Давайте рассмотрим, какие подложки наиболее подвержены дегазации, какие стратегии можно применить для ее минимизации и как отличить простое выделение газа от настоящей дегазации.
Простое выделение газа и дегазация — что есть что?
Выделение газа — это высвобождение летучих веществ изнутри самого порошкового покрытия. С другой стороны, дегазация — это макровыбросы газов из подложки, которые проходят через пленку расплавленного порошкового покрытия. Сначала рассмотрим газовыделение.
Порошковые покрытия по своей природе выделяют летучие вещества несколькими способами. Частицы порошка соединяются при образовании пленки в процессе плавления в плечи. Когда частицы сплавляются друг с другом, воздух между ними выталкивается через пленку наружу, в атмосферу печи. Помимо вытеснения промежуточного воздуха, также выделяется небольшое количество жидкости. Поэтому в состав порошковых покрытий включают дегазаторы, чтобы быстро и полностью удалять воздух и влагу из пленки до ее отверждения.
Некоторые порошковые покрытия, в зависимости от своего состава, также выделяют летучие вещества при отверждении. Полиэфирные порошковые покрытия, отверждаемые гидроксиалкиламидом (HAA), выделяют воду как побочный продукт отверждения. Кроме того, большинство полиуретановых порошковых покрытий выделяют є-капролактам, блокирующий агент. Дегазаторы в составе минимизируют возникновение дефектов, вызванных летучими веществами, выделяемыми при отверждении. Тем не менее, в толстых пленках, около 5,0 мил (100 микрон) и более, могут образовываться точечные отверстия из-за выделения летучих веществ при отверждении. Точечные отверстия — это круглые микропустоты в поверхности покрытия. При ближайшем рассмотрении они видны невооруженным глазом, а при слабом увеличении кажутся идеально концентрическими отверстиями в поверхности покрытия. Поэтому крайне важно контролировать толщину пленки при использовании таких порошковых покрытий. Толщина должна составлять не более 5,0 мил, а желательно — менее 4,0 мил.
Точечные отверстия — это круглые микропустоты в поверхности покрытия. При ближайшем рассмотрении они видны невооруженным глазом, а при слабом увеличении кажутся идеально концентрическими отверстиями в поверхности покрытия. Фото предоставлено компанией TCI Powder Coatings
Летучие вещества из подложек
Теперь, когда мы знаем, что такое выделение газа, давайте рассмотрим дегазацию. Это газы, выделяющиеся из подложек, которые также могут вызвать появление дефектов. В частности, газы могут выделяться из деталей из горячеоцинкованной стали и литого металла. Выделение газа из таких подложек при отверждении порошка может вызвать появление ряда различных дефектов, от точечных отверстий до больших неприглядных пузырей. Оба типа подложек невероятно непредсказуемы. Все зависит от их возраста и метода обработки. Сначала рассмотрим цинкование.
Цинкование
Железосодержащие подложки, например, сталь, иногда покрывают цинком, чтобы защитить железо от окисления и образования оксида железа (Fe2O3-nH2O), известного как ржавчина. Этот процесс заключается в погружении детали в расплав цинка с такими добавками, как магний и алюминий. Затем оцинкованное изделие вынимают из ванны и охлаждают, зачастую — закалкой в воде. От скорости охлаждения зависят «блестки» или размер кристаллитов, который может варьироваться от менее миллиметра до нескольких сантиметров. Цинкование с высоким содержанием блесток более проблематично для дегазации и адгезии верхнего слоя порошкового покрытия.
Вода может попасть в цинковое покрытие в процессе закаливания, а также из влажной окружающей среды. Кроме того, водные растворы, часто используемые для очистки и предварительной обработки оцинкованных поверхностей перед нанесением порошкового покрытия, могут остаться в поверхности цинка и стать источником дегазации. Некоторые эксперты также считают, что водород может выделяться из оцинкованных поверхностей под воздействием повышенных температур. Это также может привести к появлению дефектов, вызванных дегазацией.
Чтобы устранить потенциальное присутствие воды в оцинкованной поверхности, детали необходимо подвергать предварительной термообработке перед нанесением порошкового покрытия. Температуры на 20-30 °F выше рекомендованной для сушки, как правило, достаточно, чтобы избавиться от всех летучих веществ в оцинкованной поверхности. Крайне важно, чтобы сам металл нагрелся до такой повышенной температуры, а не только воздух в печи. Таким образом, следует убедиться, что детали достигли указанной температуры, прежде чем вынимать их из печи. Перед нанесением порошкового покрытия нужно, чтобы детали охладились до температуры, примерно на 25 °F выше температуры окружающей среды. Этот процесс описан в стандарте ASTM D7803; он препятствует образованию точечных отверстий, вызванных летучими веществами, высвобождаемыми из оцинкованной поверхности.
Третий метод — это использование порошкового покрытия, специально разработанного для минимизации газовыделения в процессе отверждения покрытия. По сути, разработчики рецептур включают в состав воскообразное вещество, которое обеспечивает плавный выход выделяемого газа. Поскольку эта добавка в печи размягчается и становится текучей, она заполняет собой пустоты, оставленные летучими веществами. Поставщики порошковых покрытий называют такие добавки продуктами для компенсации дегазации в порошковых покрытиях. Кроме того, некоторые производители порошковых покрытий предлагают такие добавки, которые можно вводить уже на месте, в вашем цехе по финишной отделке.
Изделия из литого металла
Одной из самых распространенных причин появления дефектов, вызванных дегазацией, является нанесение порошкового покрытия на детали из литого металла. Процесс литья металла не новый и применяется уже тысячи лет. По сей день его используют при производстве деталей сложных форм, а также тяжелых изделий, которые сложно изготовить иным способом.
Расплавленный металл заливают в негативную отливную форму через узкое отверстие, которое называется литник. Форме и материалу в ней дают остыть, а затем извлекают готовую деталь из литого металла. Сталь, алюминий и цинк, а также сплавы магния часто используются для литья изделий для автомобильной, аэрокосмической, сельскохозяйственной, строительной, землеройной, медицинской отраслей, а также для бытовых приборов, трубопроводов и др.
Поскольку расплавленный металл буквально вливают в пустоты внутри формы, в его структуре могут образовываться поры. В зависимости от качества процесса литья, эти поры зачастую распространяются и на внешнюю поверхность изделия. В них может скапливаться влага, чистящие средства, химические вещества для предварительной обработки и воздух. Если используется порошковое покрытие, такие загрязнители в процессе отверждения высвобождаются, в результате чего образовываются большие пузыри на поверхности. Решать такие проблемы можно по-разному.
Для начала можно связаться с вашим поставщиком литых деталей. Есть способы уменьшения или устранения пористости металла. Состав сплава, температура металла, качество формы и особенности процесса, например, вибрация и скорость вливания могут оказать влияние на пористость. В некоторых случаях в процессе литья можно использовать азот для снижения пористости. Если у нас нет возможности влиять на процессы производителя, можно применить другие стратегии.
Во время охлаждения деталей из расплавленного металла на их наружной поверхности могут образовываться поры, в которых скапливаются загрязнения, из-за чего при отверждении могут появиться пузыри.
Наилучшее внутризаводское решение — предварительная термообработка деталей до нанесения порошковых покрытий. Она направлена на удаление всех потенциально присутствующих летучих веществ до нанесения порошкового покрытия. Термообработка может заключаться в нагреве детали до температуры выше рекомендованной. Как правило, для этого требуется температура примерно на 25 °F выше температуры отверждения порошка. Не следует полагать, что температура воздуха в печи равна температуре детали; убедитесь, что сама деталь нагрета до нужной температуры. Для этого можно использовать сушильную печь в конце процесса предварительной обработки. Порошковое покрытие следует наносить, пока деталь еще теплая, примерно на 25-30 °F выше температуры окружающей среды. Не позволяйте деталям остыть и не оставляйте их надолго, иначе в них, в конечном итоге, снова попадет влага и воздух из окружающей среды.
Третий способ — это использование порошковых покрытий с добавками для компенсации дегазации, описанными выше в разделе о цинковании деталей. Они специально разработаны для снижения газовыделения в процессе отверждения покрытия. Такие порошковые покрытия содержат воскообразное вещество, которое позволяет выделяемому газу выйти без образование таких дефектов, как точечные отверстия или пузыри. Вы также можете рассмотреть использование добавки, предотвращающей дегазацию, которую можно добавить в порошковое покрытие прямо на месте.
Использование порошкового покрытия, отверждаемого при низких температурах, — это еще один, хоть и частичный, способ предотвращения дефектов. Отверждение порошкового покрытия при низкой температуре снизит объем высвобождения летучих веществ из пор. Возможно, вам следует рассмотреть порошковое покрытие, которое отверждается при температуре 325 °F, а не 375-400 °F. Это не полноценное решение, хотя оно сокращает появление дефектов от дегазации.
Дефекты, вызванные дегазацией, на линии финишной отделки могут обескураживать. Понимание причин возникновения дефектов, особенно связанных с оцинкованными деталями и изделиями из литого металла, может избавить вас от многих проблем. Если вы впервые сталкиваетесь с такими деталями, лучше сначала распылить покрытие лишь на несколько из них, чтобы не достать из печи целую партию бракованных изделий. Внесите корректировки в процесс и используемые материалы перед тем, как обрабатывать большие объемы деталей.
Кевин Биллер — технический редактор журнала Powder Coated Tough и президент компании Powder Coating Research Group.
