Предварительная обработка изделий, эксплуатируемых вне помещений

С момента своего первого появления порошковые покрытия применяются в промышленности и становятся все более надежными, доступными и долговечными. По мере улучшения качества, коррозионной стойкости, стойкости к УФ-излучению и поверхностных характеристик многие производители, которые изготавливают продукцию и оборудование, эксплуатируемое вне помещений, переходят с жидких на порошковые покрытия.

По мере развития технологий нанесения верхних слоев покрытия также модернизируются и процессы предварительной обработки. На сегодняшний день специалистам доступно больше вариантов, чем когда-либо, что позволяет им изготавливать продукцию высочайшего качества в соответствии со всеми стандартами.

 

Изделия, предназначенные для эксплуатации вне помещений, нуждаются в самой надежной отделке, которую может предложить отрасль. Как правило, это дорогие системы с длительным сроком службы. Основные задачи состоят в том, чтобы сохранить внешний вид и целостность.

 

Чтобы обеспечить высокую коррозионную стойкость и долговечность в промышленности традиционно используются фосфат цинка, хроматы и фосфаты хрома. Но из-за проблем, связанных с экологией, безопасностью и экономической составляющей, рынок переходит на альтернативные технологии. Сейчас можно выбрать системы без тяжелых металлов, требующие меньше энергии, меньше водопотребления и меньше обслуживания, чем старые технологии.

 

При выборе предварительной обработки для изделий, используемых вне помещений, производитель должен учитывать множество аспектов. Высокое качество, несомненно, первостепенно, но тип подложки и метод нанесения (распыление, погружение или нанесение вручную) также необходимо учитывать.

 

Обсудим типы металлов.

 

Алюминий

 

Общая наружная прочность и коррозия неразрывно связаны между собой. Ни один другой конструкционный материал не обеспечит такой легкий вес и коррозионную стойкость, как алюминий. Шестивалентный хром всегда использовался для стандартной обработки алюминия и продолжает использоваться во многих местах. Это относится к промышленным и военным сферам применения. К примерам конечного применения алюминия с порошковым покрытием относятся: садовая мебель, подвесные лодочные моторы, автомобильные колеса и строительные материалы. Эти изделия должны быть надежными и хорошо при этом выглядеть.

 

Самыми требовательными являются архитектурные и морские сооружения. Постоянное интенсивное воздействие УФ-излучения, влажность и коррозионно-активный, соленый воздух требуют повышенной надежности алюминия. В связи с использованием алюминия в производстве дверных рам, оконных профилей, перил, лестниц, ограждений и внутренней отделки для лодок, а также декоративных элементов конструкций, его, как правило, рассматривают для длительных применений, и поэтому предъявляют самые жесткие требования к эксплуатационным характеристикам. Замена или повторная отделка этих компонентов трудновыполнима и очень затратна, поэтому крайне важно изначально обеспечить высочайшее качество покрытия. Хромат и фосфат хрома по-прежнему широко применяются, но циркониевые покрытия (которые часто называют нанотехнологиями, тонкими пленками и обработкой переходных металлов) активно вторгаются в этот рынок и становятся все более распространенными. Отраслевые стандарты для архитектурных применений: AAMA (Американская ассоциация промышленных конструкторов) и Qualicoat. Циркониевая предварительная обработка доказывает свою эффективность в испытаниях в соответствии с этими стандартами, и архитекторы, отвечающие за выбор предварительной обработки, начинают допускать ее более широкое применение.

 

При подготовке алюминия для наружного применения с помощью циркониевых составов предварительной обработки необходимо соблюдать несколько общих рекомендаций.

Подготовка поверхности - это первый ключевой фактор для обеспечения высококачественного покрытия. Чистая обезжиренная поверхность необходима для хорошей адгезии краски, как и для любой другой подложки. На первом этапе всегда выполняется удаление масла, но масло - это только один вид загрязнений, которые нам нужно удалить. Алюминий естественным образом окисляется, чтобы защитить себя, и этот слой необходимо удалить перед обработкой. Он не смачивается при последующей обработке или нанесении верхних слоев покрытия, что снижает эффективность предварительной обработки и механическую адгезию покрытий. Кроме того, во внешний слой оксидов могут быть включены примеси, способные выступать в качестве очагов коррозии, в которых могут образоваться коррозионные элементы. Оксидный слой можно удалить с помощью раскислителя (щелочного или кислотного) или контролируемого травления (щелочного или кислотного).

 

Экструдированные и листовые сплавы (например, серии 5000, 6000 и 7000) обычно очень хорошо реагируют на агрессивную обработку на этой стадии процесса. Алюминиевые отливки, как правило, более чувствительны к высокой щелочности или кислотности, а при недостаточно тщательной обработке на поверхности образуется шлам, что может вызвать проблемы с адгезией краски.

 

После очистки и раскисления поверхности необходимо тщательно промыть. Если использовался щелочной очиститель/раскислитель, перед последующей обработкой следует убедиться, что поверхность нейтрализована, поскольку промывка не так эффективна для щелочной среды, как для кислых растворов.

 

В настоящее время доступно много видов циркониевой обработки. Имеются коммерческие продукты, которые наносятся как традиционные конверсионные покрытия, а после обработки промываются, но, вероятно, более распространенными в последнее время стали составы для обработки с сушкой на месте. Эти продукты зачастую содержат цирконий, титан и/или комбинацию других солей металлов, а также смолы и силаны. Эти материалы прилипают к восстанавливающемуся оксидному слою на поверхности алюминия. После сушки в сушильной печи они образуют гидрофобный и высококоррозионостойкий слой на поверхности, что повышает адгезию порошкового покрытия.

 

Одним из немаловажных факторов во всей программе обработки является высококачественная вода. Для промывки и корректировки раствора предварительной обработки следует использовать деионизированную или обратноосмотическую воду. Соли, содержащиеся в жесткой воде, которые остаются на поверхности, являются гидрофильными и снижают эффективность любой хорошо продуманной программы обработки. Кроме того, эти примеси в дальнейшем могут стать очагами образования коррозии.

 

Сталь

 

Сталь, в частности горячекатаная, пожалуй, является самым распространенным конструкционным материалом для изделий, предназначенных для эксплуатации вне помещений. Примеры применения включают: тракторы и сельскохозяйственная техника, строительное и горнодобывающее оборудование, конструкции для детских и спортивных площадок, прицепы, квадроциклы и автомобильные компоненты, расположенные под капотом. Для всех этих конструкций важно, чтобы сталь с порошковым покрытием была износостойкой и долговечной.

 

В качестве стандартной обработки стали применяется фосфат цинка. Он обеспечивает прочный изолирующий слой на стальной поверхности, гальванический защитный слой и увеличенную площадь поверхности, что дает механическое преимущество в виде превосходной адгезии краски. Благодаря улучшению характеристик предварительной обработки на основе циркония в сочетании с экологическими и технологическими преимуществами этим новые покрытия, кажется, инициировали перемены на рынке.

 

Технические требования, как правило, определяются каждым отдельным производителем. Обычно в спецификации включают 500-2000 часов испытания в нейтральном солевом тумане согласно стандарту ASTM B-117 и/или 20-60 циклов циклических коррозионных испытаний (стандарты SAE-J2334, GMW14872 и др.). В промышленности, как правило, склоняются к циклическим испытаниям, поскольку они более репрезентативны для коррозии, наблюдаемой при естественном старении/износе деталей.

 

При подготовке стали к окраске, как и для любой другой подложки, важна чистота. Однако при использовании циркониевой предварительной обработки чистота еще более важна. В процессах на основе фосфатов цинка и железа важную роль играет кислотная промывка поверхности во время нанесения конверсионных покрытий. На этой первой стадии процесса нанесения покрытия определенное травящее действие помогает удалить оксиды, углерод и другие, растворимые в кислоте загрязнения. При нанесении циркониевых покрытий у нас не всегда есть это преимущество. Очистка стали преимущественно направлена на удаление масла, смазки, штамповочных жидкостей, охлаждающих жидкостей, мелких металлических частиц и т.д. Многие изделия наружного применения содержат множество сварных швов, которые также требуют очистки. Сгоревшие углеродсодержащие масла, сварочный антипригарный состав и оксиды, образованные вокруг сварных швов в зоне теплового воздействия, - одни из самых стойких загрязнений, с которыми можно столкнуться. Если эти загрязнения не удалить должным образом, они станут первыми зонами коррозионных разрушений на готовой детали, поскольку здесь не обеспечивается равномерная предварительная обработка и надлежащая адгезия краски.

 

Промывка пресной водой после очистки необходима для полного удаления остаточных примесей и щелочных остатков с поверхности, чтобы обеспечить полное осаждение циркония.

 

Как и в случае с алюминием, имеется несколько вариантов циркониевой предварительной обработки. Очень распространены составы, используемые на промежуточной стадии процесса и требующие последующей промывки, однако предварительная обработка с сушкой на месте также становится все более популярной, тем более что циркониевые составы также используются при распылении покрытий вручную.

 

Одна из самых серьезных проблем циркониевой предварительной обработки заключается в накоплении железа на стадии обработки. Циркониевые растворы для обработки кислые, поэтому при контакте со стальной поверхностью они растворяют железо. Это также происходит в процессах на основе фосфатов цинка и железа, но здесь растворенное железо расходуется и снова осаждается на деталь в составе конверсионного покрытия. Кислые циркониевые растворы могут растворять железо, но оно не используется в составе покрытия и накапливается в ванне.

 

Это может привести к забиванию сопел и сеток и загрязнению внутренних поверхностей труб и промывочной установки. Наиболее пагубно, когда железо осаждается обратно на детали и полностью не смывается на последующих стадиях. Эти частицы железа приводят к образованию полос, а в худшем случае к дефектам краски. Поскольку кислотность циркониевого раствора не зависит от осаждения покрытия, в продаже имеются циркониевые составы, которые позволяют специалистам контролировать содержание железа в ванне до 20 м.д., что способствует решению описанных проблем.

 

Еще одно важное преимущество составов на основе циркония и циркония/силана заключается в возможности предварительной обработки сварных швов. Если сварные швы очищены надлежащим образом, циркониевая предварительная обработка позволит смочить эти поверхности и связать их с имеющимся оксидным слоем, что обеспечит коррозионную стойкость и адгезию краски в тех местах, где традиционные процессы предварительной обработки не могут сформировать покрытие.

 

Технологии порошковых покрытий продолжают развиваться, обеспечивая более высокое качество отделки, стойкость к УФ-излучению и коррозионную стойкость. Поэтому их все чаще используют для изделий, эксплуатируемых вне помещений. Также продолжают совершенствоваться и процессы предварительной обработки, применяемые для порошковых покрытий, предоставляя производителям множество вариантов для повышения эффективности процессов и улучшения качества готовых деталей.

 

Крис Бергер - вице-президент/руководитель отделения разработки продукции в компании Calvary Industries, Inc.