Эффект клетки Фарадея при окраске порошком

Большие ровные поверхности представляют собой отличный объект для сильных электрических полей, создаваемых системой коронного разряда. Те же силы, которые обеспечивают эффективность осаждения на больших ровных поверхностях, могут способствовать появлению некоторых проблем с предметами, имеющими более сложную геометрию. Это создаёт феномен, известный как эффект клетки Фарадея, названного в честь Майкла Фарадея, который провёл множество экспериментов в области статического электричества. Зона Фарадея  - это внутренние углы и впадины, которые сопротивляются осаждению порошковой краски.

Электростатические силовые линии стремятся концентрироваться на краях впадин, так как там меньше сопротивления электрическим силам, чем внутри впадин. Порошок быстро накапливается на краях, следуя за силовыми линиями поля, а во впадинах остаётся намного меньше порошка.

Поскольку порошок преимущественно накапливается на острых краях и выпуклых заземлённых местах, он создаёт поле изображения на поверхности предмета и начинает становиться самоограничивающим. Вдобавок проводящая поверхность предмета защищает внутренние углы от электростатического поля, создаваемого пистолетом. Кроме того, воздух, переносящих порошок, часто образует вихрь внутри зоны клетки Фарадея, разметая порошок в стороны. Эта комбинация сил делает покрытие впадин одной из самых сложных задач, стоящих перед человеком, наносящим покрытие. Единственная сила, которая способствует осаждению внутри впадин – это поле, создаваемое пространственным зарядом порошковых частиц, которые приносятся воздушным потоком внутрь впадины.

Поскольку силовые линии поля от разрядного электрода следуют по пути наименьшего сопротивления к передним кромкам впадины, в этих зонах быстро развивается сила поля. В результате образуется немного положительных ионов, которые уменьшают зарядную силу тех частиц, которые проходят края и проникают дальше во впадину. Когда это происходит, кумулятивного пространственного заряда частиц, которые проходят через передние кромки зоны Фарадея, становится недостаточно для притяжения порошка к металлической поверхности. Эта проблема имеет прямое отношение к накоплению свободных ионов на поверхности предмета. Проблема с проникновением во внутренние углы намного сложнее в ситуациях, когда предмет плохо заземлён. Многие пользователи, наносящие покрытие, регулярно не проверяют заземление предмета. Проверка заземления должна быть рутинной операцией в ежедневной работе с порошковой системой.

Большинство коронных пистолетов обеспечивают отрицательный заряд. Порошковая частица проникает в пистолет в нейтральном положении,  свободные ионы,

присутствующие в коронном поле, добавляют дополнительные электроны к порошковой частице. Повинуясь своей природе, частицы притягиваются к заземлённому источнику, чтобы разрядить эти электроны и вновь обрести нейтральность. Вот что заставляет порошок прилипать к рабочей поверхности.

Фазы в последовательности зарядов отрицательно заряженного коронного пистолета:

• высокое напряжение поступает к электроду в наконечнике пистолета

• концентрированное напряжение создаёт электрическое поле

• электрическое поле вызывает ионизацию воздуха

• ионизированный воздух образует корону

• корона выпускает электроны

• электроны собираются на кислородных молекулах для образования отрицательных ионов

• эти ионы следуют за силовыми линиями поля, образованными вольтажным разрядом

• порошковые частицы деформируют поле вокруг них

• деформированные силовые линии полей направляют ионы к порошковым частицам

• как только ионы сталкиваются с порошковыми частицами, электроны смещаются, придавая частицам отрицательный заряд.

Успех данного процесса зависит от многих переменных. Наиболее сильное влияние на заряд оказывает сила поля, размер и форма частиц и период времени, который частица проводит в зарядной зоне. Единичная порошковая частица имеет очень малую массу. Некоторые частицы не заряжаются, а некоторые зависят от потока воздуха и других сил. Но многие частицы заряжаются и ищут заземление. Для эффективного перемещения важно, чтобы объект нанесения покрытия был наиболее выступающим заземлённым предметом в зоне разряда.

Большинство порошковых веществ являются сильными диэлектриками. Как только они зарядились, заряд немедленно не исчезает. Как только порошковые частицы достигают заземлённой поверхности, они индуцируют на внутренней стороне металла заряд такой же силы и противоположной полярности. Электроны внутри металла освобождают пространство, оставляя положительный заряд, который притягивает отрицательно заряженное порошковое вещество. Данный заряд в металле обычно называется «зеркальный заряд». Противоположные заряды притягиваются друг к другу и прикрепляют порошковые частицы  к металлической поверхности. Они также образуют между ними другое электрическое поле. Крупные порошковые частицы с более высоким зарядом способствуют созданию более сильного электрического поля между ними и поверхностью предмета.

Крупные порошковые частицы обычно образуют более сильный заряд, чем мелкие. Поскольку они накапливаются на поверхности, они могут создать сопротивление осаждению мелких частиц, имеющих слабый заряд. Это один из факторов, который может вызвать образование «апельсиновой корки», слабо текстурного вида толстой порошковой плёнки после отверждения. Это, в частности, обязательно происходит, если порошок не остаётся в разжижающем цикле достаточно долго для того, чтобы помочь плёнке выровняться.