靜電粉末噴涂設(shè)備工藝噴涂過程中的法拉第籠效應(yīng)

對靜電噴涂過程中法拉第籠效應(yīng)最直接、最方便的理解就是涂料在靜電噴涂過程中很難噴入到具有深凹狀工件（復(fù)雜的表面幾何形狀）的深凹處。靜電噴涂過程中的法拉第籠效應(yīng)與電磁波不能到達(dá)一個(gè)幾近封閉的或封閉的金屬框架內(nèi)是十分相似的，如果你在一個(gè)封閉的金屬框架內(nèi)放置一個(gè)無線電收音機(jī)，將會發(fā)現(xiàn)無線電收音機(jī)收不到任何無線電信號，這就如同靜電噴涂過程中電力線不能進(jìn)入深凹的工件內(nèi)是一樣的。

從前幾篇文章中我們已知粉末粒子要是受到電場力的作用，電力線的方向是電場力的方向。如果電力線不能進(jìn)入被噴工件深凹處，則粉末粒子進(jìn)入工件深凹處也就缺少了一個(gè)重要的推動力。下面我們對靜電噴涂過程中的法拉第籠效應(yīng)給出較為詳細(xì)的分析與理解。

根據(jù)前述，我們知道在噴槍與工件之間存在著一個(gè)由帶負(fù)電粉粒與帶負(fù)電的自由粒子組成的云團(tuán)，在這樣一個(gè)云團(tuán)勢必會產(chǎn)生一定的電場，就像雷雨的云團(tuán)與地面之間會產(chǎn)生電場一樣（它會導(dǎo)致雷鳴電閃）。帶電粉粒與自由離子所形成的云團(tuán)與接地工件之間也產(chǎn)生電場，通常稱之為空間電荷電場，如圖7所示。因此，在常規(guī)電暈放電系統(tǒng)中，緊鄰工件表面的電場是由噴槍充電電極所產(chǎn)生的電場和空間電荷云團(tuán)的電場所組成。這兩個(gè)電場的結(jié)合與氣動力一起促使粉末沉積到接地工件上，達(dá)成高上粉率的效果。

當(dāng)高速度的輸送帶輸送并涂裝大平面的工件時(shí)，由常規(guī)電暈放電系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)電場的良性效應(yīng)最為明顯。但是，在某些噴涂場合，電暈放電系統(tǒng)的強(qiáng)電場也會有負(fù)面的效應(yīng)。其中一個(gè)重要的負(fù)面效應(yīng)就是在噴涂具有深凹部位及溝槽的工件時(shí)的法拉第籠效應(yīng)，如圖8所示。

當(dāng)工件表面有深凹或溝槽時(shí)，電力線會集中到具有最低電場阻力之處（即這些凹陷部位的邊緣處），而這些邊緣處場強(qiáng)的增加，直接導(dǎo)致粉末粒子朝這些邊緣處運(yùn)動，因此，這些地方的粉末沉積明顯加強(qiáng)，而涂層也增厚得很快，遺憾的是，伴隨這一現(xiàn)象的有兩個(gè)負(fù)面的效應(yīng)。其一，由于粉粒被電場強(qiáng)力地推向法拉第籠的邊緣，因而只有很少的粉粒有機(jī)會進(jìn)入凹陷部位。其二，由電暈放電產(chǎn)生的自由粒子會沿電力線走向工件的邊緣處，使已有的涂層迅速被多余的電荷所飽和，以致使反向離子化十分迅速和強(qiáng)烈。

前文已經(jīng)講到，粉粒是通過輸粉的氣動力和電場力的輸運(yùn)被涂到工件上，這過程中的電場力必須要有足夠強(qiáng)的電場才能做到。圖7表明，無論是噴槍電極產(chǎn)生的電場，還是噴槍與工件間粉粒與自由離子形成的“云團(tuán)”的電場都不能深入到深凹處內(nèi)（法拉第籠內(nèi)），因此，能幫助深入噴到深凹部位里面的唯一可能助力就是在深凹部位里由氣流傳送的粉粒“云團(tuán)”所產(chǎn)生的電場，如圖9所示。

如果深凹或溝槽很窄，其邊緣迅速發(fā)展的逆向離子化將會產(chǎn)生帶正電荷的離子，而力圖穿過溝槽邊緣沉積到溝槽底部的粉粒子就會被這些離子降低帶電量。因此，由氣流推動到槽底部的粉粒與自由離子所形成的云團(tuán)電場就無法產(chǎn)生出足夠強(qiáng)的電力來克服空氣紊流并使粉末吸附在工件表面。

以上的敘述集中反映出了這樣一個(gè)令人堪憂的問題，電場的構(gòu)形以及電力線在深凹部位之邊緣處集中的現(xiàn)象并不是唯一的難題，如果這是唯一難題的話，則可通過用足夠長的時(shí)間來噴凹陷部位便可解決問題了。

因?yàn)閺倪壿嬌先ネ茢?，?dāng)邊緣處涂上厚厚的粉末層，其它粉粒便不能再在該處沉積時(shí)，唯一的去處就只能是進(jìn)入深凹的底部。然而令人遺憾的是，由于（或部分地由于）反向電離化的緣故，真實(shí)情況并非如此。無數(shù)實(shí)踐例子說明，這種情況是由于凹陷的幾何形狀及空氣紊流的問題，更經(jīng)常的是由于反向電離化所致。