Порошковое покрытие CARC

CARC – Chemical Agent Resistant Coating – это покрытие, устойчивое к химическим веществам, легко отмываемое от химических и биологических веществ и снижающее тепловую сигнатуру.

Американские военные машины окрашивают по многим причинам: начиная от маскировки с помощью камуфляжной окраски для пустынного ландшафта, заканчивая специальной ИК-сигнатурой, которая снижает вероятность обнаружения в полевых условиях.

Военные покрытия также защищают металлические поверхности машин от природных воздействий.

В 1974 году армия США начала разрабатывать покрытия с учетом нового воздействия; они должны были защитить американские войска от вредных химических и биологических веществ.

Защитные покрытия, устойчивые к химическим веществам (CARC), препятствуют поглощению химических веществ, что упрощает очистку транспортных средств от загрязнений, благодаря чему техника быстро возвращается в бой и повышает готовность боевых сил. Армия затребовала покрытия CARC с 1983 года, поскольку они помогали маскировать и перемещать боевые транспортные средства.

Традиционно покрытия CARC были жидкими органорастворимыми и водорастворимыми красками. Однако согласно отчетам Министерства обороны США жидкие отделочные покрытия выделяли примерно 1,5 миллиона грамм летучих органических веществ (ЛОВ) и опасных загрязнителей воздуха в год.

Поэтому, как и многие производители в частном секторе, Министерство обороны активно занималось поисками альтернативных технологий нанесения покрытий, включая порошковые покрытия, чтобы уменьшить воздействие CARC на окружающую среду.

Основные проблемы в разработке порошковых покрытий CARC заключались в обеспечении стойкости к большому количеству химических веществ и долговечности при крайне низком уровне блеска.

В последние годы покрытия CARC получили широкое применение для высокоподвижных многоцелевых колёсных транспортных средств (Хамви). (Хамви – HMMWV – иногда неточно называют гражданским «Хаммером»).

Из-за возросшего применения боевых средств, например, мин, фугасных мин и других самодельных взрывных устройств, Министерство обороны начало использовать для Хамви дополнительную броню, чтобы защитить их в бою.

Летом 2016 г. армия впервые начала улучшать броневую защиту Хамви с использованием порошковых покрытий CARC.

“Мы покрываем броней, главным образом, транспортные и тактические автомобили”, – говорит Шиви Дхиллон, президент компании SunDial Powder Coating, Лос-Анджелес, Калифорния.

“Это толстолистовая сталь весом в сто и более килограмм. Эти крупные куски металла защищают от шрапнели, обстрелов, взрывов, СВУ и являются неотъемлемой частью защиты пассажиров”. Компания Шиви Дхиллона сейчас восстанавливает бронеэлементы для Хамви с помощью одобренных порошковых покрытий CARC, произведенных компанией Hentzen Powder Coatings.

“Толщина этих бронеэлементов обычно варьируется от 1,25 до 2 см стали, которая закрепляется снаружи Хамви и обеспечивает сохранность транспортного средства”, – объясняет Джон Морт, управляющий директор по международному сбыту аэрокосмической и оборонной продукции компании Hentzen Coatings.

“После того, как транспортные средства побывали в бою, броня становится довольно изношенной. Это может привести к повреждению старого покрытия CARC. Оно деформируется и требует ремонта”, – добавляет Дхиллон. Компания SunDial каждую неделю восстанавливает огромные партии деталей. Броня зачищается до оголенного металла, повторно покрывается порошковым покрытием CARC и возвращается на армейский склад, там сортируется на комплекты и поступает в воинские части по всему миру, где вновь устанавливается на военные автомобили.

Хотя применение порошковых покрытий CARC уже давно одобрено, до настоящего момента порошки составляли лишь небольшую часть (по оценкам, около 5%) всех покрытий CARC.

Во многих случаях порошковые покрытия используются только в качестве грунтовки для жидких верхних слоев CARC.

“Размер и объем этого проекта по улучшению бронезащиты – это огромный шаг вперед”, – говорит Морт. “Эти детали не похожи на мелкий металлический крепеж; это существенные куски металла, которые зачастую весят по сто и больше килограмм каждая, что делает это одним из крупнейших текущих проектов CARC, известных мне, будь то жидкие или порошковые покрытия”.

“На ранних этапах процесса мы посещали армейский склад”, – вспоминает Дхиллон. “Когда мы впервые увидели материал, это заставило нас понервничать. Там были миллионы килограмм стали, которую требовалось отремонтировать и сдать обратно в эксплуатацию. Периодически кто-то наносил порошковое покрытие на разные изделия вроде небольших коробок, но этот проект был самым крупным, первым в своем роде".

Морт соглашается: “Этот проект действительно меняет правила игры. Порошковые покрытия CARC перестали быть узкоспециализированными, теперь это стандартный коммерчески доступный продукт. Это мейнстрим”.

Поскольку компания SunDial находится на западном побережье, ее представители сначала обратились к поставщикам порошковых составов, с которыми уже сотрудничали в предыдущих проектах.

“Мы звонили в поисках порошка CARC и некоторые поставщики сказали, что готовы сотрудничать”, – вспоминает Дхиллон. “Но на деле, когда мы получили заказ, они оказались не готовы”.

Морт добавляет: “Некоторые поставщики, работающие над порошковыми покрытиями CARC, не могли получить одобренный продукт вовремя. Представители SunDial обратились к нам, потому что в Hentzen уже получили одобрение по требуемым цветам и укладывались в армейский график”.

Компания Hentzen является основным поставщиком жидких и порошковых покрытий CARC с конца 1970-х годов.

“Военные покрытия были для нас весьма узконаправленными”, – говорит Морт. “Спецификации на жидкие покрытия CARC в значительной мере составлялись на основе некоторых из наших продуктов. В то время как правительство вкладывает много денег и времени в попытках стимулировать исследования порошковых покрытий CARC, мы работаем над этим за счет собственных, негосударственных средств, стараясь всегда оставаться прогрессивными и оперативно реагировать на любые изменения. Поэтому мы очень гордимся своим участием в таком значительном проекте по применению порошковых покрытий CARC”.

“Когда мы впервые разговаривали с представителями Hentzen об этом проекте, я понял, что они думают, будто это будет очередной проект по поставке пары коробок или, может быть, нескольких сотен килограмм порошка”, – рассказывает Дхиллон.

”Я сказал: "Слушайте, нам потребуются довольно регулярные партии по 2 268 кг порошка CARC".

Они кивнули и ответили: "Конечно, без проблем". Мы израсходовали их запас за первую неделю. Вы можете подумать, что началось все немного сумбурно".

Hentzen быстро отреагировали, увеличили производственные мощности, ускорили отправку материалов и инвентаризацию, чтобы удовлетворить спрос SunDial.

“К тому моменту мы уже официально переросли начальный этап и находились на этапе активного развития в сфере порошковых покрытий CARC”, – вспоминает Морт.

“На складе хотели получить материал "прямо сейчас" и не готовы были ждать”, – говорит Дхиллон.

“Они сдвинули сроки, и потребности в поставках возросли в три раза. Все происходило в ускоренном темпе”.

Одно из основных затруднений компании SunDial заключалось в удалении старого жидкого покрытия CARC с брони.

“Сначала нам нужно было очистить детали до оголенного металла”, — объясняет Майк Кампизи, менеджер проекта SunDial.

“Поэтому мы обрабатывали броню, используя ручной процесс дробеструйной очистки оксидом алюминия”.

Чтобы поддерживать требуемый темп производства, компания SunDial использовала три большие дробеструйные камеры. Чтобы не отклоняться от графика поставок, компания SunDial перешла на круглосуточную работу, от трех до девяти смен в день, 5 дней в неделю.

После удаления старого жидкого покрытия CARC на детали снова наносили покрытие, используя двойной процесс, который предполагал нанесение порошкового грунтовочного слоя, затем порошкового верхнего слоя.

Металлические детали, прошедшие струйную обработку, вручную загружали на линию нанесения порошковых покрытий, для особо тяжелых деталей иногда использовали механическое подъемное устройство.

“Крепежные отверстия в деталях использовались для подвешивания”, – объясняет Кампизи. Транспортер SunDial представлял собой монорельсовую конструкцию двутаврового профиля с тележками, расположенными на расстоянии тридцати сантиметров друг от друга.

Поскольку грузоподъемность каждой тележки составляла 113 кг, система без проблем могла транспортировать крупные детали по 130-180 кг.

Перед нанесением порошкового покрытия детали должны были пройти очистку и предварительную обработку.

“То, что деталь уже была подвергнута дробеструйной обработке до оголенной стали, не означает, что она готова к покрытию”, – говорит Фрэнк Томпсон, технический руководитель по сбыту компании Chemetall US.

Нанесение порошкового покрытия CARC сопряжено с выполнением строгих требований.

Все лето 2016 года компания Chemetall работала в тесном сотрудничестве с SunDial над тем, чтобы заменить существующую систему с использованием фосфата железа на новый процесс предварительной обработки с использованием неорганического силан-циркониевого состава, который обеспечил бы требуемые характеристики и долговечность.

“В течение последних нескольких лет мы работали и с другими военными объектами по CARC, но это было первое применение порошкового покрытия CARC, с которым мы работали”, – говорит Томпсон.

“Компания SunDial использует наш продукт Oxsilan 9810/2, одобренный согласно федеральному стандарту методов очистки и предварительной подготовки железных поверхностей TT-C-490. Это означает, что Oxsilan 9810/2 является полноценной заменой предварительной подготовки поверхности с использованием фосфата цинка, утвержденной военными ведомствами”, – говорит Гари Нельсон, менеджер по управлению ценными бумагами компании Chemetall.

“Это произошло после завершения всесторонней трехлетней программы испытаний, запущенной в 2009 году”, – объясняет Нельсон.

В армии США провели испытания Oxsilan 9810/2 от компании Chemetall на адгезию, эластичность, водостойкость, воздействие солевого тумана, циклическую коррозию, воздействие окружающей среды и водородное охрупчивание и одобрили данный продукт.

“При совместном использовании с нашим щелочным бессиликатным очистителем Gardoclean S 5219, Oxsilan обеспечивает прекрасное грунтовое основание для порошкового покрытия”, – говорит Нельсон. “Мы работали над военными сферами применения, требующими использования фосфата цинка, и этот новый продукт показал себя гораздо лучше, чем фосфат цинка”, – говорит Томпсон. Однако процесс предварительной обработки тщательно контролируется.

“Если система предварительной подготовки не контролируется должным образом, это может привести к окислению и проблемам с поддержанием требуемого pH”, – замечает Кампизи.

Поэтому операторы SunDial регулярно выполняют титрование и контролируют проводимость, при этом в процессе используется электронная система измерения для пополнения реагентов.

“Модернизация процесса всегда требует усилий, – говорит Томпсон, – это нужно пережить”. Кампизи объясняет: “Что касается перехода с фосфата железа на новую силан-циркониевую технологию, нам пришлось удалять старое покрытие и ужесточить контроль по сравнению с тем, как работала система с фосфатом железа”.

Шестистадийная система предварительной обработки включает в себя стадию щелочной очистки, затем две стадии промывки деионизированной водой.

Затем очищенные детали поступают на четвертую стадию обработки силан-циркониевым покрытием Oxsilan 9810/2, за которым следует две дополнительных стадии промывки и вторая окончательная промывка деионизированной водой.

Очищенные, предварительно обработанные детали высушиваются с помощью нагретого воздуха для удаления остатков воды с поверхности. Теплые сухие детали поступают в камеру для нанесения порошковой грунтовки.

Окрасочная камера для ручного распыления с рекуператором излишков порошка имеет размер 2 м в высоту и 3 м в длину.

Два оператора находятся около отверстий на противоположных сторонах окрасочной камеры и наносят порошковое покрытие на бронеэлементы с помощью электростатических распылителей Gema, которые непрерывно движутся через камеру.

Порошковая грунтовка CARC (модифицированное эпоксидное порошковое покрытие) должно наноситься равномерно с толщиной покрытия примерно 50-75 мкм.

После нанесения грунтовки детали с порошковым покрытием поступают в конвекционную "печь гелеобразования".

На этой стадии под воздействием нагретого конвекционного воздуха порошковое покрытие плавится и растекается.

“Мы намеренно не полностью отверждаем порошок на данном этапе, чтобы улучшить адгезию верхнего слоя с грунтовкой. Это обеспечивает хорошее сцепление двух покрытий друг с другом”, – объясняет Кампизи.

Далее на частично отвержденные детали с грунтовым слоем наносят верхний слой модифицированного полиуретана с получением суммарной толщины пленки приблизительно 125 — 200 мкм.

Камера для нанесения верхнего порошкового слоя по конструкции аналогична распылительной камере для нанесения грунтовки, включающей элементы рекуперации излишков порошка, с двумя станциями для ручного распыления на противоположных сторонах и оборудованием для нанесения покрытий фирмы Gema.

Затем на бронеэлементы наносят покрытие песочного цвета, предназначенное для маскировки на горной и пустынной местности, “однако мы получили утверждение на все три цвета, требуемые для этого проекта, – говорит Морт, – песочный, зеленый и черный”.

После нанесения верхнего слоя CARC детали поступают в конвекционную печь для отверждения длиной 30 м, где они проходят термообработку при температуре выше 171°C, что обеспечивает полное отверждение верхнего слоя и грунтовки. После полного отверждения порошка детали охлаждают с помощью принудительно подаваемого наружного воздуха, выполняют проверку на наличие дефектов и готовят к отгрузке.

“Система SunDial представляет собой самое современное средство нанесения покрытий CARC, с которым мы работали, с точки зрения возможностей обработки деталей такого размера и объема”, – говорит Морт. “Кроме того, даже если бы другие цеха имели такие возможности, большинство из них используют  фосфат железа, поэтому, чтобы повторить успех SunDial, им потребовалось бы перейти на новый процесс с более жесткими требованиями”.

“Пожалуй, нам потребовался целый месяц, чтобы довести процесс отверждения до совершенства”, – говорит Кампизи.

“Сейчас он идеально отточен. Замечу, что мы израсходовали несколько поддонов с деталями, которые мы покрывали, удаляли покрытие, затем снова покрывали, чтобы отработать некоторые ошибки. Это позволило нам познать на собственном опыте, насколько тяжело работать с порошковыми покрытиями. Нашим операторам требуется от 6 до 10 минут, чтобы удалить старое жидкое покрытие с поступающих деталей. Но для обработки детали, полностью покрытой порошковым покрытием, требуется целых 30 минут”.

“Мы развивали эту технологию с 2014 года, когда впервые получили утверждение от армии на использование порошка в качестве верхнего слоя”, – говорит Морт.

“Конечно, в качестве грунтовки порошок был утвержден еще за 4 – 5 лет до этого. Но нашей главной целью было получение утверждения типа 3 (верхний слой) . Компания Hentzen была первой, кто добился этого в июле 2013 года. Тем не менее, события развивались медленно, множество данных и чертежей было направлено для согласования правительству прежде, чем мы дошли до этого момента. Сейчас, когда мы получили утверждение на песочный, зеленый и черный цвет, появилась возможность использовать порошок для более крупных проектов CARC”.

Еще одна задача для Hentzen заключалась в том, чтобы разработать верхний слой порошкового покрытия для ремонта и поддержания покрытия в полевых условиях, поскольку порошок должен взаимодействовать с жидким покрытием так, чтобы его можно было восстановить или отремонтировать в полевых условиях.

“Это было потрясающе”, – говорит Дхиллон. “Порошок действительно хорошо работает. На складе очень довольны качеством и просто в восторге от наших услуг. Мы всего лишь небольшая компания. Но компания ManTech International, государственный подрядчик, сотрудничала с нами на должном уровне. Вся команда упорно трудилась, чтобы получить желаемый результат, и теперь пришло время для новых свершений".