Химические способы подготовки поверхности, связанные с проведением операций обезжиривания, фосфатирования, хроматирования, требуют использования большого количества воды.

От применяемой воды зависит качество подготовки поверхности. Чистота воды и степень ее загрязненности должны постоянно контролироваться. Очень важными факторами являются жесткость воды и наличие в ней растворимых и взвешенных веществ.

Вода, имеющая жесткость выше среднего уровня  не должна использоваться при окончательной промывке деталей. Аналогичным образом непригодна вода с  повышенным содержанием хлоридов и сульфатов.

В таких случаях необходимо использовать деминерализованную воду, очищенную либо методом ионного обмена, либо обратным осмосом. Для небольших очистных установок более приемлем метод ионного обмена.

Рекомендации по применению воды на разных стадиях подготовки поверхности можно сформулировать следующим образом:

С целью экономии деминерализованной воды промывку ею проводят посредством рециркуляционного распыления. Такую воду можно сливать сразу в дренажный канал, однако более целесообразно ее повторно использовать после деминерализации.

Экономное использование воды является резервом снижения затрат на подготовку поверхности. Необходимо стремиться к многократному повторному использованию воды при сохранении ее качества.

На рисунке показаны схемы оборотного водоснабжения, используемые при промывке (горизонтальная и вертикальная проекции).

Схема воды для промывки:

а - горизонтальная проекция: 1 - подача свежей воды; 2 - подача деминерализованной воды (ДВ); 3 - на очистку; 4 - на деминерализацию; 5 - предварительная очистка; 6- очистка; 7-промывка; 8 – нанесение конверсионного покрытия; 9- окончательная промывка; 10- повторно используемая ДВ; 11 - свежая ДВ; 12 - нагретая ДВ; 13- материал ванны ДВ - нержавеющая сталь

6 - вертикальная проекция: 1 - контуры с насадками; 2 - свежая вода для окончательной промывки; 3 - водослив; 4 - слив либо подача на химическую очистку; 5 - промывка I; 6 -промывка II; 7- насос.

Выбор необходимого оборудования для подготовки поверхности является одной из важнейших задач при получении покрытий на основе порошковых красок.

При выборе оборудования учитывают несколько аспектов:

·вид изделия (размер, конфигурация, материал, из которого изготовлено изделие);

·характер производства (единичное, мелкосерийное, массовое);

·экологические аспекты (наличие промышленных стоков, выбросов в атмосферу, твердых отходов, безопасность труда);

·требования к технологическому процессу (качество до окрашивания и после окрашивания, стандарты качества).

В зависимости от объема производства и характера изделий наибольшее применение получили следующие виды оборудования:

·ручные распылительные установки,

·ванны,

·агрегаты струйной подготовки.

При единичном и мелкосерийном производстве находят применение однопозиционные установки периодического действия. Их применяют также в тех случаях, когда степень загрязнения изделий минимальна или требуется провести минимум технологических операций. Во всех других случаях предпочтительно использовать многопозиционные установки, позволяющие проводить операции подготовки (обезжиривания, промывки, нанесения конверсионных покрытий и др.) независимо друг от друга. Это позволяет добиться высокой степени чистоты поверхности, более целенаправленного подхода к проведению операций, достичь высокого качества подготовки.

Данный метод подготовки поверхности связан с применением несложных и недорогих установок ручного типа. В комплект оборудования входят насос с электродвигателем, водоподогреватель змеевикового типа, шланг с ручным наконечником для подачи и распыления растворов. Нагревание растворов и воды производится с помощью продуктов горения нефтепродуктов или газа. Вода для приготовления растворов и промывки берется непосредственно из водопровода.

Первой стадией подготовки поверхности является обезжиривание водно-щелочным раствором. После его стекания оператор промывает изделия. Точно так же осуществляется и фосфатирование. Раствор для фосфатирования в нагретом состоянии распыляется на поверхность в течение установленного времени. Заключительная операция - промывка свежей чистой водой с последующей обработкой поверхности пассивирующим раствором.

В установках предусмотрена защита оператора от брызг растворов. Отработанные растворы и вода поступают в соответствующие сборники, где перед сливанием в канализацию они подвергаются очистке от имеющихся загрязнений.

Такие установки применяют для подготовки единичных изделий, а также крупных изделий, прежде всего для транспорта, судостроения, строительства, электрических машин, кранов, грузоподъемного оборудования.

Достоинства таких установок:

·относительно низкие капитальные затраты;

·применимость для обработки трудно очищаемых деталей и объемных изделий сложной формы;

· удобство обработки небольшой партии изделий.

Недостатки установок:

·большие затраты ручного труда;

·непригодность для крупносерийного и массового производства;

·невысокое качество очистки;

· большие затраты химических веществ.

Требования к оборудованию и технологии проведения очистки:

·все элементы установок, имеющие контакт с кислотно-фосфатными растворами, должны быть выполнены из нержавеющей стали;

· все растворы для обезжиривания, фосфатирования и промывки подаются в нагретом до 80 °С состоянии. Это облегчает очистку, фосфатирование и ускоряет сушку поверхности изделий.

Подача раствора осуществляется давлением 6,9 МПа со скоростью 15-20 л/мин. Это позволяет достичь требуемого качества очистки поверхности. Обязательным условием является высокая квалификация операторов.

Метод подготовки поверхности с помощью ванн, часто называемый резервуарной очисткой, основан на использовании установок, состоящих из одной либо нескольких ванн. Подлежащие очистке детали погружаются в них партиями или по одной посредством подъемника или подвесного конвейера. Для погружения отдельных деталей или корзины с деталями применяют подъемники или тали.

При использовании конвейерных систем детали размещают на подвесках. Размеры ванн в этом случае намного больше, чем при использовании подъемных устройств. Ванны могут быть непроточными или проточными, нагреваемыми либо ненагреваемыми.

Ванны, в которых обеспечивается движение раствора, предпочтительнее, поскольку при этом ускоряется удаление загрязнений и обеспечивается возможность подачи свежего раствора на поверхность детали. Перемешивание растворов осуществляют с помощью мешалок, рециркуляционного насоса или барботацией воздуха.

Раствор подогревается с помощью газовых и масляных горелок, электронагревателями или водяным паром. Каждая ванна содержит один раствор, необходимый для осуществления данной операции. Многопозиционные агрегаты требуют наличия нескольких ванн. В некоторых случаях вместо ванн промывки могут быть использованы емкости для струйной обработки свежей водой.

Ванны применяют для подготовки поверхности деталей при больших объемах производства. Кроме того, их используют, когда возникают различные требования к качеству подготовки, особенно при нанесении разных типов фосфатных покрытий.

Достоинствами данного метода являются:

·простота осуществления;

·относительно низкие капиталовложения;

·возможность более продолжительного контакта с очищающими растворами, что важно для деталей сложной формы;

·возможность использования широкого ассортимента химических веществ для обработки, при этом пенообразование не является проблемой.

Недостатки метода:

·из-за отсутствия механического воздействия на поверхность требуются большее время контакта, повышенные температура и концентрация растворов при обработке;

·метод больше подходит для серийного производства, чем для массового (поточного).

Наиболее широко распространена и эффективна подготовка поверхности с применением струйных агрегатов. Применяют многопозиционных агрегаты периодического и непрерывного действия; последние имеют более широкое применение. Агрегат непрерывного действия представляет собой проходную туннельную камеру, состоящую из зон струйной обработки (обезжиривания, фосфатирования, промывки, пассивирования), стоков, входного и выходного тамбуров. В зонах струйной обработки с шагом 250-300мм располагаются контуры труб с насадками или форсунками, в которые под давлением 0,15-0,20МПа подаются растворы для обработки изделий. Расстояние от сопла до изделия составляет 0,3-0,5 м.

Детали поступают в агрегат и выходят из него через тамбуры, сконструированные таким образом, чтобы воспрепятствовать выходу брызг и пара изнутри. В конце тамбура на выходе изделий часто устанавливаются поддоны, чтобы улавливать стоки с изделия, если длина тамбура оказывается недостаточной.

Каждой операции струйной обработки соответствует своя зона, которая имеет автономное оборудование: резервуар (ванну) для раствора, насосы, трубопроводы, водоспуски, сопла, шланги. Длина зоны является функцией времени обработки и линейной скорости конвейера. Например, при продолжительности промывки 90 с. для системы, работающей со скоростью 3 м/мин, зона промывки имеет длину 4,5 м. Расстояние между водоспусками зависит от скорости конвейера и варьирует от 0,2 до 0,6 м (при скорости конвейера от 1,5 до 11 м/мин).

Существует ряд конструкций сопел. Конические (завихряющие) сопла используются для нанесения фосфатных покрытий, клиновидные (режущие) - при промывке.

Материал ванн

Материал резервуаров (ванн) выбирают с учетом агрессивности находящихся в них сред. Используется как обычная сталь, так и нержавеющая. Размер резервуара должен быть достаточно большим для того, чтобы можно было поддерживать нужную температуру раствора. Дно резервуара должно иметь наклон в сторону спускного отверстия для удобства разгрузки. Для всех резервуаров предусматриваются фильтры из проволочной сетки (из нержавеющей стали) для защиты насосов. Необходимо обеспечить свободный доступ к таким фильтрам для ежедневной их очистки и обслуживания.

Растворы могут подогреваться различными способами:

·с помощью трубы (змеевика), установленного вдоль пола под нижней частью резервуара. Змеевик подогревается горелкой, установленной на одном из концов трубы. Топливом служат природный газ, пропан, нефть;

·с помощью трубчатого теплообменника, погруженного в резервуар. Обогрев осуществляется посредством передачи теплоты от пара к раствору, который проходит в межтрубном пространстве;

·с  помощью пластинчатого теплообменника, размещенного за пределами резервуара.

Достоинства струйных установок:

·высокая эффективность очистки и нанесения конверсионного покрытия;

·механическое действие раствора на обрабатываемую поверхность;

·короткое время обработки;

·пониженные температуры растворов, что обеспечивает энергосбережение;

·низкие концентрации химических веществ в растворах и минимальный их расход;

·наилучший вариант для крупномасштабного производства.

Недостатками установок являются:

·высокие капитальные затраты;

·необходимость использования химических веществ, не вызывающих пенообразования;

·повышенные затраты на обслуживание;

·необходимость высокой квалификации персонала.

Схема многопозиционного струйного агрегата для подготовки поверхности приведена на рисунке.

Многопозиционный струйный агрегат для подготовки поверхности:

1 - вентилятор; 2 - контур с насадками; 3 - зона стока; 4 - диафрагма; 5 - поддон; 6 - тамбур 7 - съемные панели; 8 - крышка ванны; 9 - ванна; 10 - насос; 11 - дверь для обслуживая; 12 - люк; 13 - подача раствора

На  следующем риcунке показаны варианты расположения насадок в зоне распыления растворов.

Варианты расположения насадок в агрегатах струйной подготовки поверхности:

комбинированные; четырехсторонние

Число зон в моечных агрегатах определяется требованиями к готовому покрытию. Прежде всего, учитываются условия его эксплуатации. Наиболее важные показатели - адгезия и устойчивость к коррозии.

Для случаев, когда адгезия краски является единственным аспектом внимания, используют установки с небольшим числом зон (2-3). Если же от покрытия требуется высокая противокоррозионная защита, к зонам очистки добавляются зоны фосфатирования. Общее число зон агрегата составляет 5 при нанесении покрытия из фосфата железа и 6 и более - при нанесении покрытия из фосфата цинка.

В случае особенно сильно загрязненных изделий, которые трудно очистить, может возникнуть необходимость иметь две зоны обезжиривания, что потребует применения шестипозиционного агрегата:

Использование двух ступеней очистки способствует лучшему удалению загрязнений. На втором этапе удаляются все оставшиеся загрязнения. Моющий раствор из зоны 2 может быть перекачан в зону 1, а в зону 2 будет залит новый очищающий раствор. Таким образом, в зоне 2 используется новый, свежий очищающий раствор. Такая система гарантирует высококачественную очистку.

Другим вариантом установки, состоящей из 6 зон, является наличие двух промывочных зон 2 и 3. В этом случае свежая вода подается в зону 3, затем она переливается или подается насосом в зону 2. Используя такую систему, можно получить определенные преимущества: более эффективно используется вода.

При использовании многопозиционных установок промывки представляется возможным нанесение не одного, а двух разных видов конверсионных покрытий. Примером является следующая схема:

Другой вариант системы - нанесение фосфата железа в зоне 3 и фосфата цинка в зоне 5. Покрытие фосфатом железа дешевле, чем фосфатом цинка. В совокупности получается более плотное покрытие с повышенными защитными свойствами.