Загрязнениями могут быть органические вещества, например, масло, или неорганические материалы, типа минеральных ингибиторов ржавчины. Оба вида загрязнений можно иногда эффективно удалять механической чисткой поверхности. Механические методы, включая чистку проволочной щеткой, пескоструйную очистку, шлифование абразивным диском или наждачной бумагой, применяются для чистки и полировки поверхности. Механическая очистка с использованием  ручного электроинструмента  трудоемка. Автоматизированные процессы включают вибрационное полирование и пескоструйную обработку.  Механическая очистка  является иногда  единственным способом удаления  обильных загрязнений, ржавчину или окалину.

Пескоструйная обработкасоответствующими материалами может удалить от субстрата грязь, прокатную окалину, ржавчину или предыдущие покрытия, обеспечивая  такое качество поверхности, которое дает хорошую адгезию покрытия. Выбор пескоструйных материалов во многом зависит от обрабатываемой поверхности и требований качества  к такой обработке. Традиционно используемые материалы включают песок, стальную дробь, крупнозернистый песок и стеклянные шарики. Материалы подаются на обрабатываемую  поверхность с высокой скоростью для того, чтобы сильно ударить по загрязнениям и удалить их с металлической поверхности.

Пескоструйное оборудование для подачи материала может быть воздушным или  турбинным. Ручные системы с воздушным дутьем очень зависят от навыков оператора, и качество поэтому может колебаться. Камеры пескоструйной очистки являются, как правило, системами с всасыванием, которые подают частицы в распылители вакуумом и ускоряют материалы с помощью дозированного потока сжатого воздуха. Имеются также пневматические воздуходувные системы, в которых используется емкость, находящаяся под давлением, из которой подается материал. Пневматические системы обеспечивают более высокую скорость вылета материала из сопла, благодаря которой очистка поверхности осуществляется  намного быстрее по сравнению с системой всасывания.

Камера пескоструйной очистки действует так же, как и любая кабина, предназначенная для накопления излишне распыленного материала. Отрицательное давление в камере поддерживается с помощью вентилятора, который засасывает воздух в ограждение через соответствующий фильтр. Как правило, в системе выпуска используется циклонный сепаратор для того, чтобы отделить пыль и мелкие частицы от воздушного потока, и возвращать материал для повторного использования. Материал отходов, отделяемый из воздушного потока, собирается для удаления в контейнере, прикрепленном к коллектору пыли. Этот материал отходов должен содержать лишь небольшой процент от более тяжелых материалов многократного использования. Это необходимо для того, чтобы удостовериться, что тяга вентилятора достаточна, чтобы предотвратить накопление мелких частиц в восстанавливаемых воздуходувных материалах. Вибрационное сито может быть добавлено к процессу, чтобы еще больше очистить восстанавливаемый материал и поддержать крупность частиц.

В воздуходувных турбинных системах используется колесо высокоскоростной  турбины с лопастями. Материал дозировано подается к центру колеса, откуда он попадает на лопасти, которые метают его на обрабатываемую поверхность. Подобные системы характеризуются более низким энергопотреблением по сравнению с системами воздушного дутья, потому что для подачи в них не используется сжатый воздух.

Пескоструйная обработка абразивными материалами чаще всего используется для подготовки металлических поверхностей тяжелых структурных частей, особенно сварные изделия из ГКС.  Этот метод хорошо подходит для удаления наростов и обугленного масла, которые являются характерными для этого типа изделий.

Пескоструйная обработка может проводиться вручную или автоматизировано. Она может осуществляться как часть конвейерной системы нанесения порошкового покрытия или партиями. Устройство пескоструйной обработки может быть сопельного типа или центробежным типом колеса. Как ранее упоминалось, в сопловых системах пескоструйной обработки требуется сжатый воздух для подачи абразивного материала, в то время как колесная система использует центробежную силу. Даже хотя сжатый воздух увеличивает себестоимость обработки,  сопла можно направлять в труднодоступные места. Зона обработки должна быть ограждена, чтобы предупредить распространение абразивного материала и пыли.

В дополнение к очистке, поверхность, обработанная таким образом, может иметь  очень хорошую структуру для нанесения покрытия. Могут использоваться различные абразивные материалы для создания разных структур на поверхности металла. Менее абразивные материалы устраняют большинство загрязнений, не врезаясь слишком глубоко в металл и оставляя видимую структуру на поверхности. Более агрессивные материалы могут использоваться, чтобы срезать прочные наросты типа красных оксидов, но это увеличивает шероховатость поверхности.

Воздуходувная система не требует такого большого объема пространства как система смывания распылителями, в которой используется химическая очистка и образуется много сточной воды. По этим причинам, механическая очистка может оказаться единственным  средством обработки для отделок, где требуется начальная адгезия краски. Однако  механическая очистка одна не сможет обеспечить устойчивость к коррозии под покрытием или увеличить срок эксплуатации готового изделия.

Зависят от качественных требований к поверхности. В изданных документах ясно определяются качественные категории поверхностей стали, очищенные пескоструйным методом. Иллюстрированные стандарты были первоначально разработаны Шведским антикоррозийным комитетом и позже приняты Советом окраски металлоконструкций (SSPC) и другими организациями. Четырьмя основными категориями пескоструйной очистки, принятыми SSPC, являются:

·  Пескоструйная очистка до блестящего (белого) металла: удаление всей видимой ржавчины, прокатной окалины, краски и инородных частиц. Используется для условий, где устойчивость к коррозии очень важна, а окружающая среда является чрезвычайно агрессивной.

·  Пескоструйная очистка до почти блестящего (почти белого) металла: очистка, по крайней мере, 95 % всей поверхности от всех видимых загрязнений.  Используется для тяжелых условий, в которых изделие подвергается интенсивному использованию.

·  Коммерческая пескоструйная очистка: очистка, по крайней мере, двух третей поверхности от всех видимых загрязнений. Для применений, где плотно прилипшие загрязняющие вещества допустимы на поверхности; для изделий с более низкими качественными требованиями, которые применяются в неагрессивной среде.

·  Сметание: пескоструйная очистка всех, кроме сильно прилипших, остатков прокатной окалины, ржавчины, и старых покрытий, обнажая многочисленные равномерно распределенные пятна металлического субстрата. Приемлема в неагрессивных окружающих средах, где длительный срок эксплуатации покрытия не предвидится.

Шведская ассоциация стандартов (SIS) включает подобные эквиваленты этих категорий. Институт Британских стандартов (BSI) также включает очень близкие эквиваленты первых трех из упомянутых категорий. Национальная ассоциация инженеров по коррозийной защите (NACE) также разработала ряд образцов, которые моделируют четыре категории чистоты обработанной поверхности металла.

Стандарты пескоструйной очистки

Структура поверхности, очищенной пескоструйным способом, изменится в зависимости от примененного материала обработки. Толщина пленки покрытия по очищенной поверхности должна быть достаточно большой, чтобы покрыть возвышения и понижения на поверхности, образованной воздействием абразивного материала, обычно на  1 мм выше поднятий.

При выборе конкретных материалов важно знать их сравнительные характеристики.  Материалы пескоструйной обработки могут включать такие природные материалы, как, например, кремнезем, песок, минеральный песок, кремний, гранат, циркон и другие минеральные вещества. Они могут включать некоторые естественные побочные продукты, типа скорлупы грецкого ореха или кочерыжек кукурузных початков, а также могут быть произведены из разных металлов и неметаллических соединений, типа стали, железа, окиси алюминия, карбида кремния, пластмассы, пшеничного крахмала и стеклянных шариков.

При выборе материалов среди сравнительных характеристик наиболее важными являются размер материала, как глубоко он может изрезать поверхность, можно ли его повторно использовать и стоимость. Также важно знать, есть ли какие-нибудь ограничения в отношении здравоохранения и требований техники безопасности, например, влияние кремнезема на  легкие, оставил ли материал какие-либо  побочные продукты на поверхности, типа масла от скорлупы грецкого ореха. В нижеприведенной таблице представляются некоторые традиционные материалы, используемые в пескоструйной обработке.

Сравнение материалов пескоструйной обработки.

В дополнение к сравнительным характеристикам в вышеприведенной таблице целесообразно испробовать другие материалы, чтобы визуально оценить эффект, который они будут производить на поверхность металла.

Твердые крупнозернистые материалы, такие как  оксид алюминия, будут изрезать поверхность быстрее и глубже, чем мягкие, угловатые материалы, типа пластмассы или отходов переработки сельскохозяйственной продукции (например, кочерыжки початков кукурузы). Минеральные, керамические или металлические крупнозернистые материалы используются в системах с воздушным дутьем. Железные и стальные материалы чаще используются в пескоструйной обработке с использованием воздуходувных турбинных систем.

Материалы, которые являются более хрупкими, как показано в таблице 3, трудно использовать для повторного применения. Рециркуляция подобных материалов приведет к большим вариациям в качестве обработки поверхности.

Ультразвуковая очистка сочетает возможности химической очистки моющим средством или растворителем с механическим воздействием ультразвуковых волн. Преобразователи, расположенные на дне или на боковых стенках емкости с чистящим раствором, генерируют ультразвуковые волны. Ультразвуковая энергия вызывает кавитационный процесс на поверхности обрабатываемой детали.  Перемешивание раствора на поверхности обрабатываемой детали создает скребущее действие, которое поднимает и удаляет загрязнения с поверхности.

Ультразвуковая очистка используется в малых системах с рядом иммерсионных емкостей. Оборудование стоит довольно дорого, но это может повысить уровень очистки на деталях, которые требуют специальной обработки. Такая очистка часто используется, чтобы обработать медные части для нанесения бесцветного покрытия. Ультразвуковые волны, способствуют удалению загрязнений, которые тяжело вымыть из пористой поверхности меди или латуни.

Детали, которые погружают в ультразвуковой очиститель, должны иметь хороший доступ ко всем поверхностям для того, чтобы процесс кавитации был эффективным. Если детали  будут тесно прилегать друг к другу, то процесс окажется малоэффективным.

В вибрационных системах используются абразивные материалы в чистящем растворе  для того, чтобы снять заусенцы, грубые кромки и поверхностное загрязнение. Они очень подходят для подготовки отливок к защитному покрытию. Использование подобных методов позволит удалить шероховатость на высохших соединениях (компаундах), которая часто присутствует на поверхности отливок. После вибрационной обработки обычно целесообразно очистить такие детали в щелочах и обработать ортофосфорной кислотой для того, чтобы удалить все остатки до нанесения покрытия.

Первым шагом в химическом процессе предварительной обработки  металла  является удаление масла, грязи и прочих загрязнений, которые препятствуют качественному фосфатированию, хорошей адгезии покрытия или вызовут поверхностные дефекты.

Химическая очистка может быть осуществлена, подвергая деталь опрыску жидкостью или погружению в чистящий раствор. Очиститель может быть щелочным, кислотным, нейтральным, растворяющим, или эмульсией. Выбор очистителя зависит от загрязнений, которые предстоит удалить, размера детали и типа наносимого покрытия, и материала субстрата.

Механизмы процессов очистки обычно включают солюбилизацию,  омыление, эмульгирование, изоляцию и диспергирование. В каждом из этих процессов требуется поверхностное увлажнение металла в чистящем растворе.

Солюбилизация,  растворение загрязнений в растворе, может потребоваться, когда загрязнения имеют подобную полярность и химическое сходство  для применения в конкретной чистящей среде. Эмульгирование загрязнений в растворе требует, чтобы загрязнения были дисперсивны в чистящей среде. Омыление, превращение загрязнений в мыло, применяется специально к таким загрязнениям, которые содержат карбоксиловую  кислоту и сложные эфиры, которые могут взаимодействовать со щелочными средами очистки.

Изоляция подразумевает дезактивацию, связывание ионов металла в хелатный комплекс в загрязнениях для того, чтобы предотвратить их воздействие на моющее средство в чистящем растворе. Диспергирование (дефлоккуляция) – это процесс, который разбивает большие частицы сложных загрязнений в мелко разделенный материал, который находится в виде суспензии в растворе.

Таким образом предотвращается его повторное осаждение на поверхность обрабатываемой детали. Последние два процесса обычно применяются в сочетании с первыми тремя упомянутыми процессами.

В то время как щелочные очистители являются самыми традиционными, есть также кислотные очистители и эмульсионные очистители, используемые для промышленных целей.

Выбранный очиститель должен иметь способность устранять широкий круг  загрязнений, предотвращать повторное осаждение, обеспечивать очистку даже когда сам загрязнен, контролировать пенообразование, легко смываться и быть рентабельным.

Для качественной очистки некоторых деталей может потребоваться комбинация методов опрыска и погружения. При опрыске (распылении) объединяются химические свойства очистителя с механическим воздействием  раствора, примененного под давлением. При погружении (иммерсии) раствор проникает в те части, которые недоступны при опрыске.

Опрыск или погружение могут использоваться при ручных обработках партий или в автоматизированных системах с подвесным конвейером. При обработках партий применяются ручные распылители или небольшие емкости для обработки погружением. В конвейерных системах используются встроенные распылители, которые опрыскивают детали определенное количество раз.

Системы обработки партий больше подходят для небольших объемов с менее строгими качественными стандартами. Список, приводимый ниже, показывает некоторые из типов ручной обработки деталей и их сравнительные характеристики. В случае больших объемов изделий со строгими требованиями к качеству,  вероятно, понадобятся мойки  с распылителями.

Фосфатизация распылителями лучше всего походит для крупных деталей. При этом  баки для обработки погружением или конвейерные системы потребовали бы большего объема пространства, а стоимость такой системы высока. Очистка паром приемлема для небольшого объема сильно загрязненных деталей. Консистентная смазка при этом расплавляется.

Обработка в горячей воде под высоким давлением лучше всего подходит для очистки  крупных деталей. При этом потребуется 15-20 л/мин воды с давлением  1000 psi (69 атм) плюс теплоемкость на сопле должна достигать 71-93°C.

Очистители могут быть классифицированы в соответствии со значениями pH, то есть измерением относительной щелочности или кислотности. Значение pH  - это критерий отношения водородных ионов в растворе к количеству ионов гидроксила в растворе. Если будет больше водородных ионов, то раствор будет кислым, если будет больше ионов гидроксила, раствор будет щелочным.

По шкале значений pH чистая вода – нейтральная среда и pH = 7.  Значения рН от 0 до 7 -  кислотная среда, от 7 до 14 - щелочная. Каустическая сода имеет pH = 13 или 14, в то время как соляная кислота имеет pH  менее 1.

Значения pH в растворах очистителя изменяется в зависимости от обрабатываемых деталей и субстрата материалов.

Значения pH в растворах очистителя обычно имеют диапазон  от 4.5 до 10.5:

-  щелочные очистители

·  низкий pH, 9 – 10,5

·  средний pH, 10,5 – 11,5

·  высокий pH,  > 11.5

-  нейтральные очистители     - pH фактор 6,5 - 9

-  кислотные очистители         - pH фактор 1,0 – 5,5

Щелочные очистители являются самым распространенным способом удаления загрязнения для подготовки металла к нанесению порошкового покрытия. Очистители, основанные на гидроокиси натрия (каустическая сода) являются экономическими в тех случаях, когда желательна очистка омылением. Каустическая чистящая среда является весьма реактивной на поверхностях цветных металлов, и она может вызвать избыточное травление на поверхности алюминия и цинка; причем возможно образование сажи и повышение содержания цинка в  чистящем растворе. Остатки чистки каустиком  также трудно смыть, особенно если температура раствора высока.

Щелочные силикаты отлично подходят для очистителей, которые используются на поверхности цветных металлов. Силикаты могут обеспечить хорошую очистку с минимальным химическим воздействием, и они эффективны при эмульгировании загрязнений. Силикаты стоят несколько больше по сравнению со щелочами и не очень легко смываются.

Синтетические моющие средства и поверхностно-активные вещества имеют множество комбинаций по составу. В некоторых случаях они стоят несколько больше, чем щелочи, но они обеспечивают более длительный срок эксплуатации ванны, что компенсирует их более высокую стоимость. С хорошими рабочими характеристиками, более легкой обработкой и удалением отходов и великолепной эффективностью по широкому кругу металлов, эти продукты являются приемлемым решением во многих системах.

Как правило, умеренный щелочной очиститель (значение pH  от 9 до 10) обеспечивает лучшее удаление загрязнений и более длительный срок эксплуатации ванны по сравнению с раствором с высоким содержанием каустической соды. Остатки солей щелочи  нейтрализуют свободную кислоту, осадят соли металла и нейтрализуют ванну, в которой осуществляется  фосфатизация. Умеренный щелочной очиститель, до стадии фосфатизации, будет способствовать образованию более однородного, плотного фосфатного покрытия, что улучшит адгезию краски и защиту от коррозии.

Если очистка неудовлетворительна, обычно лучше увеличить время нахождения в очищающем растворе, а не повышать его концентрацию. Два цикла обработки в умеренных щелочных растворах лучше, чем один цикл в растворе с высоким содержанием каустической соды. Умеренные щелочные очистители эффективны по отношению к различным металлам, и их можно применять в широком спектре температур. Для трудновыводимых загрязнений понадобиться, возможно, очищающий раствор с более высокими значениями pH.

Щелочной очиститель традиционно состоит из:

·   щелочной основы

·   комбинации поверхностно-активных веществ и моющих средств

·   добавок для:

- удаления пены

- минимизации воздействия на субстрат

- связывающих веществ

·   кондиционеров воды.

·Силикаты - (металикат натрия, ортосиликат натрия). Высокая щелочность, высокие омыляющие и диспергирующие свойства, смягчает воду осаждением, замедляет растворение цинка и алюминия. Может оставить беловатый остаток на плохо промытых деталях.

·Фосфаты - (тринатрий фосфата, триполифосфат натрия, пирофосфат тетранатрия, двунатрий фосфата). Смягчают щелочность воды, улучшает промывание, омыляющее средство.

·Соли угольной кислоты - (углекислая сода, двууглекислая сода). Щелочность, хорошая буферизация.

·Гидроокиси - (гидроокись натрия, гидроокись калия) Высокая щелочность, омыляющее средство.

·Нитриты - (нитрит натрия). Сводит к минимуму  окисление металла благодаря высыханию очищающего раствора.

·Хелаты - (версен). Смягчает воду, изменяет форму осаждения.

·Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – Обеспечивают растворимость системы вода/масло. Повышают эффективность очищающего раствора путем снижения  поверхностное напряжения на поверхности металла. Кроме того, препятствует высыханию детали между циклами обработки или опрыска.

·Пеноподавители – контролируют пенообразование.

· Замедлители – сводят к минимуму воздействие на металл.

Щелочной очиститель добавляется в воду (обычно 2 - 10 %) и применяется в горячем состоянии. Растворы этого типа имеют низкое поверхностное натяжение; это означает, что они могут легко проникнуть под и между частицами грязи. Кроме того, мыло или моющее средство могут часто объединяться с грязью, маслом или консистентной смазкой, и превращать их в эмульсию в воде и удалять с очищаемой поверхности. Когда используется с распылением под давлением или при механической чистке, горячая щелочная очистка в течение 1 - 2 минут оказывается весьма эффективным методом.

Поверхностно-активные вещества, используемые в очистителях, являются обычно анионными или неионными веществами  полидобавок этиленового оксида и/или оксида пропилена со спиртом, аминов и фенолов. Иногда поверхностно-активные вещества, используемые в очистителях с окунанием обрабатываемых деталей,  представлены сульфонатами.

Целью поверхностно-активных веществ является отделение масла и жира от поверхности деталей, и превратить их в эмульсию в растворе. Масло поднимается к поверхности при отключении циркуляционного насоса, и оно может быть удалено маслоотделителем или путем перелива.

Обычно цикл очищения распылителем в мойке длится 60 - 90 секунд, в то время как цикл окунания продолжается 3 - 5 минут с температурами в пределах от 120 до 180°Ф (49 - 82°С). Время, температура и концентрация очищающего раствора изменяются в зависимости от используемого очистителя и состояния субстрата.

Цикл промывки, следующий за очисткой, это обыкновенная водопроводная вода, требующаяся для удаления любых остатков щелочного очистителя или для смывки разрыхленных загрязнителей. Циклы промывки пресной водой чередуются по мере очистки деталей.

Очистка и промывание до нанесения покрытия достаточны как предварительная обработка только лишь в ограниченном количестве ситуаций. Как и в случае с механической очисткой, подобная обработка обеспечит только начальную адгезию и не гарантирует никакой длительной защиты.

При проведении чистки до нанесения покрытия важно учесть, каким образом очиститель и его влияние на субстрат могут повлиять на формирование и нанесение покрытия. Насколько неблагоприятно повлияет извлечение катодов из ванны на раствор для нанесения покрытия?  Повлияет ли очиститель на поверхность (травление, образование сажи и т.д.)? Во время предварительной обработки очиститель не должен рассматриваться как отдельный процесс, а как неотъемлемая часть полного процесса, который может повлиять на качество покрытия.

Со временем загрязнения, которые удаляются с деталей, накапливаются в очищающем растворе. Твердые частицы осаживаются на дно емкости как отстой, а масло, смазка и плавающий мусор будут находиться на поверхности раствора. Есть ли предел объема  загрязнений, который можно допустить в ванне с очищающим раствором, прежде чем прекратить чистку, опорожнить ванну и залить новый раствор?  Перелив раствора может снизить объем плавающего мусора, но твердые частицы могут вызвать проблему. Кроме того, перелив потребует добавки химических веществ в ванну. Собирание масла с поверхности и удаление отстоя со дна могут расширить срок эксплуатации очищающего раствора. Технические приемы проведения подобных операций объясняются в обсуждении по проектированию мойки.