Технология получения порошковых покрытий — из материалов сайта «Покрашу.ру»
Технологический процесс окраски изделия порошковым материалом состоит из следующих стадий:
• подготовка поверхности: обезжиривание, удаление загрязнений и окислов, при необходимости и возможности — преобразование (конверсия) поверхности для повышения адгезии и защиты от коррозии (фосфатирование, хроматирование и др.методы пассивации);
• нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность;
• формирование пленки покрытия: оплавление, отверждение, охлаждение.
Подготовка повехрности
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 покрытия может приводить к возникновению многочисленных очагов коррозии и последующему разрушению покрытия.
При эксплуатации изделий с нанесенным без конверсионного подслоя покрытием в жестких атмосферных условиях через пленку к подложке будут поступать влага, кислород, кислотные загрязнения.
Их контакт с металлической поверхностью будет приводить к аналогичным результатам.
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 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 механическая; при этом к поверхности непрерывно подается не загрязненный раствор.
Для обработки поверхности изделий перед нанесением ПК используют обезжиривание, удаление окисных пленок (абразивная очистка, травление), нанесение конверсионного слоя (фосфатирование, хроматирование, пассивирование). Первая операция является обязательной, остальные применяются в зависимости от конкретных условий и требований.
Обезжиривание — удаление с поверхности жировых загрязнений, следов пота, солей, шлама и т.п. под воздействием специальных химических веществ (органических растворителей, щелочных водных и эмульсионных составов).
Обезжиривание органическими растворителями (уайт-спирит, нефрас 150/200, бензин БР-1 с антистатической добавкой) является наиболее простым методом. В этом случае поверхность изделия протирается чистой ветошью или волосяными щетками, смоченными растворителем. Затем их протирают сухой чистой салфеткой или обдувают сжатым воздухом.
Вместо протирки (в зависимости от размеров изделий) можно использовать их промывку в двух-трех ваннах с налитым в них растворителем. Применение растворителей характеризуется высокой скоростью их проникновения в загрязнения и удаления последних, быстрым испарением с изделий их избытка, нейтральным сватком на поверхности. К недостаткам их применения можно отнести относительно высокую стоимость, пожароопасность, токсичность, низкое качество очистки (после испарения растворителя на поверхности остаются следы загрязнений).
Обезжиривание щелочными водными составами. Наибольшее распространение получили составы типа КМ, представляющие собой слабо- или средне щелочные бессиликатные моющие средства. Они состоят из смеси солей ортофосфорной, борной и других кислот с добавкой поверхностно-активных веществ, обеспечивающих стабильное моющее действие, пониженное пенообразование и уменьшенный расход моющих средств. Составы КМ-1, КМ-17, KM-1S, КМ-19, КМ-21, КМ-22, КМ-25 и др. изготавливаются ООО «Экохиммаш» (Буй, Костромской обл.) и поставляются в виде порошков белого или желтовато-белого цвета, готовых к употреблению. Их растворяют в технической воде при непрерывном перемешивании. Время обработки изделий 5-15 мин при 60—70’С. Выбор моющих составов и их расход зависит от вида загрязнения, материала изделия, способа обезжиривания, вида производства и составляет ориентировочно 0,2— 1,0 кг/м2.
Предприятие «Алмико-Эко» (Башкирия, Уфа) предлагает состав «Грин Юниклин 1223-01М», обеспечивающий отличный результат обезжиривания практически всех материалов. Расход 0,005- 0,01 кг/м2, время обработки изделий 2 — 5 мин при 60-70° С (струйный метод).
Щелочные водные составы не воспламеняются, экономичны, малотоксичны, поддаются регенерации. К недостаткам их применения можно отнести большее время очистки , необходимость механического перемешивания и подогрева состава, чрезмерное ценообразование.
После обезжиривания щелочными водными составами обработанную поверхность необходимо тщательно промыть (кроме случаев применения «Грин Юниклин1223-01М», когда промывка водой не требуется). Рекомендуется промывка в теплой воде при температуре 20 — 40’С.
Эмульсионное обезжиривание — комбинированный способ, сочетающий достоинства применения органических растворителей и щелочных водных составов. Эмульсионные составы представляют собой эмульсии растворителей в воде, стабилизированные 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 очистке эмульсионными составами время очистки 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.
Эмульсионные составы 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 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, 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 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 рубленную размером 0,3; 0,5; 0,8 мм и больше) производства АО «Старооскольский механический завод» и других заводов.
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.
В ряде случаев операции травления и обезжиривания могут быть совмещены при обработке поверхности растворами на основе серной кислоты (3-5 мин при 50-60°С), фосфорной кислоты (3-5 мин при 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 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 фосфорнокислых солей. Фосфатные пленки, обладая низкой электропроводностью, увеличивают адгезию покрытия и препятствуют распространению подпленочной коррозии. В зависимости от состава фосфатирующего раствора на металлической поверхности образуется фосфаты с четко выраженной кристаллической решеткой (цинко-фосфатное покрытие) либо аморфные фосфаты (железо-фосфатное покрытие).
Фосфатирующие составы поставляются фирмой «Химстар» (Москва) — КФ-I, КФ-3, КФ 12, КФ-15, КФ-18, КФА-8, КФА-9 и др., ЗАС).«Экохиммаш» (Буй) — КФА-8 и др. в виде жидких готовых концентратов. Перед использованием концентраты разводятся деминерализованной водой.
Цинкофосфатные покрытия на основе КФ-1, КФ-3, КФ-12 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 КФ-15, КФ-18, позволяющие получать тонкослойные цинкофосфатные покрытия (1,0—1,5 г/м2).
Железо-фосфатные покрытия на основе КФА-8, КФА-9 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 КФА-8 и КФА-9 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 зажиренности 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 ( CI ), (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 долговечности покрытия. Для хроматирования используют концентраты, изготавливаемые АО «ХРОМ-ПИК» (Первоуральск Свердловской обл.): «Формихром», «Алькон-1»,«Алькон-1К».
Хроматирование проводят при 20-30°С в течение 5-30 сек что позволяет получать конверсионное покрытие толщиной до 0,5 мкм.Технологически 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, металлический 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 течении 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 железо-фосфатными составами (получаемый тонкий слой менее 1,0мкм), проводимая в четыре этапа при совмещении обезжиривания и фосфатирования:
1 — обезжиривание и фосфатирование;
2 — промывка;
3 — пассивирование;
4 — сушка горячим воздухом при 112—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 деминерализованной 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 ПК, рекомендуется такой эффективный обезжириватель как «Грин Юниклин 1223-01М» (ООО НПП Алмико-Эко, Уфа).
В составе «Грин Юниклин 1223-01М» (с 2008г. «Алмико Грин 2723-01М») имеется ингибитор коррозии, который обеспечивает пассивацию обезжириваемых стальных поверхностей до 460-720 часов с использованием двух или трех этапов, причем промывка водой не нужна:
1- обезжиривание и пассивация при температуре 60-70° С
2- сушка горячим воздухом при 110 -120° С
1- обезжиривание и пассивация при температуре 60-70 °С
2- промывка и пассивация раствором «Алмико Грин 2723-01М» с концентрацией в 3-4 ниже, нежели в п.1
3- сушка горячим воздухом при 110 -120° С.