Особенно важным фактором, влияющим на качество и стойкость лакокрасочного покрытия на металлических изделиях, является правильная подготовка поверхности перед покраской.При  нанесении порошковой краски требования к чистоте поверхности особенно высоки. Это вызвано как самими свойствами краски, так и технологией получения покрытия.

Далее »

Предварительная обработка алюминия: стандарты качества

Порошковые ЛКМ обладают высокой климатической стойкостью, надолго сохраняя свой блеск и интенсивность цвета. Но если в процессе эксплуатации вследствие коррозии покрытие начнет пузыриться отваливаться местами от поверхности, то к этому моменту уже слишком поздно будет думать о предварительной обработке. К счастью, ситуация не такая мрачная, поскольку за последние 30 лет Инструкции по качеству GSB сделали и продолжают делать значительный вклад в обеспечение устойчивого качества.
КРИСТИАН РУЛАНД (CHRISTIAN RUHLAND)
Nabu Oberflachentechnik Stulln, Германия

Далее »

Сырьевые металлы имеют поверхностные характеристики, которые могут вызвать неудовлетворительное прилипание, поверхностные дефекты и преждевременную  коррозию, если они будут нанесены без предварительной подготовки. Перед нанесением порошкового покрытия металл должен быть очищен и обработан для обеспечения хорошего прилипания, внешнего вида и сопротивления коррозии.

Порошковое покрытие обрабатываемых металлических деталей придает им необходимый внешний вид и эксплуатационные качества. Пленка отделки действует как физический барьер для влаги. Если покрытие повреждено и металл оказывается незащищённым, может появиться и распространяться ржавчина. Предварительная обработка обеспечивает не только лучшее сцепление покрытия с обрабатываемой деталью, но и способствует предотвращению распространения ржавчины под покрытием, что улучшает качество продукта и удлиняет срок его эксплуатации.

Термин «предварительная обработка» относится к механической или химической поверхностной обработке производимого продукта. Поверхность обрабатываемой детали или субстрат (подложка) должна быть чистой и подготовленной к нанесению покрытия. Предварительная обработка может быть очень простой, например, протирание поверхности растворителем, или многоэтапной мойкой распылителями, при которой очищается деталь и наносится традиционное покрытие для получения нормальной адгезии краски и  требуемых эксплуатационных качеств. Уровень примененной предварительной обработки непосредственно связан с требованиями к внешнему виду и качеству конечного продукта.

Порошковое покрытие не скроет дефекты и качество самого покрытия, оно непосредственно связано с  состоянием субстрата. Нанесение покрытия на загрязненную поверхность не позволит получить качественное сцепление с субстратом, и если загрязнение начнет подниматься, покрытие также будет подниматься. Частицы грязи не растворятся и не будут скрыты покрытием. Для гарантии хорошего внешнего вида поверхность должна быть чистой.

В дополнение к чистке потребуется, возможно, разработать переходное покрытие на поверхности, прежде чем наносить основное покрытие. За исключением некоторых драгоценных металлов таких, как серебро, золото, платина,  металлы реагируют с воздухом, в результате чего на их поверхности образуется слой окислов. Молекулы воды плотно прилипают к этому слою, а это не является приемлемым состоянием поверхности для обеспечения хорошей связи.

Имеется ряд возможностей по типу и масштабу применения процесса предварительной подготовки. При определении требуемого процесса для конкретного случая необходимо принимать во внимание требования к эксплуатационным качествам конечного продукта, тип наносимого покрытия и тип субстрата, на котором будет покрытие, а также различные имеющиеся виды  предварительной подготовки. Знание металлических поверхностей и условий на них до нанесения покрытия имеет существенное значение.

Каждый класс металлов имеет свои собственные уникальные характеристики поверхности, которые будут оказывать влияние на качество наносимой порошковой отделки. Эти характеристики включают не только твердые свойства самого металлического основания, но также множество поверхностных свойств, которые определяются химическим составом и процессами, которые были использованы при изготовлении данного металла.

Свойства поверхности заключаются, прежде всего, в смеси окислов, гидратов и солей металлических элементов, которые являются составной частью металла, и очень небольшое количество самого металла. В дополнение к этим естественным составным частям присутствует ряд загрязняющих веществ.

Например, на стали они включают поверхностный углерод, масло, консистентную смазку, мелкие частички металла, неметаллические поверхностные включения, вкатанную окалину, крупные поверхностные карбиды, загрязнения, продукты коррозии и побочные продукты деятельности бактерий, плесень и другие грибковые отложения. На поверхности цинка присутствует масло, смазка, продукты коррозии, мелкие частички металла, пыль, загрязнения и другие посторонние вещества. На поверхности алюминия есть все то же, что и на цинке, плюс большой слой окиси алюминия. Окись алюминия не рассматривается сама по себе как классическое загрязняющее вещество, но может мешать при удалении других загрязнителей.

Не существует универсального метода подготовки поверхности, который можно было бы применить для обработки различных металлов, для удаления с них поверхностных загрязнителей, и чтобы он был эффективным во всех случаях. Понимание различных металлов, знание их типичных поверхностных характеристик и разных методов обработки – вот что очень важно для специалиста, занимающегося  нанесением порошкового покрытия.

Сталь – это сплав железа и углерода с небольшими примесями других элементов. Процесс изготовления стали может меняться в зависимости от его сорта, различных свойств и размеров. Сталь большого размера – это обычно горячекатаная сталь (ГКС). Горячее качение является первым шагом при производстве стальных слябов. На них образуется такая поверхность, на которой переносится слой окалины прокатного стана.

Окалина образуется при прокатке стали во время охлаждения. Окалина сравнительно плотно прилегает к поверхности металла, но она зачастую растрескивается и становится рыхлой во время процесса производства. Нанесение порошка на поверхность ГКС, с которой не снята окалина, вероятнее всего приведет  к неудовлетворительной адгезии. Для полного и надежного удаления прокатной окалины требуется травление кислотой или механическая чистка.

Места сварки на ГКС также могут вызвать проблемы с нанесением покрытия и адгезией. После процесса сварки остается грубая поверхность с высохшими соединениями, маслом и пятнами, которые не способствуют нанесению покрытия и адгезии. Места сварки должны быть  механически очищены металлической щеткой или обработаны пескоструйкой для того, чтобы удалить загрязнение, которые будут мешать химической чистке.

Холоднокатаная сталь (ХКС) – это дальнейшее обжатие в процессе, при котором производится сталь более мелкого сортамента (толщиной от 0,005 до 0,080 дюймов или от 0,0127 до 0,20 сантиметров). Она характеризуется более мелкой микроструктурой по сравнению с   горячекатаной сталью и имеет те же основные элементы, как и ГКС, за исключением  прокатной окалины и обильной углеродной сажи. На поверхности листов ХКС обычно имеется легкое масло, которое действует как ингибитор ржавчины, но она сравнительно чистая и свободна от окислов. Химическая чистка может быть очень удовлетворительным методом подготовки ХКС для порошкового покрытия.

Некоторые продукты, такие как  автомобильные панели и колеса, изготавливаются из высокопрочных - низколегированных сталей (ВПНЛ). Стали ВПНЛ имеют небольшие количества легирующих элементов, которые включаются в их состав для обеспечения лучшего соотношения прочность/вес.  ВПНЛ обычно хорошо воспринимают те же методы обработки, как и другие углеродистые стали, и окисление можно удалить пескоструйной обработкой.

Такая очистка до почти-блестящего или блестящего металла может привести к некоторому «затенению» на чистой поверхности вследствие природы окислов на поверхности. Как правило, это не является проблемой, и на таких поверхностях достигается хорошее прилипание покрытия. Некоторые материалы ВПНЛ  содержат кремний, который может накапливаться на поверхности и мешать последующей чистке и процессам нанесения покрытия.

Нержавеющая сталь сравнительно свободна от гидратов железа, которые являются  обычным компонентом на поверхности традиционных сортов углеродистой стали. Нержавеющую сталь необходимо чистить для удаления поверхностного масла и загрязнений, появившихся при изготовлении и погрузочно-разгрузочных операций. Многие продукты, изготовленные из нержавеющей стали, не обладают защитным покрытием, так как они не восприимчивы к обычным атмосферным условиям.

Пассивный слой окислов на нержавеющей стали сравнительно инертен к щелочным чистящим средствам и к другим химическим продуктам, которые  обычно применяются на углеродистой стали. Нормальная чистка удалит рыхлую грязь, но не создаст поверхность, которая будет восприимчива к   обработке ортофосфорной кислотой. Травление кислотами или механическая абразия иногда применяются для удаления слоя окислов. При этом образуется несколько шероховатая поверхность, на которой адгезия покрытия лучше. Эти процессы улучшают прилипание, но они не обеспечивают дополнительного сопротивления проникновению влаги.

Покрытие цинком стали (для получения так называемой гальванизированной стали) можно осуществить путем окунания стали в ванну с расплавленным цинком или путем электролитического осаждения  в ионном растворе цинка. Оцинкованные материалы используются для формирования дополнительного слоя коррозионной защиты.

Эксплуатационные характеристики оцинкованного продукта, произведенного путем окунания в ванну или электролитическим способом  почти одинаковые. Однако поверхностные химические свойства имеют существенные различия.

В чем особенности

Оцинкованная сталь, полученная путем окунания, имеет блестковистый внешний вид, который определяется специфичным химическим составом  расплавленного цинка в ванне и процессом охлаждения, применяемым для  затвердевания покрытия. Покрытие имеет слоистую структуру, которая включает тонкий слой легированного железо-цинкового покрытия, прилегающего к поверхности самой стали, и слой цинкового покрытия непосредственно на внешней поверхности.

Различные примеси элементов или добавки могут, возможно, разделять зернистые границы блесток из-за их ограниченной растворимости в матрице отвердевания, тогда как другие элементы, например, алюминий, склонны к рассеянию по всей поверхности цинкового покрытия.

Цинковое покрытие, полученное путем окунания, можно использовать для получения гальвано-отожженного покрытия посредством поддержки реакции легирования. Покрытие наносится на предварительно установленную толщину, и сталь с покрытием выдерживаются при температурах, при которых диффузия  железа происходит очень быстро. Рассеяние продолжается до тех пор, пока не произойдет полное легирование.

Гальвано-отожженные  покрытия имеют матово-серый цвет и небольшой блеск по сравнению с ярким серебристым видом нелегированных цинковых покрытий. Гальвано-отожженные  покрытия могут обеспечить более качественную адгезию для органических покрытий без фосфатной обработки, чем свободные цинковые покрытия.

Цинковое покрытие, нанесенное на сталь электролитическим способом  в ионном растворе цинка, может обеспечить такую же коррозийную защиту, как и  цинковое покрытие, полученное путем окунания, но они значительно отличаются по составу и структуре. Сталь с электрогальванизированным покрытием сравнительно свободна от небольших примесей, которые обычны в покрытиях, полученным путем окунания. В процессе электрогальванизации нет необходимости добавлять примеси металлов, которые применяются для управления поведением ванны  окунания, размером блесток и характером осаждения покрытия.

Электролитические цинковые покрытия сравнительно однородны по составу без термально вызванных диффузий железа, при которых образуются легированные слои в процессе окунания в ванну. Осаждение покрытия происходит в сульфатных или хлоридных соляных растворах, то есть возможно наличие незначительных примесей этих солей  в порах покрытия, если поверхность была неудовлетворительно промыта. Однако хороший контроль процессом промывки обычно устраняет эту проблему. Кроме того, не происходит рекристаллизация после расплавленного состояния, и нет  изменений в блестках.

Чистый алюминий (99,5% Al) имеет низкий удельный вес,  высокую вязкость и низкую прочность. Алюминий может быть легирован, в результате чего получают металлы с многочисленными требуемыми характеристиками чистого металла плюс добавленные свойства сплава для прочности. Алюминий обычно сплавляется с одним или несколькими элементами меди, марганца, магния, кремния, никеля, олова и цинка в качестве основных компонентов и хромом, железом, никелем, кремнием и титаном в качестве второстепенных или обычных примесей. В связи с тем, что некоторые сплавы имеют меньшее сопротивление коррозии по сравнению с чистым металлом, они иногда покрываются чистым алюминием или другим сплавом с более высокой сопротивляемостью коррозии. Различные сплавы могут по-разному воспринимать чистку и обработку.

Алюминиевые сплавы классифицируются на два основных типа: закаливаемые деформацией и закаливаемые термальной обработкой. Эти два типа предопределены составом элементов и тем, как эти составы реагируют на механическое напряжение и температуру. Холодная или термальная обработка сплавов алюминия способствует формированию более однородной текстуры поверхности и распределению различных металлических элементов по сравнению с исходным  обработанным алюминием. Термообработка сплавов алюминия может оказать влияние на химические реакции на их поверхностях и восприимчивость чистки и химической обработки. Например, марганцевый сплав обычно накапливает окислы марганца на поверхности дополнительно к нормальным окислам алюминия.

Алюминиевые сплавы, прошедшие холодную или термальную обработку, характеризуются, как правило, лучшей коррозийной стойкостью, чем более мягкие и более разнородные обработанные материалы. Исходная чушка алюминия имеет более крупные и более сегрегированные включения, тогда как обработанные сплавы  с конкретными металлами будут более однородными, в которых маловероятно образование очагов коррозии.

Марганец, свинец, цинк и титан оказывают меньшее влияние на коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, чем магний, железо, кремний и медь. Разные химические поверхностные характеристики сплава будут по-разному реагировать на определенные типы обработки. Например, магний замедляет коррозию, если оказывается в соляной хлоридной среде, но способствует коррозии, если  оказывается  в щелочной среде.

Алюминиевые сплавы определяются сериями чисел.

Различные серии сплавов по-разному реагируют на химическую  обработку.  Продукты серии 1000 имеют наименьший объем примесей легирования. Эти продукты легко поддаются обработке химическим процессом и имеют отличную сопротивляемость коррозии. В продуктах серии 2000 медь используется как основной элемент легирования, повышающий прочность металла.  Но они не всегда воспринимают химическую обработку. В связи с тем, что разные серии имеют несколько разные свойства, необходимо знать, какие основные элементы применяются в сырьевых материалах и как они реагируют на предварительную обработку.

Список металлов и их свойства объясняет, какие природные поверхностные условия имеют сырьевые материалы, которые мешают прилипанию покрытия и снижают его качество. В процессе складирования, погрузочно-разгрузочных работ и обработки их поверхность еще больше загрязняется. На металлах наиболее частыми являются маслянистые загрязнения, включая продукты нефти, животный или растительный жир, отложившиеся во время изготовления, при прокатывании, обработке на станке и формировке, которые применяются для защиты от ржавчины.

Могут также иметься сложные составы для протягивания в тяжелых условиях, консистентные смазки или воск, твердые загрязняющие вещества, такие как углерод, графит, металлическая пыль и стружки, продукты полировки, окислы металлов, сварочная окалина, отходы от доставания штампов и красные или белые продукты окисления. Удаление всех загрязнений перед нанесением порошкового покрытия имеет существенное значение для срока службы конечного продукта. Загрязнения ухудшают первоначальное прилипание и отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики.

Загрязнения, присутствующие на металлах, можно удалять самыми разными механическими и химическими методами. Выбор метода в конкретной ситуации зависит от детали, на которую необходимо нанести покрытие (размер, конфигурация, материал),  типа загрязнения (пыль, воск, масло, соль, кристаллы и т.п.), и требуемых эксплуатационных характеристик конечного продукта.