汽车涂装中的色差

张光银1， 吴 琼2
（1.北汽（镇江）汽车有限公司， 江苏 镇江 212121；2.奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

摘要： 主要阐述了色差的基础知识、测量设备、评判标准、影响因素及车身油漆色差的控制方法。本文从材料、施工参数、输漆系统的角度分析了影响色差的因素，找出最佳的施工组合，更好地控制色差。
关键词： 色差； 影响因素； 色差控制； 评判标准

0　引言
随着汽车档次的逐渐提高，保险杠、门把手、后视镜与整车油漆之间的颜色要求越来越严格。汽车外观颜色的和谐统一，已成为顾客最基本的要求。为实现各个塑料件与车身之间的颜色一致，汽车制造商和油漆供应商已把如何控制色差作为共同的课题。
色差的控制与油漆材料、涂装工艺、调漆及施工方法、工艺设备等都有一定的联系。目前大多数汽车厂基本上采用仪器测量与目视相结合的方法来控制色差。要求油漆车身与塑料外饰件之间无论是色差数据值还是目测对比都应基本一致。普遍采用色差仪进行色差数据测量，并依据制定的标准来判定色差是否在标准规定的范围之内。
生产过程中色差的控制与油漆材料、涂装工艺、调漆及施工方法、工艺设备等都有一定的关系。本文从以下几方面探讨汽车涂装中的色差控制。
1　颜色基本理论
光线投射在视网膜上后，形成某种信息，大脑对这种信息进行辨认，产生一种生理感觉，就是通常所称的“颜色”，它主要有3个重要特性：色调、明度和彩度。色调，又称色相，它取决于光源的光谱组成以及物体表面对各种波长可见光的反射比例，是表示物体的颜色在“质”的方面的特性。如：红630 ~ 760 nm；橙600 ~ 630 nm；黄570 ~ 600 nm；绿500 ~ 570 nm；青450 ~500 nm；蓝430 ~ 450 nm；紫400 ~ 430 nm。明度，又称明暗度，它是人眼对物体反射光强度的感觉，是表示物体颜色在“量”方面的特性。明度与光源亮度有对应关系，光源亮度愈高，则观察到的颜色明度也愈高。彩度，又称饱和度，它表示颜色是否饱和纯洁的一种特性。物体反射出的光线的单色性越强，物体颜色的彩度值越高。掺入白光成分愈多，就愈不饱和。白色、灰色和黑色等无彩颜色的饱和度最低。色调、明度、彩度示意见图1 ~ 3。如果2个颜色的色调、明度和彩度完全相同，这2个颜色就完全相同。


2　涂料颜色色差的度量
涂料颜色的定量度量一般采用国际照明委员会CIE标准色度系统。它按照色度学规定和测色方法定量度量颜色。CIE标准色度系统是一种混色系统，是基于每一种颜色都能用3个选定的原色（红绿蓝三原色）按适当比例混合而成的原理建立起来的，有3种度量方式。
2.1　CIELab 色差度量方式
CIELab 色差度量方式是指涂料颜色采用L、a、b值定量度量。L表示明度值；a表示红/绿值；b表示黄/蓝值。图4 ~ 5是一个CIELab 三维颜色空间，在此空间可以看到所有颜色的位置及（L、a、b）坐标。


CIELab 色差公式以标准为中心,分别测量L、a、b值的偏差，找出色差产生的原因。
ΔL=L（实测）-L（标准板）：表示明度差异。ΔL偏差为正时，实测明暗度偏浅；ΔL偏差为负时，实测明暗度偏深。
Δa=a（实测）-b（标准板）：表示红绿差异。Δa偏差为正时，实测偏红；Δa偏差为负时，实测偏绿。
Δb=b（实测）-b（标准板）：表示黄蓝差异。Δb偏差为正时，实测偏黄；Δb偏差为负时，实测偏蓝。
CIELab 色差公式：ΔE=[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2，Δ表示差值，ΔE为总色差值。
从CIELab 色差公式看出，其度量方式由明度、红绿色调、黄蓝色调3个数值决定。
2.2　CIELCH色差度量方式
CIELCH色差度量方式是指涂料颜色采用L、C、H值定量度量。L （Lightness）表示明度值；C（Chroma）表示彩度值；H （Hue）表示色调值。明度值与CIELab 度量方式相同。C、H与a、b值的关系是：C=（a2+b2）1/2；H=arctan（b/a）。见图6。


CIELCH以标准为中心，分别测量L、a、b、C、H的偏差，找出色差产生的原因。
ΔL=L（实测）-L（标准）：表示明度差异。ΔL偏差为正时，实测明暗度偏浅；ΔL偏差为负，实测明暗度偏深。
ΔC=C（实测）-C（标准）：表示饱和度差异。ΔC偏差为正，实测偏鲜；ΔC偏差为负，实测偏土。
ΔH=[（ΔEab）2-（ΔL）2-（ΔC）2]1/2 表示色调差异。ΔH偏差为正，实测偏逆时针方向色调；ΔH偏差为负，偏顺时针方向色调。
从CIELCH色差公式看出，其度量由明度、彩度、色调3个数值决定，式中包含明度、彩度、色调3个因素。当该颜色的彩度C ＞ 10或L在27左右，C ＞ 18时，我们认为该颜色是鲜艳颜色，一般采用CIELCH 色差公式。
2.3　CMC色差度量方式
在Lab、LCH体系中，任一点的容差大小是相同的。由于人眼对各种颜色的敏感度不完全相同，有时并不能完全反映真实的视觉效果。为把人眼对颜色的感受特点考虑进去，德国大众在大量试验和实践的基础上，采用了CMC色差度量方式。公式如下：
ΔEcmc=[（ΔL/SL）2+（Δa/Sa）2+(Δb/Sb)2]1/2 ⑴
ΔEcmc=[（ΔL/SL）2+（ΔC/SC）2+（ΔH/SH）2]1/2 ⑵
式⑴是基于Lab的CMC公式，其中SL、Sa、Sb表示ΔL、Δa、Δb的修正系数；式⑵是基于LCH的cmc公式，SL 、SC、SH表示ΔL、ΔC、ΔH的修正系数。目前全世界车身油漆色差的修正系数无统一的标准，各汽车制造厂家根据自身的经验进行控制。
上述公式是在CMC（L ∶ C）色差公式的基础上演变而来的，但和CMC（L ∶ C）色差公式并不完全相同，CMC（L ∶ C）色差公式是McDonald用8个专业人士的视觉判断试验来决定颜色配对是否可被接受，后来据此结果再演译成上述公式，并被命名为CMC（L ∶ C）（Colour Measurement Committee of the Society of Dyers and Colourists），主要是针对明度和彩度做了权重的估算。
使用ΔEcmc公式，先根据产品的种类，设定公式内的L和C两个常数。若设定为L ∶ C=2 ∶ 1，则其ΔEcmc的误差范围会较L ∶ C=1.4 ∶ 1.0宽松。
由于考虑了人眼对颜色的感受，人眼对不同的颜色有不同的敏感程度，而在此评价体系中不同的颜色有不同的容差系数，因此该评价方式更为精确，如图7所示。它是用椭圆作为视觉对色差的范围，根据其在颜色空间中大小不同的型状，得出较人眼接近的结果，因而许多工业认为CMC对色差的表示方法比其他表示方法更精确。

人眼评色与各容差方法的接近程度，目前一般认为：CIELab为 75% ； CIELCH为 85%； CMC（2∶1）为 95%。
3　色差度量中使用的光源
由于存在同色异谱现象（物体处在不同光源的照明下，它的颜色会有差异），为了统一测量标准，CIE规定了标准光源。
Δ65光源：它是以日光灯为代表的CIE标准光源，以日光的真实测量光谱为依据，色温为6 504 K。它是一种常用的色差度量照明体。
A光源：它是以白炽灯为代表的CIE标准光源，以黄、橙色的真实测量光谱为依据，色温为2 856 K。
F光源：它是以萤光灯为代表的CIE标准光源。F2代表冷白萤光灯，色温4 200 K；F7代表宽频日光萤光灯，色温6 500 K；F11代表窄频白萤光灯，色温4 200 K。
4　用于定量度量色差的测色仪
以某汽车公司使用的爱色丽测色仪（型号：MA86）说明。
1）测量照射光源：Δ65日光光源（即北半球日光，色温为6 500 K）
2）色侧仪观察角度：15°、25°、45°、75°、110°共5个角度，见图8。

其测色原理为：Δ65日光光源，通过单色器照射在被测样本上，反射光通过光电管，将光信号换成电信号，通过放大器将电信号放大，并经过电流计测量其电流强度，从而实现对被测样本反射光即颜色绝对值的测量，见图9。

3）仪器校正
MA68色差仪出厂配备2块校正板，白板（100％反射光），黑板（0反射光），每套仪器的白板及黑板为该仪器配套专用，每天使用前校正1次。
本色漆：本色漆中的颜料排列均匀致密，颗粒细小，各角度反射光均匀，故本色漆色差只计算45°反射光。见图10。

金属漆（包括珠光漆）：金属漆颜料中含有铝粉、珠光粉等金属粉，金属粉要比本色漆中的颜料颗粒大很多，且在油漆树脂中具有定向性排列。金属漆中铝粉、珠光粉的含量及其颗粒大小对色差有较大影响，金属铝粉的排列定向性，使各角度反射光值差异较大。所以，金属漆色差计算15°、25°、45°、75°、110°等5个角度反射光，见图11。

在实际使用中，由于测量车身色差的数据较多，计算比较繁琐，为了测量及计算方便，很多汽车厂家金属漆色差只测量及计算25°、45°、75° 3个角度反射光数值。
4）测色仪的使用
测色仪中通常装有色差软件系统，先将标准色板测量值存入测色仪中的内存储器中，测量色差时，测色仪应用上述色差计算原理，自动将被测件各个角度数据与内存储器中的标准色板数据进行比较，并计算出颜色相对偏差，评价分析。
测色仪的使用不仅为汽车生产厂家及外协配套厂家评价色差提供准确数据，还为油漆材料厂家、材料批次、颜色质量控制及调整提供依据。
5　色差评价标准
色差评价在行业内有一个通用标准，见表1。

汽车生产厂家通常根据自己所生产的汽车颜色系的情况在这个通用标准的基础上制定自己的企业标准。一般所制定的企业标准要比通用标准内容更具体更实用。表2是某汽车生产厂家制定的关于色差控制范围的企业标准。
表2中，ΔE1是指车身与油漆零部件之间的色差控制范围，供整车色差评价；ΔE2及ΔL、Δa、Δb指车身或油漆零部件与标准色板之间的色差控制范围，供涂装单位作为色差评价。
这里的评价主要是目视和仪器测量2种方式，所以，只对45°规定了色差控制范围。
6　影响车身色差的因素
6.1　油漆材料批次对车身色差的影响
颜料主要影响色相，金属粉的大小及含量影响色差的明暗度，金属粉越大，含量越高，则明度越高。油漆供应商根据标准颜色样板制备相应的油漆材料，材料自身颜色差异，特别是油漆批次之间的颜色差异，是影响车身色差的主要因素。油漆材料主要影响Δa、Δb值，在现场很难通过调整施工参数使其有较大的改变。
因此，只有控制油漆材料每批次色差不超出标准色板的允许偏差范围，才能保证车身及外协件的色差稳定，不产生较大颜色偏差。
6.2　油漆材料遮盖力对车身色差的影响
油漆遮盖力低，就要适当增加喷涂膜厚，否则油漆不能完全遮盖底材，漆膜外观将产生发花、色差等弊病。以某汽车生产厂家喷涂绅雅灰金属漆为例说明遮盖力与膜厚的关系，见图12。
绅雅灰是该厂家的一种新颜色，其遮盖力膜厚是：BC1 8 ~ 10 μm、BC2 4 ~ 5 μm、BC总膜厚12 ~ 15 μm。从图12可看出：膜厚达到遮盖力膜厚，即12 ~ 15 μm时，色差ΔE值在0 ~ 1.4范围之内，越靠近绿色线，色差ΔE值越小，色差越稳定，不再有较大波动。
6.3　施工参数对车身色差的影响
在采用静电喷涂法涂装时，通常采用高转速杯式自动静电喷涂机（ESTA）和自动空气喷涂机（spraymate）相配合进行。膜厚分配，ESTA 喷涂膜厚为金属底色漆总膜厚的60% ~ 70 %，Spraymate喷涂的膜厚为金属底色漆总膜厚的30% ~ 40％，每种金属闪光色底色漆的喷涂膜厚比例都不同，需在实践中找出最佳配比。底色漆的膜厚和ESTA 与Spraymate 的喷涂膜厚比对色差值有影响。
某汽车生产厂家喷涂金属漆绅雅灰时，色漆站采用ESTA BC1（静电旋杯）+AIR BC2（空气旋杯）相结合的喷涂方式。BC1采用静电喷涂，BC2采用空气喷涂（如BC2采用静电喷涂，则影响金属漆中的铝粉排列，L值较小，颜色看起来比较暗）。
在实际生产过程中，可通过调整施工参数优化色差值，一定范围内解决色差问题。如提高ESTA BC1枪站油漆的流量就可提高色漆的L值，外观看起来较亮，但油漆浪费较多。提高ESTA BC2枪站的油漆流量，油漆雾化程度变粗，降低了色漆的L值，外观看起来明度较低。其他参数对色差的影响见表3。
另外，还有其他油漆施工参数如黏度、助剂等，对色差值也有一定影响，但不明显。
6.4　循环输漆系统对车身色差影响
油漆输漆系统中的流速：色漆在输漆系统中的流速对颜色有较大影响，特别是某些高铝粉含量的色漆。如果流速过低，铝粉易沉降，从而在短期内对颜色有较大影响。正常情况下，油漆在供漆管路中流速为0.3 ~ 0.5 m/s。
输漆系统的清洁状态：随着颜色品种的日益增加，输漆系统有时需清洗换色。如果输漆系统清洗不干净，系统中如管壁或阀门内残留的油漆混入新加的油漆中，对新油漆的颜色产生较大影响。
循环输漆系统中的油漆，特别是金属漆，由于产量很小，长期不使用，偶尔使用一次，对车身的色差产生很大影响。
如，某汽车生产厂家绅雅灰金属漆，由于此颜色的车产量很小，此油漆在管路系统中循环时间过长（约45d），导致铝粉破碎变形，明度降低，颜色偏深，见表4，所列表中|ΔL|标准≤1.3；|Δa|标准≤0.5；|Δb|标准≤0.5；ΔE标准≤1.5。从表4中可以看出：金属漆绅雅灰在循环输漆系统中循环时间过长，主要是由于其明度值降低导致颜色发生偏差。
7　车身油漆色差的控制方法
7.1　材料管理
编制《涂装车间车身色差控制流程》，确定各个部门的职责。
涂装车间的职责是：1）负责油漆车身颜色稳定性
控制；2）负责同批次油漆车身间色差的控制；3）负责色差日常测量工作，掌握颜色的变化趋势，并负责车间内部油漆车身色差的判断，追溯及隔离；4）负责不同批次件色板的审批及发放；5）严格执行油漆材料先进先出
原则，避免材料超过有效期发生色差。
油漆供应商的职责是：1）负责不同批次油漆色差控制；2）负责根据车身颜色对塑料件颜色进行及时必要的调整；3）负责配合车间对油漆车身色差控制与管理；4）控制好每批色漆的色差，避免色差不合格的油漆进入生产线。
7.2　施工参数管理
油漆供应商及车间工艺员需对施工参数进行日常维护及管理，主要有：1）如对喷漆室温度、湿度进行实时监控，发现问题及时调整；2）对自动喷涂机的整形空气、流量、旋杯转速、电压进行实时监控、有色差问题及时调整；3）严格控制烘干炉的温度在工艺范围之内。
7.3　输漆系统的管理
输漆系统管理主要有以下几个方面：
1）输漆系统压力管理。输漆系统压力主要包括供漆管路压力和回漆管路压力，每日点检一次，发现压力异常及时调整，避免造成重大损失。
2）油漆黏度管理。根据温黏曲线，严格控制施工材料的黏度，以保证膜厚的稳定性。
3）日常注意事项。如连休时应将涂料液位降至最低，生产前测定涂料各项指标合格后才能生产；定期检查输漆系统的运行状态等。
8　结语
色差问题是个非常复杂的问题，涉及的因素很多，因现场施工条件不同，处理的方式也存在差异。在众多汽车制造商力推色彩营销战略，充分展现人性化特殊颜色的市场魅力的今天，色差控制显得更为重要。如何有效地控制色差，已成为各汽车制造商关注的热点课题，还需要我们在以后的生产过程中，不断探索和分析，积累经验，形成完整的色差控制理论。

（详情见《现代涂料与涂装》2016-7）


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