ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ ОКРАШИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ*

Технологический процесс окрашивания включает следующие операции: подготовку поверхности под окраску, нанесение покрытий и их отверждение (сушку) [29,.55].

Подготовка поверхности под окраску

Эксплуатационные характеристики и срок службы лакокрасочных покрытий во многом зависят от способа и чистоты подготовки поверхности.

Способы подготовки поверхности можно разделить на три основные группы: механические, термические и химические.

Механические способы очистки

Из механических способов подготовки поверхности особенно распространена струйная абразивная и гидроабразивная обработка: пескоструйная, гидропескоструйная, дробеструйная, дробеметная. Очистка этим способом заключается в воздействии на металлическую поверхность частиц абразивов, поступающих с большой скоростью и обладающих в момент соударения 'с металлом значительной кинетической энергией. Поверхность металла при этом становится шероховатой (углубления достигают 0,04—0,1 мм), что способствует улучшению адгезии покрытий. Однако струйная абразивная обработка применима только при окрашивании толстостенных изделий (толщиной более 3 мм); изделия с более тонкими стенками могут при такой обработке деформироваться.

При пескоструйной и гидропескоструйной очистке обычно применяют безглинистый кварцевый песок с размером частиц 0,5—2,5 мм, карбид кремния, плавленый оксид алюминия. Абразивом при дробеструйном и дообеметном способах обработки служит литая или колотая чугунная, а также стальная дробь с размером частиц не более 0,8 мм или дробь, рубленная из стальной проволоки диаметром 0,3—1,2 мм. Для очистки поверхности черных металлов наиболее целесообразно- применять колотую дробь с размером частиц не более 0,8 мм.

магниевые сплавы и др.) обрабатывают мягкими абразивами — порошками из сплавов алюминия (иногда с добавлением 5—6% чугунного песка). Наиболее дешевым абразивом является кварцевый песок. Однако он быстро изнашивается (дробится); при этом образуется мелкая пыль, вредно действующая на здоровье работающих, поэтому его используют ограниченно — только в автоматических установках с хорошей герметизацией и вентиляцией, предотвращающих распространение пыли в помещения.

Металлический песок в отличие от кварцевого почти не образует пыли, расход его значительно меньше, а эффективность механического воздействия также достаточно высока. Очистка с помощью металлического песка (дроби) осуществляется в закрытых камерах или кабинах, снабженных приточно-вытяжной вентиляцией.

Для дробеструйной очистки применяют аппараты различных типов. Наибольшее распространение получили одно- и двухкамерные аппараты периодического и непрерывного действия, в которых дробь распыляется под давлением 0,5—0,7 МПа. Производительность аппаратов по очищаемой поверхности — от I до 8 м3/ч.

Дробеметная очистка от дробеструйной отличается тем, что поток дроби создается не сжатым воздухом, а под воздействием центробежной силы от вращающегося с высокой частотой (2500—3000 об/мин) ротора — турбинного колеса с лопатками. Дробеметный способ в 5—10 раз производительнее дробеструйного и в несколько раз экономичнее; при его применении запыленность помещений минимальная. К недостаткам дробеметного способа можно отнести быстрый износ лопаток (срок службы литых чугунных лопаток не превышает 80 ч) и непригодность для обработки изделий сложной формы.

При гидроабразивной очистке используется суспензия или взвесь абразива в жидкой среде. Абразивами в этом случае служат кварцевый песок, гранит, электрокорунд, стекло, молотый шлак и другие твердые порошковые материалы дисперсностью 0,15—0,50 мм, а жидкой средой — вода с добавлением ПАВ и ингибиторов коррозии.

Термические способы очистки

Удаление окалины, ржавчины, старой краски, масел и других загрязнений с поверхности можно проводить термическим способом, например путем нагревания изделий пла- енем газокислородной горелки (огневая очистка), электрической дуги (воздушно-электродуговая очистка) или отжига в печах при наличии окислительной или восстановительной среды.

При огневой и воздушно-электродуговой очистке металл (стальные слитки, слябы) быстро нагревают до 1300—1400 °С. При этом загрязненный поверхностный слой сгорает и частично оплавляется, после чего его механически удаляют, а металл охлаждают.

Отжиг в восстановительной (защитной) атмосфере применяют при подготовке поверхности рулонного металла. Стальной прокат нагревают в атмосфере азотно-водородной смеси (93% N2 и 7% H2) до 650—700 °С. Присутствующие на поверхности следы смазки возгоняются, а оксиды железа восстанавливаются до металлического железа.

Термическое удаление органических загрязнений (старые покрытия, жировые и масляные отложения) удобно проводить в окислительной среде. При нагревании до 450—500 0C большинство органических веществ возгоняется, разлагается или сгорает. Однако во избежание образования кокса изделия отжигают при более высоких температурах (600—800 °С) в огневых конвективных или терморадиационных (открытых или муфельных) печах, снабженных вентиляцией. Можно применять также газовые или керосиново-кислородные горелки.

Термические способы очистки экономичны и производительны, однако их можно применять лишь для изделий с толщиной стенки не менее 5 мм во избежание коробления и деформации металла.

Химические способы очистки

Обезжиривание.

Перед окрашиванием металлические поверхности должны быть обезжирены. Процесс обезжиривания может быть осуществлен различными методами, выбор которого определяется главным образом видом загрязнения, требуемой степенью очистки и стоимостью. Наибольшее применение получили методы обезжиривания щелочными растворами, органическими растворителями и эмульсионными составами.

Обезжиривание в водных щелочных растворах основано на химическом разрушении омыляемых жиров и масел и солюбилизации, а также эмульгировании неомыляемых загрязнений. В качестве электролитов применяются гидроксид и карбонат натрия, силикат натрия (жидкое стекло), тринатрийфосфат и пирофосфат натрия. Для повышения обезжиривающей способности этих соединений в них вводят по-

верхностно-активные вещества — эмульгаторы ОП-4,              ОП-7,

синтанол ДС-10, ДНС и др.).

Выбор обезжиривающего состава зависит от степени загрязненности, типа производства (единичное пли серийное); режим обработки определяется методом обработки (в ваннах, распылением). Широко используются также готовые моющие средства: КМ-1, КМЭ-1, МЛ-52.

При наличии в водных растворах эмульгаторов (жидкое стекло, ОП-7 или ОП-Ю) животные жиры омыляются, образуя растворимые мыла, а остатки минеральных масел эмульгируют. Жидкое стекло способствует также уменьшению агрессивного воздействия раствора на алюминий. Образование эмульсии и перемешивание растворов ускоряет отделение частиц жира от поверхности металла.

Обезжиривание деталей в свежеприготовленном растворе продолжается не более 3 мин, а по мере расходования гидроксида натрия — не более 5 мин. Передержка в ванне обезжиривания приводит к растрескиванию поверхности деталей и образованию труднорастворимых фосфатов.

Жировые загрязнения, собирающиеся на поверхности раствора, нужно периодически удалять через сливной карман ванны. После обезжиривания детали промывают сначала в теплой проточной воде при температуре не ниже 20 °С, а затем в холодной воде.

Качество обезжиривания можно контролировать по виду стекающей пленки холодной воды. С хорошо обезжиренной поверхности вода стекает сплошным потоком; если вода задерживается на поверхности в виде капель, обезжиривание следует повторить. Детали, имеющие различные сварные соединения, не подвергают обезжириванию в щелочных растворах, так как они с трудом удаляются из межшовного пространства.

Обезжиривание в органических растворителях основано Hti растворении масляных и жировых загрязнений. Для этих целей применяют растворители, обладающие высокой активностью по отношению к загрязнениям, стабильностью, низким поверхностным натяжением, умеренной летучестью. Наибольшее распространение получили алифатические и хлорированные углеводороды. Последние негорючи, но более токсичны, чем алифатические, что обусловливает необходимость проведения процесса обезжиривания в специальных установках закрытого типа.

Обезжиривание деталей в хлорированных углеводородах производят последовательно в двух фазах: паровой и жидкой. Используют также двухфазную систему. Сущность процесса состоит в том, что в установку заливают воду и не смешивающийся с ней органический растворитель. В качестве растворителя для двухфазной системы применяют метиленхлорид и три- хлорэтилен. При обработке деталей в двухфазной системе уда- яются не только жировые, но и водорастворимые соединения.

Очищенные детали некоторое время выдерживают в слое воды. После выгрузки из установки детали промывают водой для удаления капель растворителя и частичек грязи, а затем сушат горячим воздухом.

Обезжиривание растворителями можно применять практически для любых металлов. Однако для обезжиривания алюминия, магния и их сплавов можно применять трихлорэтилен только с добавлением ингибитора во избежание взаимодействия растворителя с металлической поверхностью.

Эмульсионное обезжиривание — комбинированный способ, который позволяет использовать преимущества очистки органическими растворителями и водными щелочными растворами. Наиболее распространены эмульсии на основе хлорированных углеводородов и водных щелочных растворов, стабилизированные ПАВ. Эти эмульсии взрыво- и пожаробезопасны. При наличии в эмульсиях таких растворителей, как трихлорэтилен и метиленхлорид, их можно использовать не только для обезжиривания, но и для удаления старых красок.

Обезжиривание с помощью ультразвука. Обезжиривание растворителями, щелочными и эмульсионными моющими составами ускоряется при проведении процесса в ультразвуковом поле. Этот способ очистки нашел применение для удаления из изделий небольших размеров с глубокими или глухими отверстиями масла, нагара, остатков полировочных паст и других загрязнений. Ультразвуковой метод очистки основан на создании высокочастотных колебаний в жидкостях, применяемых в качестве моющих растворов. Сообщаемые жидкостям колебания обладают большой механической энергией, обеспечивающей разрушение и отрыв частичек загрязнений при непрерывной подаче раствора на поверхность изделий. В зависимости от состава и свойств загрязнений процесс может длиться от нескольких секунд до нескольких минут. Ультразвуковую очистку проводят в специальных ваннах, снабженных магнито- стрикционными, пьезокерамическими или ферритовыми преобразователями. Наиболее распространены ультразвуковые ванны УЗВ-15м, УЗВ-16м и УЗВ-18м.

Травление. Окалину, ржавчину и другие оксиды чаще всего удаляют с поверхности металлов травлением в растворах кислот. Для черных металлов в качестве травильных растворов наиболее широко используют серную, соляную и ортофосфор- ную кислоты с различными добавками. На углеродистых сталях окалина состоит из нескольких слоев оксидов железа — FeO, Fe3O4 и Fe2O3.

Оксиды железа растворимы в минеральных кислотах; особенно хорошо растворим оксид FeO, который стравливается в первую очередь и способствует отслаиванию лежащих выше слоев.

Растворение окалины протекает по химическому и электрохимическому механизмам. Процесс растворения можно разделить на четыре периода. В первый период происходит пропитка окалины кислотой, незначительное растворение оксидов и металла на дне пор и трещин в окалине; металл при этом практически не растворяется. Во втором периоде продолжается пропитка окалины раствором кислоты и начинается химическое и электрохимическое растворение оксидов. В конце периода возможно протекание нового процесса — отложения солей продуктов коррозии в порах и трещинах. Третий период, в течение которого удаляется около 70% окалины, характеризуется высокими скоростями растворения окалины. В середине периода начинает выделяться водород, разрыхляющий и отрывающий ¦окалину. Растворение стали происходит преимущественно в результате работы гальванических пар металл — окалина; кроме того, протекает коррозия металла с водородной деполяризацией. В четвертом периоде происходит электрохимическое растворение остатков окалины и отслаивание водородом труднорастворимой составляющей окалины Fe3O4. За этот период удаляется 25—30% окалины и происходит интенсивное растворение металла.

Следует отметить, что растворимость оксидов металлов и скорость растворения окалины в соляной кислоте выше, чем в серной, при равной концентрации. Кроме того, она менее активно реагирует с железом, поэтому потери металла при травлении в соляной кислоте несколько меньше. В соляной кислоте удаление окалины происходит преимущественно за счет ее растворения, тогда как в серной кислоте — в основном за счет ее отрыва от поверхности в результате подтравливания металла и разрыхления окалины выделяющимся водородом.

Для уменьшения растворения металла и его наводоражива- ния в состав травильных растворов вводят ингибиторы коррозии: катапин, ЧМ, БА-6, ПКУ, И-1-А и др.

Травление металлов в фосфорной кислоте проводят значительно реже, чем в серной и соляной, из-за ее меньшей активности и более высокой стоимости. Фосфорную кислоту используют для удаления ржавчины при небольших степенях загрязнения металла. В этом случае пригодны разбавленные (I— 2%-ные) растворы H3PO4, которые наряду с растворением оксидов вызывают пассивирование металла — образование на поверхности нерастворимых фосфатов железа. Преимуществом применения фосфорной кислоты является также то, что после обработки этой кислотой не требуется столь тщательная промывка металла, как при использовании серной и соляной кислот.

Травление металла проводят в ваннах и струйных камерах. В последнем случае применяются травильные растворы более низкой концентрации, а процесс проводится при более высоких температурах. Производительность при этом значительно возрастает.

Для удаления продуктов коррозии с поверхности крупногабаритных изделий применяют специальные жидкие или вязкие

составы (пасты). Их приготовляют путем введения в жидкие травильные растворы наполнителей (инфузорной земли, асбеста, каолина) и полимеров. Пасты наносят на поверхность шпателем и выдерживают I—6 ч. После этого поверхность промывают водой, наносят пассивирующую пасту и через 0,5 ч снова промывают и высушивают.

Удаление старых покрытий. Химический способ удаления с поверхности изделия старых покрытий основан на растворении, набухании или химическом разрушении пленки, т. е. превращении пленки в состояние, при котором она легко может быть снята с поверхности механическим путем.

Для удаления покрытий применяют смывки, а также некоторые эмульсии. Как правило, смывки состоят из органических растворителей, загустителей, замедлителей испарения и эмульгаторов. Для предотвращения стекания наносимых на поверхности смывок в них вводят загустители, например нитрат целлюлозы, этил- и метил-целлюлозу, а для замедления улетучивания в смывки вводят небольшие количества воскообразных веществ, чаще всего парафин. В этом случае требуется дополнительная промывка поверхности органическими растворителями для удаления остатков парафина.

В качестве растворителей в основном применяют метилен- хлорид вместе со спиртами, кетонами и сложными эфирами. В некоторые смывки с целью ускорения проникновения в старые покрытия вводят кислоты.

Отечественной промышленностью выпускаются смывки следующих марок: СД(СП), АФТ-1, СП-6 и СП-7, СПС-1. Органические смывки наносят на поверхность шпателем. Через 5—30 мин после нанесенкя набухшее покрытие удаляют механически или смывают струей воды.

Фосфатирование поверхности — способ подготовки поверхности, заключающийся в создании на металле пленки, состоящей из нерастворимых фосфатов, которые в-сочетании с лакокрасочной пленкой обеспечивают повышенную стойкость покрытию. Мелкокристаллическая структура фосфатной пленки способствует хорошей впитываемости лакокрасочных материалов и тем самым улучшает их адгезию. Кроме того, при местном повреждении лакокрасочной пленки и фосфатного слоя распространение ржавчины локализуется, тогда как на нефосфатиро- ванном металле ржавчина быстро распространяется под пленкой краски. В основном фосфатированию подвергают сталь, цинк и оцинкованную сталь.

Фосфатирование проводят окунанием изделия в ванну с фос- фатирующим раствором или распылением раствора в струйной камере. Последний способ предпочтительнее, так как при его использовании равномерность фосфатного слоя по толщине возрастает, уменьшается масса покрытия; при этом образуется более плотный слой.

Наибольшее применение в промышленности получили цин-

кофосфатные растворы, в которых содержатся монофосфат цинка, азотная и фосфорная кислоты. Выпускаются также и готовые к применению жидкие фосфатирующие концентраты: КФ-1, КФ-3, КФА-4А и др.

После фосфатирования проводится промывка изделий водой, а затем пассивирование поверхности.

Анодное окисление. Лакокрасочные материалы имеют плохую адгезию к алюминиевым сплавам, особенно в условиях повышенной влажности. Для улучшения адгезии и повышения защитных свойств лакокрасочных покрытий алюминиевые сплавы подвергают анодному окислению. Анодным окислением, или анодированием, называют процесс электрохимической обработки алюминия и его сплавов в электролите для получения на поверхности оксидной пленки. В качестве электролитов применяют серную кислоту, реже — хромовую и щавелевую кислоты.

Основным способом анодного окисления деталей из алюминиевых сплавов является сернокислотный. К преимуществам этого способа по сравнению с другими относят наибольшую скорость оксидирования, более низкую стоимость электролита и меньший расход электроэнергии. В серной кислоте анодируют листовой материал, деформируемые сплавы всех марок и механически обработанные детали. Этот способ не пригоден для оксидирования деталей, имеющих клепаные соединения, сборочные узлы, состоящие из разных металлов, а также литые детали с порами.

Кроме анодирования в серной кислоте применяют метод анодного оксидирования в хромовой кислоте. Его используют для подготовки деталей из литейных сплавов. В растворе хромовой кислоты не рекомендуется анодировать сплавы, в которых содержание меди превышает 6%. Медь растворяется в хромовой кислоте быстрее, чем в серной, поэтому получаемая оксидная пленка обладает недостаточными защитными свойствами.

Анодирование деталей в хромовой кислоте проводят так же, как и в серной. Поскольку электропроводность растворов хромовой кислоты ниже, чем электропроводность растворов серной кислоты, необходимо применять более высокое напряжение и подогрев электролита. Образующиеся при оксидировании бесцветные или серые анодные пленки обладают небольшой толщиной (3 мкм), но они более плотны, чем пленки, получаемые в серной кислоте. Адгезия лакокрасочных покрытий к поверхностям, анодированным в серной или хромовой кислоте, примерно одинакова.

Химическое оксидирование, или хроматирование, находит широкое применение. Цель оксидирования —улучшение декоративных и защитных свойств металлов. Образующиеся на поверхности металла покрытия способствуют значительному повышению адгезии лакокрасочных материалов. Преимуществами этого способа по сравнению с анодированием являются простота, экономичность и малая продолжительность процесса. Покрытия, получаемые химическим оксидированием, используют не только как подслой для лакокрасочных покрытий, но и для временной защиты деталей при хранении на отапливаемых складах. Оксидированию подвергают как черные, так и цветные металлы. Оксидные покрытия применяют в комбинации с лакокрасочными покрытиями и самостоятельно. По защитной способности они значительно уступают фосфатным, поэтому оксидирование чаще применяют при подготовке под окраску поверхности цветных металлоз; черные металлы преимущественно фосфатируют.

Из цветных металлов химическому оксидированию чаще всего подвергают алюминий, магний, медь, цинк и их сплавы. В качестве окислителей применяют хромовую кислоту и ее соли, нитриты и ^персульфаты щелочных металлов. Оксидирование проводят в кислой или щелочной среде; продолжительность оксидирования при 15—20 0C составляет 10—20 мин. После оксидирования детали промывают в холодной, затем в теплой воде, после чего сушат при температуре не выше 60 0C или обдувают теплым воздухом.

Способы нанесения лакокрасочных материалов

Ручные способы нанесения лакокрасочных материалов— кистью, ручными валиками, тампонами, а также с использованием аэрозольных баллонов — применяют при небольших объемах окрасочных работ, преимущественно в быту. В ряде отраслей машиностроения также применяют ручные способы окрашивания — при применении материалов, содержащих высокотоксичные компоненты, например свинцового сурика, соединений меди и др.

Ручные способы окрашивания экономичны. К их недостаткам можно отнести невысокую производительность и большую трудоемкость.

Окунание и облив применяют главным образом для получения грунтовочных и однослойных покрытий на изделиях различной сложности.

Принцип нанесения окунанием и обливом основан на смачивании окрашиваемой поверхности жидким лакокрасочным материалом и удержании его на ней в тонком слое за счет вязкости материала и адгезии. Достоинствами этого способа является простота применяемого оборудования и хорошее качество получаемых покрытий. К недостаткам этих способов можно отнести относительно большие потери материалов и некоторую неравномерность толщины покрытий по высоте. Этого можно избежать при выдерживании свежеокрашенных изделий в парах растворителей. Такой способ, называемый струйным обливом, нашел широкое применение на предприятиях сельскохозяйственного, тракторного и транспортного машиностроения. Он явля- егся одним из самых высокопроизводительных способов нанесения лакокрасочных материалов, обеспечивающих хорошие санитарно-гигиенические условия труда.

Сущность метода струйного облива с последующей выдержкой изделий в парах растворителей заключается в следующем. Изделия на подвесном конвейере движутся внутри установки. При прохождении изделий через зону окрашивания они обливаются лакокрасочными материалами из системы сопл. В паровой зоне туннеля поддерживается концентрация паров растворителей в пределах 15—20 мг/л. В этих условиях испарение растворителей из свежеокрасочных изделий замедляется, что способствует растеканию лакокрасочного материала по окрашиваемой поверхности и образованию более равномерного по толщине покрытия, чем при окупании.

Пневматическое распыление — один из наиболее распространенных способов окраски. Этим способом наносят около 70% производимых лакокрасочных материалов. При пневматическом распылении лакокрасочный материал дробится струей сжатого воздуха. Образовавшийся аэрозоль при столкновении с изделием коагулирует, и на поверхности изделия оседает слой наносимого материала. Этим способом можно наносить на поверхность равномерные слои грунтовки, лака, эмали (в том числе быстросохнущие), производить окрашивание по недосушенным грунтовкам или слою краски, имеющему «отлип».

К недостаткам метода пневматического распыления можно отнести туманообразование, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и приводит к значительным потерям лакокрасочных материалов (до 25—55%). Кроме того, при его применении возрастает расход растворителей на доведение лакокрасочного материала до требуемой вязкости.

При пневмораспылении температура лакокрасочных материалов при выходе из сопла форсунки резко понижается. Это связано с адиабатическим расширением воздуха и испарением растворителей. Снижение температуры в зоне распыления и частичное улетучивание растворителей приводит к значительному повышению вязкости распыленного материала, что препятствует его растеканию. Поэтому нередко приходится наносить лаки и краски с заведомо более низкой вязкостью (разбавленные большим количеством растворителя). Вязкость может быть снижена путем подогрева лакокрасочных материалов или поверхности, на которую они наносятся.

Нагревание лакокрасочных материалов позволяет значительно повысить эффективность и экономичность процесса окраски изделий. Благодаря снижению вязкости при нагревании появляется возможность применять более вязкие материалы, не прибегая к их дополнительному разведению растворителями.

Для нанесения подогретых лакокрасочных материалов применяют стационарные установки типа УГО и краскораспылители, снабженные портативными нагревателями.

Для нанесения лакокрасочных материалов применяют ручные краскораспылители различных марок: КР-Ю, КРУ-1М, 0-45, ЗИЛ, ГАЗ, KPM1 С-592 и др. Способ нанесения лакокрасочных материалов ручными краскораспылителями имеет много недостатков, поскольку производительность и качество окраски во многом определяются работой аппаратчика. Поэтому при поточном производстве изделий, имеющих одинаковые размеры и относительно правильную форму, рекомендуется применять автоматические краскораспылители, снабженные исполнительными механизмами для автоматического включения и выключения. В машиностроении наиболее широко используют автоматический краскораспылитель KA-1.

Безвоздушное распыление. По этому методу лакокрасочный материал распыляется под воздействием высокого гидравлического давления, создаваемого насосом во внутренней полости распыляющего устройства и вытесняющего лакокрасочный материал через отверстие сопла. При этом потенциальная энергия лакокрасочного материала, находящегося под давлением, при выходе его в атмосферу переходит в кинетическую, и диспергированный лакокрасочный материал движется по направлению к окрашиваемому изделию. При выходе лакокрасочного материала из сопла распылителя со скоростью, превосходящей критическую для данной вязкости, легколетучая часть растворителя, входящего в состав лакокрасочного материала, интенсивно испаряется, что сопровождается значительным увеличением объема материала и его дополнительным диспергированием.

Применение метода безвоздушного распыления под высоким давлением лакокрасочных материалов благодаря уменьшению потерь на туманообразование позволяет уменьшить расход лакокрасочных материалов (на 20%) и растворителей за счет более высокой вязкости материалов. К недостаткам метода следует отнести трудность применения его для окраски изделий сложной конфигурации.

Методом безвоздушного распыления можно наносить лакокрасочные материалы краскораспылителями как с подогревом (УБР-3), так и без подогрева (Факел-3; Радуга-0,63П; ВИЗА-1; ВИЗА-2; КИТ-1654). Установка КИТ-1654 применяется также для нанесения высоковязких составов, мастик и тиксотропных материалов.

Электростатическое распыление. Принцип метода окрашивания в электрическом поле высокого напряжения заключается в следующем. Между двумя электродами, находящимися под напряжением и расположенными на некотором расстоянии друг от друга, создается электрическое поле. Одним из электродов является окрашиваемое изделие (положительный заземленный электрод), а другим — коронирующий (отрицательный) электрод. В создавшееся между ними постоянное электрическое поле высокого напряжения вводят распыленный лакокрасочный материал, частицы которого, заряжаясь от ионизированного воздуха или кромки электрода, движутся по силовым линиям электрического поля и осаждаются на заземленном изделии, образуя на его поверхности равномерное покрытие.

В электрическом поле можно распылять только лакокрасочные материалы, обладающие определенными электрическими свойствами (например, удельное объемное сопротивление — I ¦ IO6—I • IO7 Ом -см; диэлектрическая проницаемость 6—10).

Для окраски изделий в электрическом поле применяют ручные электростатические распылители или распылительные устройства, смонтированные стационарно на отдельных стойках.

Электроосаждение — один из наиболее перспективных способов нанесения лакокрасочных материалов, заключающийся в осаждении лакокрасочного материала в виде концентрированного осадка на поверхности изделий под воздействием постоянного электрического тока. Осаждение осуществляется в результате придания частицам лакокрасочного материала, находящимся в электропроводящей жидкой среде, электрического заряда, противоположного по знаку заряду покрываемого изделия. Если лакокрасочный материал способен в данной среде переходить в ионное состояние, то его перенос осуществляется за счет заряда ионов — катионов, или анионов. В зависимости от того, чем служит окрашиваемое изделие — анодом или катодом — различают анодное осаждение (анафорез) или катодное (катафорез). Необходимым условием для электроосаждения является наличие электропроводящей среды. Этим способом наносят водные и органодисперсии полимеров и олигомеров.

В промышленности наиболее широко используется метод анодного электроосаждения, при котором изделие, находящееся в ванне, является анодом, а корпус ванны — катодом. Все большее применение начинает получать метод катодного электроосаждения. При данном методе окрашиваемое изделие является катодом, а в качестве анода применяются специальные пластины; ванна при этом заземляется. Применяя метод катодного осаждения, удается получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью и равномерное по толщине. Объясняется это тем, что при катодном осаждении не протекает окислительная реакция связующих с кислородом, поскольку на катоде выделяется водород.

Автофоретическое осаждение-- новый способ нанесения дисперсионных лакокрасочных материалов без применения электрического тока. Способ основан на «пристенной» коагуляции водных дисперсий (латексов) плеикообразующих веществ, стабилизированных ионогенными ПАВ, путем создания градиента концентрации электролита на границе поверхность — среда. Для получения покрытий этим способом используют ла- тексы различных пленкообразователей. Электролитами служат неорганические и органические кислоты фтористоводородная, фосфорная, винная и др. Скорость растворения металла и стабильность дисперсий регулируют введением окислителей, ПАВ,

а также применением различных способов подготовки поверхности металла.

Главные достоинства этого способа — высокая сплошность покрытий, отсутствие затрат электроэнергии и возможность получения покрытий на изделиях любой сложности.

Нанесение порошковых лакокрасочных материалов

Все приведенные выше способы нанесения применимы к жидким лакокрасочным материалам. Нанесение п о- рошковых лакокрасочных материалов основано на их способности легко превращаться в аэрозоли, которые осаждаются на твердой поверхности в результате электризации аэрозольных частиц; контактирования аэрозоля с нагретой поверхностью; контактирования аэрозоля с липкой поверхностью подложки; конденсации аэрозоля на холодной поверхности.

Порошковые лакокрасочные материалы наносятся газопламенным методом, в псевдоожиженном слое, в электрическом поле и плазменным методом.

Метод газопламенного напыления заключается в том, что струя сжатого воздуха со взвешенными в ней частицами полимеров пропускается через пламя кислородно-ацетиленовой горелки. При этом частицы полимера нагреваются, расплавляются и струей воздуха направляются на нагретую поверхность. Прилипая к поверхности, частицы сплавляются и образуют сплошное покрытие, имеющее хорошую адгезию к металлу. Для газопламенного напыления применяется установка типа УПН.

Преимущество газопламенного напыления состоит в том, что при применении этого метода отпадает необходимость в растворителях и сушке покрытий.

Нанесение в псевдоожиженном слое. Детали, нагретые выше температуры плавления полимеров, погружаются в аппарат с пористым дном, где с помощью воздуха создается псевдоожиженный слой порошка. При этом на поверхности деталей образуется-равномерное покрытие.

Нанесение в электрическом поле. Полимер в виде порошка поступает в зону электрического поля высокого напряжения, приобретает заряд соответствующей полярности и осаждается Iia металлической поверхности, которая имеет противоположный заряд. Полимер можно наносить автоматическими и ручными электростатическими распылителями; в ионизированном псевдоожиженном слое; в облаке заряженных частиц.

Плазменный метод нанесения состоит в том, что порошковый материал нагревается в потоке плазмы, имеющей температуру до 8000 °С, и, расплавляясь, с большой скоростью наносится на обрабатываемую поверхность. Плазму получают при пропускании инертного газа (аргона, гелия, азота) через вольтову дугу. Быстрый нагрев (в течение нескольких секунд)' в среде инертного газа позволяет предотвратить разложение полимера. При этом методе для нанесения лакокрасочного материала применяют плазменные распылители.

Способы отверждения покрытий

Процесс отверждения покрытий из лакокрасочных систем может проводиться в естественных условиях при температуре окружающего воздуха и в искусственно созданных условиях— при тепловом и радиационном воздействии на материал.

При выборе способа и режима отверждения (сушки) покрытий учитывают многие факторы: вид лакокрасочного материала, характер подложки, размеры и степень сложности покрываемого изделия, поточность производства и др. При этом следует учитывать экономичность, производительность, трудоемкость и энергоемкость метода и возможность получения покрытий высокого качества.

Отверждение в естественных условиях применяется в основном для быстросохнущих покрытий. Его можно использовать также и для некоторых «необратимых» покрытий (алкидных, эпоксидных, полиуретановых), особенно в тех случаях, когда покрытия наносят на крупные изделия, не помещающиеся в сушильные камеры, а также на изделия, в которых имеются неметаллические детали (резиновые, пластмассовые), не допускающие сушки при повышенных температурах.

Процесс сушки значительно ускоряется при непрерывной циркуляции воздуха, который уносит с поверхности окрашиваемого изделия пары растворителя. Однако скорость испарения растворителей не должна быть чрезмерно большой, так как в покрытии могут возникнуть внутренние напряжения, отрицательно влияющие на его свойства. Кроме того, при слишком быстром удалении растворителей из верхнего слоя покрытия вязкость этого слоя резко возрастает, и образуется поверхностная пленка, что затрудняет удаление растворителя из нижних слоев. При дальнейшей сушке пары оставшегося растворителя, стремясь улетучиться, раздувают образовавшуюся пленку, и в ней появляются мелкие пузыри, поры и другие дефекты. Режим сушки покрытия подбирают таким образом, чтобы улетучивание растворителей происходило постепенно:              в              начале              сушки

должны испаряться быстро улетучивающиеся растворители, а затем высококипящие растворители.

Отверждение в искусственно созданных условиях. Для ускорения формирования покрытий применяется нагревание. По способу подвода тепла к покрытию различают следующие способы отверждения:              конвективный, терморадиационный, индукцион

ный.

Конвективный способ отверждения осуществляется за счет передачи тёплоты от окружающего воздуха или топочных газов. Теплота, передаваемая поверхности, постепенно распространяется внутрь пленки, поэтому затвердевание покрытия происходит с поверхности раздела пленка — газовая среда.

Вследствие низкой теплопроводности газов в конвективной передаче теплоты покрытию принимают участие лишь слой, непосредственно контактирующие с изделием. Для улучшения теплопередачи рекомендуется перемешивание нагретых газов, что вызывает дополнительную затрату энергии. Следовательно, конвективный способ отверждения является малоэффективным и энергоемким. Однако широкое применение этого способа объясняется его универсальностью (пригоден для отверждения любых лакокрасочных материалов), равномерностью нагрева, простотой конструкции и легкостью эксплуатации сушильных установок."

Для конвективного отверждения применяют сушилки периодического (тупиковые или камерные) и непрерывного действия (проходные или коридорные), оборудованные тепловентиляционными агрегатами. По типу теплоносителя сушилки подразделяются на паровые, электрические, пароэлектрические, газовые.

Терморадиационный способ отверждения основан на использовании луччстой энергии, испускаемой нагретыми телами (лампы накаливания, металлические и керамические плиты, спирали, газовые горелки и др.). '

Степень восприятия лакокрасочными материалами лучистой энергии с различной длиной волны неодинакова, соответственно различен и эффект ее действия при отверждении. Непигмен- тированные жидкие лакокрасочные материалы, а также твердые покрытия в слоях до 50 мкм достаточно проницаемы для ИК- лучей; при этом проницаемость уменьшается с увеличением длины волны. Эта закономерность сохраняется и для порошковых материалов. По мере формирования покрытий проницаемость порошковых пленкообразователей для ИК-лучей резко возрастает.

На терморадиационное отверждение покрытий влияют и такие факторы как масса и теплофизические свойства материала подложки, мощность излучателя, его расстояние от окрашиваемой поверхности. На толстостенных подложках с большой теплопроводностью покрытия формируются медленнее, чем на тонкостенных с малой теплопроводностью.

При терморадиационном отверждении существенно ускоряется подвод теплоты к изделию, в результате чего резко сокращается стадия подъема температуры окрашенного изделия. Нагревание слоя лакокрасочного материала осуществляется не снаружи, а изнутри, от подложки, что обеспечивает беспрепятственный выход летучих продуктов из пленки. Благодаря этому существенно ускоряется процесс формирования покрытий:              при

терморадиационном нагреве продолжительность отверждения

по сравнению с конвективным способом сокращается в 2              10 раз.

Для отверждения покрытий под действием ИК-излучения применяют сушильные камеры непрерывного и периодического действия. В качестве источников излучения используют специальные лампы накаливания, панельно-плиточные нагреватели, трубчатые электрические нагреватели с алюминиевыми рефлекторами и др.

Индукционный способ отверждения основан на том, что окрашенное изделие помещают в переменное электромагнитное поле токов различных частот. Нагрев происходит за счет вихревых токов, индуцируемых в подложке из ферромагнитных материалов. Для отверждения покрытий применяют сушильные установки в виде металлических щитов или камер, в которых смонтированы кассеты с набором нагревательных элементов — индукторов. При прохождении переменного тока по виткам индуктора создается мощное пульсирующее магнитное поле. Если в непосредственной близости от индукторов поместить окрашенное изделие, то оно будет нагреваться, передавая тепло покрытию. Нагрев можно производить с любой скоростью и до любой температуры. Обычно отверждение покрытий проводят при 100—300 °С. Продолжительность сушки покрытий (например, алкидных) составляет 5—30 мин.

Установки с индукционным обогревом применяют в промышленности для отверждения покрытий на вагонах, контейнерах, стальной ленте, проволоке и других изделиях.