Подготовка поверхности

Подготовка поверхности — начальная стадия процесса получения покрытия — в значительной степени определяет коррозионную стойкость окрашенных изделий и, соответственно, долговечность покрытия. При нанесении ПК по плохо подготовленной поверхности (зажиренной, имеющей окалину, ржавчину и т.п.) наблюдается быстрое отслаивание покрытия как на небольших участках, так и по всей поверхности. Наличие загрязнений на поверхности под слоем ПК может приводить к возникновению многочисленных очагов коррозии и последующему разрушению покрытия, а так же состояние поверхности и материала изделия в значительной степени  влияют на появление дефектов: остатки масляной пленки при плохом обезжиривании дают участки покрытия с плохой адгезией; остатки химикатов, т.е. плохо отмытые после подготовки поверхности, остатки воды на поверхности, плохо высушенной после промывки, могут проявиться в виде проколов, местного изменения цвета. Раковины в литых изделиях, глухие отверстия или глубокие щели в местах соединений отдельных частей изделия могут вызвать, при выходе из них нагревающегося воздуха или газов термодеструкции, оставшегося от подготовки поверхности вещества, образование пузырей, мест с большим количеством пор, отслоений и т. д. 

Из всего многообразия встречающихся загрязнений, подлежащих удалению с поверхности, можно выделить следующие:

органические загрязнения — антикоррозионные смазки и смазочные масла, в состав которых входят минеральные масла, вазелин, нефтяной воск, парафины, жирные кислоты, канифоль, древесные смолы и др.;

неорганические загрязнения — нагары и окислы, образующиеся в результате операций предварительной обработки, окалина, ржавчина, металлическая стружка и другие крупные и мелкие неорганические частицы, смешанные со смазкой, остающейся после механической обработки и др.;

смешанные загрязнения — смазки, применяемые при обработке металлов давлением, специальные смазки и эмульсионные композиции, в состав которых входят различные пигменты в виде тонкоизмельченных порошков и т.п.;

Поверхность изделий, подготовленных к окраске

• Поверхность изделий не должна иметь заусенцев, острых кромок (радиусом менее 0,3 мм), сварочных брызг, наплывов пайки, прожогов, остатков флюса (поверхность литых изделий не должна иметь неметаллических макровключений, пригаров, нарушений сплошности металлов в виде раковин, трещин, спаев, неровностей и т. п.);

• Должна быть сухой, обеспыленной, без загрязнений маслами или смазками, не иметь окалины и следов ржавчины, а также налетов вторичной ржавчины, образующейся в процессе обработки изделий из черных металлов. 

•  При удалении загрязнений с поверхности изделий особенно важен выбор наиболее эффективного метода обработки и составов, применяемых для этой цели. Они определяются:

  - Материалом обрабатываемой поверхности;
  - Видом и степенью загрязнения;
  -Требованиями к условиям и срокам эксплуатации. В зависимости от производственных условий, размеров изделий, их количества обработка поверхности химическими методами может производиться погружением изделий в ванну с раствором или подачей на них раствора под давлением через специальные форсунки (струйная обработка). В последнем случае эффективность обработки повышается, так как к физико-химическому воздействию на обрабатываемую поверхность добавляется механическое; при этом к поверхности непрерывно подается незагрязненный раствор.

Удаление окисных пленок

Для удаления окислов — окалины, ржавчины, окисных пленок — могут быть использованы абразивная очистка (дробеструйная, дробеметная, механическая) и химическая очистка (травление).

Абразивная очистка осуществляется с помощью частиц абразивного материала (песка, дроби), подающихся на поверхность с большой скоростью в струе сжатого воздуха или за счет действия центробежных сил. Частицы абразива, ударяясь о поверхность, откалывают от нее небольшие кусочки металла вместе с окалиной, ржавчиной, окисным пленками и другими загрязнениями. При этом обеспечивается высокое качество очистки практически от всех загрязнений. Абразивная очистка обеспечивает равномерную шероховатость, что способствует повышению адгезии покрытия.

Выбор абразива зависит от размеров и формы обрабатываемых изделий, их материала, вида удаляемого загрязнения. Очистку можно производить, используя гранулы (дробь, песок) стальные, чугунные, стеклянные, окись алюминия, карбид кремния (корунд), скорлупу орехов и косточковых плодов и др.

Металлический песок (дробь) должен быть из того же материала или материала, близкого по электрохимической характеристике к материалу очищаемой поверхности. В противном случае частицы абразива, остающиеся на поверхности, могут быть причиной преждевременного появления под слоем покрытия очагов коррозии. После обработки поверхности любыми абразивными материалами ее необходимо обдувать очищенным воздухом.

Для дробеструйной (дробеметной) очистки поверхности черных металлов применяют металлический песок (дробь чугунную или литую, стальную колотую или литую, стальную рубленую размером 0,3; 0,5; 0,8 мм и больше.

К недостаткам абразивной очистки можно отнести невозможность ее применения для изделий, толщина стенок которых меньше 3 мм, изделий сложной конфигурации, низкую производительность обработки. Неправильно подобранный абразивный материал, обработка излишне крупной дробью могут приводить к большой шероховатости, которую будет трудно сгладить слоем покрытия и получить требуемый внешний вид.

Травление — удаление с поверхности изделий естественных окисных пленок, окалины, ржавчины с помощью травильных растворов: на основе серной, соляной, фосфорной, азотной кислоты, едкого натра. Для достижения равномерного травления по всей поверхности в травильные растворы вводят различные добавки-ингибиторы, которые тормозят растворение уже очищенных участков поверхности, не влияя на скорость удаления оксидов. Ингибиторы выбирают применительно к определенным травильным растворам.

Достоинствами химической очистки являются большая производительность, простота применяемого оборудования и проведения процесса, возможность обработки изделий любой толщины, сложной конфигурации. К недостаткам относятся необходимость тщательной отмывки поверхности от остатков травильных растворов, для чего требуется больше промывной водопроводной воды; необходимость специальных очистных сооружений для нейтрализации или регенерации отходов.

Конверсионные покрытия

Для улучшения защитных свойств и удлинения срока службы, особенно при эксплуатации изделий в атмосферных условиях, в подготовку поверхности перед нанесением ПК рекомендуется включать дополнительные операции: фосфатирование (преимущественно для стальных и оцинкованных поверхностей), хроматирование (для алюминия и его сплавов).

Фосфатирование — получение на металлической поверхности пленки из труднорастворимых фосфорнокисных солей. Фосфатные пленки, обладая низкой электропроводностью, увеличивают адгезию покрытия и препятствуют распространению подпленочной коррозии. В зависимости от состава фосфатирующего раствора на металлической поверхности образуются фосфаты с четко выраженной кристаллической решеткой (цинко-фосфатное покрытие) либо аморфные фосфаты (железо-фосфатное покрытие).

Цинкофосфатные покрытия обладают улучшенными защитными свойствами, но их получение связано с чувствительностью процесса к колебанию температуры ванны, шламообразованием, необходимостью частого контроля кислотности ванны. Под ПК рекомендуется использовать составы, позволяющие получать тонкослойные цинкофосфатные покрытия (1,0—1,5 г/м²).

Железофосфатные покрытия, получают при обработке поверхности фосфатным раствором щелочного металла (фосфата натрия). При малой толщине они имеют худшие защитные свойства, но процесс их получения значительно проще.

Фосфатирующие составы, применяют для одновременного обезжиривания и фосфатирования изделий перед нанесением ПК. Для обработки составами могут быть использованы агрегаты, состоящие из двух зон (обезжиривание - фосфатирование - промывка), трех зон (добавляется зона пассивирования) и четырех зон (обезжиривание и фосфатирование производится дважды в первой и второй зоне).

Обработка поверхности производится разбрызгиванием при 50—60°С в течение 2—5 мин. При сильной засиренности металла время обработки может быть увеличено до 7—10 мин.

Для поддержания параметров фосфатирования в требуемых пределах необходимо периодически производить корректировку фосфатирующих растворов добавлением в них небольших количеств концентрата.

Завершающей стадией фосфатирования является промывка и пассивирование. Качество промывки определяется свойствами промывной воды [жесткостью, наличием ионов (С1-), (SO⁴")²"] и интенсивностью облива. Средний расход воды для отмывки поверхности составляет 25 л/м².

Хроматирование — обработка поверхности изделий из алюминия и его сплавов растворами хромового ангидрида с целью получения аморфного хроматного слоя, повышающего адгезию и долговечность покрытия.

Хроматирование проводят при 20—30°С в течение 5—30 с, что позволяет получать конверсионное покрытие толщиной до 0,5 мкм. Технологический процесс хроматирования аналогичен фосфатированию: обезжиривание—промывка—хроматирование. В некоторых случаях в технологический процесс может быть введено второе обезжиривание с промывкой в теплой воде. Несоблюдение режимов хроматирования может приводить к полированию поверхности, уменьшению шероховатости, что ухудшает адгезию.

Качество конверсионного покрытия оценивается визуально. Покрытие должно иметь однородный внешний вид, быть электропроводным, обеспечивать хорошую адгезию к полимерным металлическим подложкам. Последнее проверяется протиркой салфеткой, на которой не должно оставаться следов конверсионной пленки.

Пассивирование является заключительной стадией подготовки поверхности с помощью различных окислителей — соединений хрома, нитрита натрия и др. при 20—50°С в течение 1—2 мин. Пассивирование предотвращает возможность возникновения вторичной коррозии и может быть рекомендовано как при подготовке поверхности только обезжиривания, так и в случае фосфатирования после промывки.

Придавая исключительно важное значение подготовке поверхности перед нанесением ПК, ведущие европейские фирмы-производители ПК рекомендуют для повышения долговечности порошкового покрытия проводить специальную подготовку в соответствии со свойствами каждой конкретной поверхности (стальной, оцинкованной, алюминиевой).

По их мнению, наилучшими способами обработки являются:

Для подготовки стальной поверхности 

Обработка железофосфатными составами (получаемый тонкий слой менее 1,0 мкм), проводимая в четыре этапа при совмещении обезжиривания и фосфатирования:

• обезжиривание и фосфатирование;

• промывка;

• пассивирование;

• сушка горячим воздухом при 110—120°С.

Обработка цинкофосфатными составами (толщина слоя 2—3 мкм) с использованием семи этапов:

1. обезжиривание водными щелочными составами;

2. промывка холодной водой;

3. вторая промывка;

4. фосфатирование;

5. промывка холодной водой;

6. пассивирование с последующей промывкой деминерали-зованной горячей водой;

7. сушка горячим воздухом при 110—140°С.
   

Для подготовки оцинкованной поверхности

Обработка цинкофосфатными составами, проводимая в шесть этапов:

1. обезжиривание;

2. промывка;

3. фосфатирование;

4. промывка;

5. пассивирование;

6. сушка горячим воздухом при 110—-120°С.

Для исключения таких дефектов порошкового покрытия на оцинкованной поверхности как потеря адгезии, вспучивание, рекомендуется такой эффективный и легкий способ обработки как обдирка щетками, удаляющими оксиды цинка и увеличивающими шероховатость поверхности. Во избежание перегрева слоя цинка температура формирования порошкового покрытия не должна превышать 175—180°С.

Для подготовки поверхности алюминия и его сплавов

Обработка хроматными составами, проводимая в семь этапов.

1. обезжиривание;

2. промывка;

3. травление;

4. промывка;

5. хроматирование;

6. промывка;

7. окончательная промывка.

8 зависимости от типа профиля и вида алюминия (сплава) европейские фирмы предлагают также в качестве конверсионного слоя перед нанесением ПК использовать фосфохроматное и фосфофлюороциркониевое покрытие.

Выбор операций подготовки поверхности перед нанесением ПК в каждом конкретном случае, как и выбор рецептуры того или иного состава и режимов обработки должен производиться специалистами. Только такой подход может обеспечивать высокое качество получаемого покрытия и заданный срок службы.

Новые технологии покраски настолько активно внедряются в нашу жизнь, что в некоторых случаях уже напрочь исключают старые представления об этом способе отделки поверхностей.

 

Несмотря на кажущуюся сложность, оборудование для порошковой окраски металла практически вытеснило на производстве и в бизнесе все другие виды окраски

Когда кисти и валики уже не нужны

Современные участки порошковой покраски включает в себя и вспомогательные камеры предварительной подготовки исходных поверхностей для будущей защиты.

Принцип работы с термореактивными красками

Независимо от размера оборудования для нанесения и его схема имеет следующий вид:

• A – пистолет или любое другое устройство, для передачи заряда на частицы порошковой краски;

• B – поле с заряженными частицами;
  

• C – перед обрабатываемой поверхностью создаётся целое облако заряженных частиц;

• D – само изделие, которой заземлено и подвергается обработке притягивающимися частицами;
  

• E – заряжающие поверхности, которые и придают свойство заряда частицам смеси.
  

Краска заряжается в результате трения, за счет увеличения числа и силы столкновений между заряжающей поверхностью (фторопласт,тефлон) распылителя и частицами порошка (Е). При трибо нанесении краска приобретает положительный заряд.      

Электростатический способ переноса заряда

В процессе электростатического распыления сухие порошковые частицы краски  приобретают электрический заряд, в то время как окрашиваемая поверхность электрически нейтральна (D).

Способ заряда частиц ПК (Порошковой Краски),коронирующим (В) электродом, с использованием подачи высокого напряжения (от 30 кВ до 100 кВ), постоянного по знаку, к коронирующему электроду от специального генератора высокого напряжения, располагающегося в зависимости от конструкции внутри пистолета (А) или вне него.

Создавая сильное электрическое поле (С), принуждающее частицы ПК двигаться по его силовым линиям.

При принудительном заряде ПК от коронирующего электрода краска приобретает отрицательный заряд. Заряженный порошок и нейтральная рабочая область создают электростатическое поле, которое притягивает сухие частицы краски к поверхности.

Попадая на окрашиваемую поверхность, порошковое покрытие сохраняет свой заряд, который удерживает порошок на поверхности. 

Обратите внимание: при электростатическом нанесении, так же как и трибостатическом, по мере эксплуатации, изнашиваются детали пистолетов. За счет трения краски, которая проходит через ствол пистолета, истирается и изменяет форму коронирующий электрод. Это приводит к искажению формы электростатического поля пистолета, что в свою очередь приводит к неравномерности нанесения покрытия. Кроме того, электрод экранируется разогретой трением и осевшей на нем порошковой краской, что уменьшает величину и степень заряда краски. По мере эксплуатации оборудования параметры нанесения постепенно выходят за пределы допусков настроек параметров системы регулирования напряжения на электроде пистолета и уменьшается величина заряда порошковой краски, расход краски увеличивается, возникает неравномерная величина толщины покрытия.

Так же стоит упомянуть о термопластичных красках

Метод окрашивания с помощью пламени появился сравнительно недавно и применялся, в основном, для порошковых покрытий из термопластика. Термопластический  полимерный порошок плавится под воздействием сжатого воздуха и попадает в специальный пистолет, где проходит через горящий факел газа (пропан). Расплавленные частицы краски наносятся на окрашиваемую поверхность, формируя прочный слой. Поскольку этот способ не требует прямого нагревания, он подходит для большинства материалов. С помощью данной технологии можно окрашивать поверхности из металла, древесины, каучука и камня. Нанесение краски с помощью пламени также подходит для больших или закрепленных объектов.

Для покраски деталей порошковой краской необходимо специальное оборудование, в которое входит следующее:

• Камера напыления (защищает процесс от попадания пыли и ограничивает распространение краски в компактном объёме);

• Распылитель или установка нанесения (может приобретаться отдельно) - необходимы для распыления красящего вещества;

• Печь полимеризации, где осуществляется полимеризация - современные печи оснащаются пультом управления для возможности регулировать температуру и время процесса;

• Транспортная система - для перемещения изделий по этапам технологического процесса.
  

Так же существуют и активно используются автоматические линии , с включающим в себя участок подготовки.

Формирование покрытия

После нанесения, изделие со слоем порошковой краски, направляется на стадию формирования покрытия, включающую процессы оплавления порошкового слоя с получением пленки, ее отверждения и заключительного охлаждения.

Для оплавления, образования пленки и отверждения покрытия используются печи самого различного типа: тупиковые и проходные, с электрообогревом и обогревом топочными газами, горизонтальные и вертикальные, одно- и многоходовые. Самое главное требование к ним, для обеспечения качества покрытия, способность равномерно прогреть изделие, при заданной для данной порошковой краске, температуре в течение определенного времени, достаточного для отверждения порошковой краски.

Для тупиковых печей большое значение имеет также скорость подъема температуры. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают печи с рециркуляцией воздуха. Производители ПК в сопровождающей техдокументации указывают, как правило, несколько возможных режимов отверждения, обеспечивающих гарантированное качество покрытия для каждого конкретного материала. Наиболее распространенные порошковые краски отверждаются при температуре 180—200°С с точностью поддержания в объеме и во времени в пределах не более ±5°С, в течение 15—20 мин. Необходимо подчеркнуть, что под температурой отверждения подразумевается температура поверхности окрашиваемого изделия, а не температура в печи.

При нагреве в печи, изделия со слоем заряженной порошковой краски (которая удерживается на поверхности силой электрического притяжения), до 90—110°С частицы порошковой краски расплавляются, сливаясь в непрерывную пленку вязкого расплава, смачивающего поверхность изделия. При этом воздух, находившийся в слое расплава, вытесняется.

При дальнейшем нагреве и прогреве изделия расплав проникает в микронеровности поверхности, обеспечивая достаточную адгезию покрытия, и отверждается.

На этом этапе отверждения обеспечивается получение покрытия с заданными характеристиками: внешний вид (уровень глянца, структура), адгезия, механическая прочность, твердость, защитные свойства и др.

Очень важно понимать, что эти характеристики только тогда будут соответствовать заданным, когда режимы отверждения соответствуют рекомендуемым

 Приходится учитывать время прогрева, если при загрузке изделий в печь допускается значительное падение температуры, например из-за слишком большой суммарной массы подвесок с изделиями при малой мощности обогрева.

Наряду с массой изделий следует также учитывать физические свойства (теплопроводность, теплоемкость) материала, из которого изготовлена окрашиваемая деталь. В совокупности эти два свойства влияют на время получения необходимой температуры на поверхности изделия.

В процессе формирования пленки покрытия выявляются неоднородности нанесенного слоя, обусловленные либо заданными ранее характеристиками ( например, структура поверхности — "апельсиновая корка", "антик" и пр.), либо загрязнениями, внесенными при изготовлении порошковой краски или на стадии нанесения (соринки, кратеры, проколы, крапинки другого цвета и т.п.).

При малой вязкости расплава и недостаточно быстром отверждении пленки образуются потеки по нижней кромке окрашиваемой поверхности, у отверстий и выступов. При слишком высокой вязкости расплава, при размерах частиц, превышающих среднюю толщину образующейся пленки, при малой разнице температур плавления и начала отверждения, при чрезмерной толщине слоя поверхность покрытия приобретает вид шагрени.

Кратеры образуются в местах включений с низким поверхностным натяжением расплава пленки, например, из-за попадания микрокапель масла из сжатого воздуха или примеси другой, более легкоплавкой ПК и смолы в результате плохой зачистки установки нанесения и нарушений технологического процесса при изготовлении ПК.

В структурированные порошковые краски, например  в "антики", специально вносятся распределенные по массе добавки, создающие в период отверждении участки пленки с пониженным поверхностным натяжением.

Так как ,в течении некоторого времени ,после выхода из печи полимеризации,  покрытие сохраняет пластичность и липкость ,поверхностной пленки , необходимо охлаждение, исключая принудительное, для повышения твердости, во избежание повреждений  при съеме с подвесов и упаковке.

Нужно иметь в виду, что до полного охлаждения изделия, покрытие может быть повреждено при механическом воздействии или загрязнено при наличии в атмосфере помещения пыли. В принципе дать какие-либо всеобъемлющие рекомендации по формированию покрытия невозможно. В каждом конкретном случае необходимо подбирать режимы, учитывая вид ПК и окрашиваемого изделия, тип печи и ее эксплуатационные показатели.