О порошковых красках и порошковом окрашивании

Продолжение. Начало в №14

Щелочные водные составы не воспламеняются, они экономичны, малотоксичны, поддаются регенерации. К недостаткам их применения можно отнести большее время очистки, необходимость механического перемешивания и подогрева состава, а также высокую цену.

После обезжиривания этими составами обработанную поверхность необходимо тщательно промыть. Рекомендуется промывка теплой водой при температуре 20-40°С.

Эмульсионное обезжиривание - комбинированный способ, сочетающий достоинства применения органических растворителей и щелочных водных составов. Состав представляет собой эмульсию растворителя в воде, стабилизированную поверхностно-активными веществами. Подобные составы обладают высокой растворяющей, смачивающей и эмульгирующей способностью, поэтому в процессе эмульсионной очистки с металлической поверхности полностью удаляются различные масла, смазки и неорганические загрязнения.

При их использовании время на очистку по сравнению с обезжириванием в щелочных составах сокращается, однако требуется более тщательная промывка.

Эмульсионное обезжиривание можно осуществлять при комнатной температуре без ухудшения качества очистки поверхности. Эмульсии применяют при наличии оборудования для нейтрализации и обезвреживания отработанных составов. В связи с этим их использование ограничено.

Удаление окисных пленок

Для удаления окислов - окалины, ржавчины, окисных пленок - могут быть использованы как абразивная (дробеструйная, дробеметная, механическая), так 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, окисными 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 дробь, песок, стальные, чугунные или стеклянные гранулы, окись алюминия, карбид кремния (корунд), а также скорлупу орехов и косточковых плодов.

Металлические гранулы или дробь должны быть того же состава, что и очищаемая поверхность, или быть близкими к ее материалу по электрохимической характеристике. 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 стальную, колотую или литую, а также стальную рубленую размером 0,3, 0,5, 0,8 мм и больше). В России данную продукцию производит, к примеру, АО "Старооскольский механический завод".

К недостаткам абразивной очистки можно отнести невозможность ее применения для изделий, толщина стенок которых меньше 3 мм, изделий сложной конфигурации, а также низкую производительность обработки. Результатом неправильного подбора абразивного материала либо обработки излишне крупной дробью может быть получение излишней шероховатости, которую трудно сгладить слоем покрытия для достижения требуемого внешнего вида.

Травление - это удаление с поверхности изделий естественных окисных пленок, окалины, ржавчины с помощью травильных растворов на основе серной, соляной, фосфорной или азотной кислоты, едкого натра. Для достижения равномерного протравливания 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 относится необходимость тщательной промывки поверхности от остатков травильных растворов, для чего требуется больше воды, а также необходимость наличия специальных очистных сооружений для нейтрализации или регенерации отходов.

В ряде случаев операции травления и обезжиривания могут быть совмещены при обработке поверхности растворами на основе серной кислоты (в течение 3-5 мин при 50-60°С), фосфорной кислоты (в течение 3-5 мин при 60-70°С), едкого натра (при удалении толстых слоев окалины и ржавчины при 420-480°С в течение 10-45 мин).

Конверсионные покрытия

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

Фосфатирование - получение на металлической поверхности пленки из труднорастворимых фосфорнокислых солей. Фосфатные пленки, обладая низкой электропроводностью, увеличивают адгезию покрытия и препятствуют распространению коррозии под пленкой. В зависимости от состава раствора на металлической поверхности образуются фосфаты с четко выраженной кристаллической решеткой (цинкофосфатное покрытие) либо аморфные фосфаты (железофосфатное покрытие).

Фосфатирующие составы, поставляемые в виде готовых жидких концентратов, перед использованием разводятся деминерализованной водой.

Под ПК рекомендуется использовать составы, позволяющие получать тонкослойные цинкофосфатные покрытия (1-1,5 г/м 2).

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

Для обработки поверхности составами, обеспечивающими одновременное обезжиривание и фосфатирование, применяются агрегаты, включающие зоны обезжиривания, фосфатирования и промывки, а также такие, где есть еще и зона пассивирования. Кроме того, используются агрегаты, в которых обезжиривание и фосфатирование производится дважды.

Состав разбрызгивается по поверхности при 50-60°С в течение 2-5 мин. При сильной зажиренности металла время обработки может быть увеличено до 7-10 мин. Для поддержания параметров фосфатирования в требуемых пределах необходимо периодически производить корректировку раствора добавлением в него небольшого количества концентрата. Завершающими стадиями фосфатирования являются промывка и пассивирование.

Качество промывки определяется свойствами промывной воды (в частности, ее жесткостью), а также интенсивностью омывания. Средний расход воды для отмывки поверхности составляет 25 л/м 2.

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

В России для хроматирования используют концентраты, изготавливаемые АО "Хромпик" (г. Первоуральск Свердловской области).

Хроматирование производят при 20-30°С в течение 5-30 с, что позволяет получать конверсионное покрытие толщиной до 0,5 мкм. С точки зрения последовательности операций 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 при 20-50°С в течение 1-2 мин. Пассивирование предотвращает возможность возникновения вторичной коррозии и может быть рекомендовано как при подготовке поверхности лишь обезжириванием, так и в случае фосфатирования после промывки.

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

По мнению специалистов этих фирм, наилучшими способами подготовки стальной поверхности являются ее обработка железофосфатными составами (толщина получаемого слоя менее 1 мкм), проводимая в четыре этапа (обезжиривание и фосфатирование, промывка, пассивирование и сушка горячим воздухом при 110-120°С), а также обработка цинкофосфатными составами (толщина получаемого слоя 2-3 мкм), проводимая в семь этапов (обезжиривание водными щелочными составами, промывка холодной водой, вторая промывка, фосфатирование, промывка холодной водой, пассивирование с последующей промывкой деминерализованной горячей водой, сушка горячим воздухом при 110-140°С).

Оцинкованную поверхность рекомендуется обрабатывать цинкофосфатными составами в шесть этапов (обезжиривание, промывка, фосфатирование, промывка, пассивирование, сушка горячим воздухом при 110-120°С).

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

Для подготовки поверхности алюминия и его сплавов изделие или конструкция обрабатываются хроматными составами в семь этапов (обезжиривание, промывка, травление, промывка, хроматирование, промывка, окончательная промывка).

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

Нанесение порошковых красок

Существуют различные способы получения покрытия на основе ПК. Однако ниже будет рассмотрен лишь наиболее распространенный процесс нанесения электростатически заряженной порошковой краски, распыляемой специальным пневматическим пистолетом-распылителем и удерживаемой на поверхности заземленного окрашиваемого изделия силой электростатического притяжения.

Процесс осуществляется в камерах нанесения, которые оснащены системами отсоса воздуха для предотвращения попадания порошковой краски в помещение и совмещенными с ними системами улавливания прошедшего мимо окрашиваемого изделия порошка для возврата его в процесс, а также утилизации или обезвреживания.

Пистолеты-распылители вместе с питателями составляют установку нанесения ПК, обеспечивающую получение смеси ПК с воздухом, образование факела и приобретение частицами краски электрического заряда.

Вылетающая из пистолета заряженная порошковая краска образует факел той или иной формы в зависимости от применяемого сопла (насадки) пистолета и оседает на заземленной поверхности детали, удерживаясь на ней силой электрического притяжения.

Пистолеты-распылители

Известны два способа зарядки частиц ПК: коронирующим электродом, находящимся под высоким напряжением, и с использованием трибоэффекта - эффекта приобретения разноименных зарядов соприкасающимися телами, изготовленными из разных материалов.

При первом способе применяется подвод высокого (20-100 тыс. В) постоянного по знаку напряжения к коронирующему электроду от специального генератора высокого напряжения, располагающегося в зависимости от конструкции внутри пистолета или вне его. Если речь идет о ручных пистолетах, то предпочтение следует отдавать встроенным генераторам, так как в этом случае обеспечивается более высокая безопасность работника (подвод к пистолету безопасного напряжения от 9 до 30 В в зависимости от модели) и исключается необходимость подключения к пистолету высоковольтного кабеля. Это более жесткий и тяжелый по сравнению с низковольтным кабель, что вызывает повышенную утомляемость рук работающего.

При втором способе зарядки частиц ствол и другие детали пистолета, с которыми соприкасается порошковая краска, изготавливаются из специального материала (обычно фторопласта для эпоксисодержащих ПК).

Наиболее существенная разница в эффективности этих способов зарядки ПК и выбора между ними при окраске тех или иных деталей заключается в наличии при первом способе сильного электрического поля, принуждающего частицы ПК двигаться по его силовым линиям, и почти полном отсутствии такого поля при трибозарядке.

Поэтому принудительная зарядка ПК от коронирующего электрода распылительного пистолета обуславливает значительную разницу в количестве осевшей на поверхности изделия ПК в местах выступов и ровных поверхностей. Играет роль также расположение изделий относительно пистолетов, расстояние и направление ствола, применяемые насадки на ствол. При близкой навеске деталей, например, на конвейере, они могут взаимно экранировать друг друга.

Вообще детали сложной формы при окраске распылителями с коронирующим электродом создают больше проблем, чем с трибозарядкой, особенно при использовании автоматических манипуляторов. Часты случаи непрокраса углублений, пазов, внутренних углов. Они требуют дополнительной ручной подкраски и использования направленных факелов с высокими скоростями струй воздуха, вдувающих аэрозоль ПК в такие места, уменьшения напряжения на коронирующем электроде, что также снижает производительность и увеличивает количество прошедшей мимо изделия ПК.

На конвейерных линиях при малой частоте движения распылителей на траверсе по сравнению со скоростью движения изделий в сочетании с узким или неравномерным факелом возможно получение разнотолщинного покрытия в виде чередующихся полос (волн) - следов относительного движения факела и изделий. Такой же дефект может быть и при ручном нанесении ПК из-за недостаточной квалификации работающего или его поспешности.

При окраске деталей сложной формы проще использовать распылитель ПК с трибозарядкой. Однако следует учитывать, что не все порошковые краски могут заряжаться трением, а специальные стоят дороже. Имеются в продаже также добавки, обеспечивающие возможность нанесения обычных ПК трибораспылителями. Как правило, производительность процесса нанесения пистолетами-распылителями с трибозарядом пониженная, а процент оседания ПК на изделии ниже, чем при применении пистолетов-распылителей с коронирующим электродом. Неизбежно также постепенное снижение эффекта трибозаряда с уменьшением суммарного напряжения заряда ПК, увеличение доли незарядившегося (и соответственно не осевшего на деталь) порошка по мере износа деталей пистолета-распылителя, что требует их периодической замены на новые. Поэтому низкая исходная цена установок с трибозарядкой не гарантирует снижения себестоимости окраски единицы поверхности изделия порошковой краской по сравнению с использованием более дорогих установок с генераторами высокого напряжения.

Питатели

Как уже отмечалось выше, в установках с распылительными электро- или трибостатическими пистолетами используется смесь ПК с воздухом (аэровзвесь). В типовых промышленных системах нанесения ее получают в питателях. Либо порошковая краска поступает на пористую перегородку, сквозь которую подается воздух под давлением, переводящий всю ПК во взвешенное (так называемый кипящий слой) состояние, либо сжатый воздух подается в порошковую краску специальным устройством, создавая местную область кипящего слоя, из которой аэровзвесь ПК засасывается воздушным насосом - эжектором, разбавляется до более низкой концентрации добавочным воздухом и транспортируется к распылительным пистолетам. (В ряде установок большой производительности, особенно в составе конвейерных линий окраски, от одного питателя работает несколько пистолетов.)

В связи с общей тенденцией снижения удельного расхода ПК на окраску и соответственно уменьшения толщины конечного покрытия ведущие фирмы перешли к производству ПК с уменьшенным средним размером частиц, но перевод таких порошков во взвешенное состояние осложняется. Поэтому многие фирмы снабжают питатели вибраторами, облегчающими создание кипящего слоя.

Пистолеты для лабораторных или мелких промышленных работ по нанесению ПК имеют встроенные питатель и небольшую (вмещающую не более 200 г) емкость для порошковой краски. С помощью таких пистолетов, как правило, труднее получить однородную аэровзвесь и соответственно равномерный факел, особенно при его частом включении и выключении: нередко при этом наблюдается выброс ПК. Поэтому нежелательно, чтобы ствол такого пистолета в моменты включения и выключения был направлен на изделие. В то же время чистить такой пистолет намного проще, чем распылитель с отдельным питателем.Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Продолжение следует


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 15 за 2001 год в рубрике лкм

©1995-2022 Строительство и недвижимость