhựa

pH

(Nhiệt độ sơn điện di thường từ 23- 280C)
Nếu cao quá màng sơn dày
Nếu cao quá màng sơn mỏng
Nếu lớn quá sơn dày, thô
Nếu thấp quá sơn mỏng

4.2. Các sự cố và nguyên nhân xảy ra trong quá trình sơn điện di
Trong quá trình sơn điện di không tránh khỏi những sự cố xảy ra trong
quá trình. Sau đây là những sự cố và nguyên nhân xảy ra trong quá trình sơn
điện di xem bảng 5.2.
Bảng 4: Các sự cố và nguyên nhân xảy ra trong quá trình sơn điện di
Sự cố
Châm kim

Nguyên nhân
Hàm lượng dung môi thấp.
Lượng axit quá cao.
Hàm lượng chất rắn thấp.

Chỗ không mạ

Sấy gia nhiệt nhanh.
Thuốc đánh bóng chưa làm sạch.

Màu cầu vồng
Đóng cục

Chi tiết có dầu.

Lớp sơn mỏng.
Lớp sơn quá dày.
Hàm lượng dung môi thấp.


Trong buồng sấy không khí không đủ hoặc đối
Sắp xếp không có quy luật
Bong
Độ cứng không đủ

lưu không tốt.
Xử lý trước khi sơn khồng tốt
Dung môi nhiều
Thời gian sấy không đủ, hoặc khồng đạt đến độ
sấy.

PHẦN 3: ỨNG DỤNG VÀ QUY MÔ CÔNG NGHỆ TRÊN THỊ TRƯỜNG
1. Ứng dụng
Sơn điện ly là công nghệ bảo vệ bề mặt tiên tiến. Có thể sử dụng trên tất
cả các bề mặt dẫn điện. Tạo ra lớp bảo vệ có độ cứng, khả năng chống mòn và
khả năng kháng axit rất cao.


Hình 5: Một số sản phẩm từ công nghệ sơn điện ly
Sơn điện ly được ứng dụng nhiều nhất trong sơn lót ô tô với số lượng lớn
trên dây truyền tự động..
Lớp sơn điện ly có tác dụng chống ăn mòn rất tốt và là lớp sơn đầu tiên
trong số một vài lớp phủ trên thân cũng như các chi tiết xe ôtô. Do vậy, sản
phẩm xe ôtô của hãng xe nổi tiếng thế giới audi có thời gian bảo hành hai năm
nhưng riêng nước sơn được bảo hành với thời hạn tới 10 năm.

2. Quy mô thị trường và hạn chế của công nghệ
2.1. Quy mô thị trường
Quy mô thị trường sơn điện ly phụ thuộc chủ yếu vào sản lượng các loại
xe ô tô mới như xe chở khách, xe thương mại, các thiết bị xây dựng công suất
cao, các thiết bị nông nghiệp. Do hiệu quả hơn trội, chi phí sản xuất thấp và có
khả năng đáp ứng các yêu cầu chặt chẽ về bảo vệ môi trường nên sơn điện ly
luôn có nhu cầu cao từ các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp như sản xuất xe ô tô,
dụng cụ thiết bị, xây dựng, nội thất.
2.2. Hạn chế của công nghệ
Công nghệ sơn điện ly có nhiều ưu điểm và được ứng dụng lớn trong công
nghiệp. Nhưng nó vẫn tồn tại điểm hạn chế, trong đó hạn chế lớn cho sự phát
triển rộng khắp của công nghệ sơn điện ly là chi phí vốn đầu tư cao. Đầu tư cho


một dây chuyền sơn điện ly ở những hãng xe ô tô lớn trên thế giới có thể lên tới
hàng trăm triệu USD.

TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 1: So sánh giữa hai loại sơn điện di và sơn tĩnh điện?
Giống nhau

Sơn tĩnh điện
Sơn điện di
Đều là quá trình dưới sự tác dụng của điện
trường hạt nhựa hữu cơ mang điện nào đó kết của
trên bề mặt.


Loại sơn

Có 2 loại là sơn điện

tĩnh điện khô và công nghệ

di catot và sơn điện di

sơn tĩnh điện ướt.
anot.
Nhựa ,bột màu,chất phụ gia. Dung môi ,nhựa ,chất

Khác
nhau

Có 2 loại là công nghệ sơn

Thành phần

chông keo tụ,chất xúc

chính

tác ,chất nhũ hóa
,chất hoạt động bề

Cơ chế

Sơn tĩnh điện là sơn khô vì

mặt ,ion cân bằng.
Sơn điện di là dung

tính chất phủ ở dạng bột của

dịch keo

nó và khi sử dụng nó sẽ

Sơn điện di catot các

được tích một điện tích (+)

dung dịch keo điện

khi đi qua một thiết bị được

di catot mang điện

gọi là súng sơn tĩnh điện,

tích (+) dưới tác

đồng thời vật sơn cũng sẽ

dụng của điện trường

được tích một điện tích (-)

chuyển động về phía

để tạo ra hiệu ứng bám dính

catot vật treo ở catot.

giữa bột sơn và vật sơn.

Sơn điện di anot các
dung dịch keo mang
điện tích (-) dưới tác
động của từ trường di
động về phía anot vật

Thiết bị dùng

Thiết bị chính là súng phun

treo ở anot.
Dùng bể mạ có chứa

để sơn

và bộ điều khiển tự động ,

các dung dịch keo

các thiết bị khác như buồng

điện di để có thể

phun sơn và thu hồi bột sơn.

nhúng ngập vật cần

sơn tĩnh điện có thể sơn lên

mạ.
Chỉ có thể dùng sơn

rất nhiều vật liệu khác nhau

các vật dẫn điện và

(không cần phải là chất dẫn

chỉ được dùng để sơn

ứng dụng