Эффективные циклы подготовки поверхности перед покраской

Подготовка поверхности перед порошковой покраской — исключительно важная технологическая стадия. От качества подготовки зависит стойкость и долговечность формируемого полимерного покрытия. Поэтому важно правильно выбрать технологический цикл и состав химических реагентов. В статье рассмотрим объективную количественную оценку качества популярных циклов подготовки и себестоимость нанесения конверсионных слоёв.

Этапы подготовки поверхности перед порошковой покраской

Подготовка металла состоит из двух последовательных этапов:

1. Удаление загрязнений и обезжиривание поверхности (мойка);
2. Нанесение конверсионного слоя (преобразование поверхности металла).

Во-первых, поверхность металла необходимо очистить от жира и механических загрязнений, ухудшающих контакт расплава краски при формировании покрытия. Неполное смачивание поверхности и плохой контакт снижает силу межслойной адгезии, что в дальнейшем приводит к отслаиванию и разрушению покрытия.

Во-вторых, для получения качественных полимерных покрытий, одного только обезжиривания и очистки поверхности недостаточно. На очищенный металл необходимо нанести защитный конверсионный слой. Именно конверсионный слой, с одной стороны — обеспечивает химическое преобразование поверхности металла, исключая возникновение и распространение коррозии, а с другой стороны — за счёт микроструктуры увеличивает площадь контакта и усиливает физические адгезионные связи с полимерным слоем краски.

1 Этап: Очистка и обезжиривание поверхности

При выборе способа очистки учитывают тип металла, природу загрязняющих веществ и степень загрязнения.

Загрязнения бывают органической (минеральные масла и смазки) и неорганической природы (окалина, ржавчина, оксиды, шлаки и пыль). Различные виды загрязнений, требуют очистки разной степени сложности и применения соответствующих реагентов:

• Для удаления неорганических загрязнений применяют как механическую абразивную очистку, так и химическое кислотное либо нейтральное травление;
• Для удаления органических жировых загрязнений используют химические методы, преимущественно применяя водные щелочные, кислотные либо нейтральные растворы с содержанием поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Процессы химической очистки завершаются промывкой для удаления с поверхности остатков реагентов. Чем больше последовательных промывок, тем выше чистота металла и степень использования реагентов и воды (промывочная вода каскадно возвращается в предыдущие ванны). Оптимальным считается от 2-х до 3-х промывок.

Для получения долговечных покрытий одного обезжиривания мало. Тем более, нельзя обезжиривать поверхность вручную — протиркой тряпочками с растворителем. Кроме неэффективности, такая обработка чрезвычайно вредна и пожароопасна!

2 Этап: Нанесение конверсионного слоя

На хорошо очищенной и обезжиренной поверхности формируют такие типы конверсионных покрытий:

• Железофосфатный слой;
• Цинкфосфатный слой;
• Марганецфосфатный слой;
• Хроматный слой (для алюминия и его сплавов);
• Нанокерамика (слой из полимерных клатратов циркония);
• Пассивация конверсионного слоя.

Конверсионное покрытие представляет собой неорганический либо полимерный слой из труднорастворимых оксидов и солей металлов. Такие слои имеют аморфную либо чётко выраженную кристаллическую структуру (в случае цинкфосфатирования).

Конверсионный слой создаёт на поверхности микрошероховатость и улучшает межслойное сцепление из-за физического проникновения расплавов смолы в структуру конверсионного слоя.

Преобразование поверхности металла (пассивирование) обеспечивает барьерный эффект к воздействию влаги и воздуха, замедляет распространение подплёночной коррозии и увеличивает срок эксплуатации изделий.

Таким образом, конверсионный слой выполняет две важнейшие функции:

1. Усиливает адгезию краски к металлу;
2. Обеспечивает дополнительную коррозионную защиту.

В технологии порошковой покраски именно конверсионный слой определяет коррозионную стойкость и силу сцепления краски с поверхностью металла. Наиболее эффективный способ нанесения конверсионного слоя — струйная обработка в туннеле подготовки поверхности.

Методы контроля и тестирования качества подготовки поверхности

Качество подготовки поверхности проверяют по международным стандартам ISO 9227 и ASTM B-117 — это ускоренный метод определения коррозионной стойкости покрытия в солевом тумане (результат выражается в часах).

Тест в солевом тумане даёт объективную количественную оценку качества и эффективности цикла подготовки поверхности.

Ценность этого метода заключается в том, что результаты стойкости покрытия в камере соляного тумана коррелируют с долговечностью покрытий в реальных условиях эксплуатации.

Технологические циклы подготовки поверхности

Выбор конверсионного покрытия и технологического цикла зависит от типа металла и от требований к стойкости полимерного покрытия в конкретных условиях эксплуатации окрашенной продукции.

Железофосфатирование, как правило, применяется для металлических изделий, эксплуатирующихся внутри помещений (низкий коррозионный класс). А цинкфосфатирование, нанокерамика и хроматирование обеспечивают более высокую степень коррозионной защиты, поэтому используются для нанесения атмосферостойких функциональных покрытий.

Оптимальное число зон обработки и состав применяемых реагентов зависит от требуемой категории коррозионной стойкости и гарантийных сроков эксплуатации продукции.

Рассмотрим наиболее эффективные циклы подготовки поверхности со средними показателями стоимости конверсионного покрытия и стойкости к коррозии в соляном тумане.

 

Циклы железофосфатирования

В зависимости от толщины железофосфатный слой бывает лёгкий, средний и тяжёлый. Применяется в основном для подготовки чёрной стали, в редких случаях (с модификацией состава) для цветных металлов и оцинкованной поверхности.

При комбинации обезжиривания и нанесения конверсионного слоя данный цикл доступен для участков с малым количеством — от 2 до 3-х рабочих зон обработки.

 

 

Для повышения качества обработки цикл железофосфатирования можно увеличить до 4-х стадий:

Железофосфатный слой будет улучшен, если вместо финишной промывки водой добавить стадию беспромывочной пассивации для предотвращения возникновения вторичной коррозии на поверхности металла:

Пассивация — заключительная стадия обработки поверхности с помощью окислителей (соединений хрома, нитрита натрия и др.). Из соображений экологичности, использование в составе хрома и других тяжёлых металлов должно быть ограниченно. Поэтому сейчас всё чаще используются бесхроматные составы, в которых роль пассиватора выполняют органические полимеры, кислоты, соли фтора и нетоксичные соединения молибдена, титана и циркония.

Для сверхэкономичной беспромывочной пассивации компания EUROIMPIANTI разработала инновационную установку Nebula. Принцип действия которой заключается в равномерном мелкодисперсном (туманообразном) распылении пассивирующих растворов низкой концентрации (0,1%).

Циклы нанокерамики Henkel

Нанесение наноразмерного слоя комплексных солей циркония. Это прогрессивный технологический цикл, уверенно вытесняющий традиционные циклы железо- и цинкфосфатирования.

Данный тип обработки, в зависимости от состава реагентов подходит для чёрной, оцинкованной и алюминиевой стали. В случае комбинирования обезжиривания и нанесения конверсионного слоя число технологических операций сокращено до 3-х стадий:

 

Разделение первой стадии на две отдельные ванны улучшит качество обработки:

Для более значительного повышения качества обработки желательно разделить фазы обезжиривания и нанесения конверсионного слоя нанокерамики:

 

Циклы цинкфосфатирования

Цинкфосфатирование предназначено для предварительной обработки чёрной гаряче / холоднокатаной стали и гальванизированной стали (оцинкованной, хромированной или никелированной) в среде высоких коррозионных классов.

Цинкфосфатные покрытия имеют кристаллическую структуру и обладают повышенными защитными свойствами.

Но получение таких покрытий связано с весьма затратным многостадийным процессом, который сопровождается повышенным шламообразованием. Получение данного конверсионного слоя обходится дороже, чем нанесение железофосфата или нанокерамики, ввиду более высоких затрат как на оборудование, так и на сам технологический процесс.

Этот цикл применяют в автомобилестроении, приборостроении и других областях, где повышенные затраты оправдываются высоким качеством и долговечностью службы покрытия.

 

Циклы хроматирования алюминия

Хроматирование — обработка поверхности из алюминия (и его сплавов) для получения аморфного хроматного слоя. Различают прозрачное тонкослойное, зелёное и жёлтое хроматирование.

 

Цикл зависит от вида алюминиевого сплава, способа его изготовления (литьём, прессовкой) и от требований к стойкости покрытия.

 

Сейчас для обработки алюминия переходят на экологически чистые составы, без содержания вредных соединений хрома.

Циклы бесхроматной пассивации широко применяют для подготовки поверхности в вертикальных линиях для покраски алюминиевых профилей.

Промышленное оборудование для подготовки поверхности

Обработку изделий производят в погружных ваннах или в распылительных системах. В автоматических линиях порошковой покраски подготовка поверхности происходит в распылительных туннелях проходного типа.

Основные достоинства распылительных систем:

• Одновременная химическая и механическая (струйная) обработка поверхности;
• Эффективная обработка при низких температурах растворов;
• Короткое время очистки и формирования конверсионного слоя;
• Каскадная система, обеспечивающая высокую степень использования воды, тепла и химических реагентов;
• Минимизация вредных стоков: рабочие растворы и промывочные воды зациклены в замкнутой системе и используются многократно.

В процессе работы из-за падения концентрации раствора в рабочей ванне, необходимо регулировать концентрацию и уровень pH, периодически добавляя в ванну определённое количество химических реагентов. Корректировку проводят вручную, отбирая периодически пробы и рассчитывая необходимое количество концентрата. Но при высокой производительности гораздо удобнее использовать автоматические дозаторы химических реагентов. Это позволит добиться стабильно высокого качества конверсионного слоя и исключит влияние человеческого фактора.

В туннелях целесообразно использовать дополнительное оборудование для очистки рабочих растворов — регенераторы, мешочные фильтры, маслосепараторы и прочие полезные опции для минимизации вредных стоков и повышения степени использования реагентов.

Лучший 3-х стадийный цикл нанесения конверсионного слоя

На наш взгляд, лучший технологический цикл подготовки поверхности для 3-х стадийного туннеля — цикл нанесение наноразмерного конверсионного аморфного слоя оксидов циркония компании Henkel.

Комбинирование обезжиривания и нанокерамики позволяет сократить количество стадий до 3-х. Несмотря на малостадийность, данный цикл обеспечивает высокий уровень стойкости в солевом тумане: 400 - 500 часов. Такое качество подготовки открывает возможность длительной эксплуатации окрашенной продукции даже на открытом воздухе под воздействием разрушительных атмосферных факторов.

«Використання інноваційних продуктів Henkel Bonderite дозволить значно підвищити ефективність технологічного процесу та скоротити витрати, що пов’язані з підготовкою поверхні металів на 20 - 60%, порівняно з класичними технологіями залізо фосфату та цинк фосфату».

Андрій Ганчо
представник компанії Henkel Technologies в Україні

Преимущества цикла нанокерамики:

• Экономия энергоносителей, низкотемпературные продукты (45 - 50°C);
• Меньший конверсионный слой (30 - 50 нм) и низкие расходные нормы (3 - 5 г/м²);
• Образует на 60% меньше шлама по сравнению с фосфатированием;
• Экологически безопасные стоки, не содержащие фосфатов и тяжёлых металлов;
• Высокая коррозионная стойкость в соляном тумане от 400 до 900 часов.

Нанокерамическое конверсионное покрытие имеет лучшее соотношение качества, себестоимости и экологичности процесса.

 

 

Хорошая подготовка поверхности позволит производить продукцию принципиально лучше, чем у конкурентов и привлекательнее для потребителей. Более эстетичные и долговечные покрытия обеспечат долгосрочное конкурентное преимущество.

В каждом конкретном случае, учитывая требования и стандарты качества, мы порекомендуем оптимальный технологический цикл подготовки поверхности для конкретного типа продукции. И поможем найти разумный компромисс между приемлемым качеством подготовки и количеством технологических стадий туннеля.