静电粉末喷涂设备工艺喷涂过程中的法拉第笼效应

静电粉末喷涂设备工艺喷涂过程中的法拉第笼效应

对静电喷涂过程中法拉第笼效应最直接、最方便的理解就是涂料在静电喷涂过程中很难喷入到具有深凹状工件（复杂的表面几何形状）的深凹处。静电喷涂过程中的法拉第笼效应与电磁波不能到达一个几近封闭的或封闭的金属框架内是十分相似的，如果你在一个封闭的金属框架内放置一个无线电收音机，将会发现无线电收音机收不到任何无线电信号，这就如同静电喷涂过程中电力线不能进入深凹的工件内是一样的。

从前几篇文章中我们已知粉末粒子要是受到电场力的作用，电力线的方向是电场力的方向。如果电力线不能进入被喷工件深凹处，则粉末粒子进入工件深凹处也就缺少了一个重要的推动力。下面我们对静电喷涂过程中的法拉第笼效应给出较为详细的分析与理解。

根据前述，我们知道在喷枪与工件之间存在着一个由带负电粉粒与带负电的自由粒子组成的云团，在这样一个云团势必会产生一定的电场，就像雷雨的云团与地面之间会产生电场一样（它会导致雷鸣电闪）。带电粉粒与自由离子所形成的云团与接地工件之间也产生电场，通常称之为空间电荷电场，如图7所示。因此，在常规电晕放电系统中，紧邻工件表面的电场是由喷枪充电电极所产生的电场和空间电荷云团的电场所组成。这两个电场的结合与气动力一起促使粉末沉积到接地工件上，达成高上粉率的效果。

当高速度的输送带输送并涂装大平面的工件时，由常规电晕放电系统产生的强电场的良性效应最为明显。但是，在某些喷涂场合，电晕放电系统的强电场也会有负面的效应。其中一个重要的负面效应就是在喷涂具有深凹部位及沟槽的工件时的法拉第笼效应，如图8所示。

当工件表面有深凹或沟槽时，电力线会集中到具有最低电场阻力之处（即这些凹陷部位的边缘处），而这些边缘处场强的增加，直接导致粉末粒子朝这些边缘处运动，因此，这些地方的粉末沉积明显加强，而涂层也增厚得很快，遗憾的是，伴随这一现象的有两个负面的效应。其一，由于粉粒被电场强力地推向法拉第笼的边缘，因而只有很少的粉粒有机会进入凹陷部位。其二，由电晕放电产生的自由粒子会沿电力线走向工件的边缘处，使已有的涂层迅速被多余的电荷所饱和，以致使反向离子化十分迅速和强烈。

前文已经讲到，粉粒是通过输粉的气动力和电场力的输运被涂到工件上，这过程中的电场力必须要有足够强的电场才能做到。图7表明，无论是喷枪电极产生的电场，还是喷枪与工件间粉粒与自由离子形成的“云团”的电场都不能深入到深凹处内（法拉第笼内），因此，能帮助深入喷到深凹部位里面的唯一可能助力就是在深凹部位里由气流传送的粉粒“云团”所产生的电场，如图9所示。

如果深凹或沟槽很窄，其边缘迅速发展的逆向离子化将会产生带正电荷的离子，而力图穿过沟槽边缘沉积到沟槽底部的粉粒子就会被这些离子降低带电量。因此，由气流推动到槽底部的粉粒与自由离子所形成的云团电场就无法产生出足够强的电力来克服空气紊流并使粉末吸附在工件表面。

以上的叙述集中反映出了这样一个令人堪忧的问题，电场的构形以及电力线在深凹部位之边缘处集中的现象并不是唯一的难题，如果这是唯一难题的话，则可通过用足够长的时间来喷凹陷部位便可解决问题了。

因为从逻辑上去推断，当边缘处涂上厚厚的粉末层，其它粉粒便不能再在该处沉积时，唯一的去处就只能是进入深凹的底部。然而令人遗憾的是，由于（或部分地由于）反向电离化的缘故，真实情况并非如此。无数实践例子说明，这种情况是由于凹陷的几何形状及空气紊流的问题，更经常的是由于反向电离化所致。