В идеальном мире нам не пришлось бы устранять дефекты покрытий в условиях эксплуатации. Если бы каждый специалист по нанесению порошковых покрытий выбирал продукты высочайшего качества, использовал химические средства для предварительной обработки строго в соответствии с обрабатываемым металлом, выполнял отверждение покрытий в печах, поддерживаемых в рабочем и хорошо отрегулированном состоянии, и тщательно следил за всеми процессами, то в условиях эксплуатации не возникало бы дефектов или повреждений.
К сожалению, разрушения покрытий при эксплуатации периодически возникают. Проблемы в условиях эксплуатации можно разделить на три основные категории: проблемы с адгезией/сколами, преждевременная коррозия и потускнение/потеря блеска. Чтобы определить причину проблемы, нужно провести настоящее расследование. Рассмотрим, что следует искать, как подтвердить, что именно эта причина вызвала проблему, а также рекомендации по корректирующим действиям.
Проблемы с адгезией/сколами
Некачественная адгезия — одна из самых распространенных проблем в условиях эксплуатации. Адгезия может ухудшиться из-за грубого обращения с деталями во время упаковки и распаковки, в процессе последующей сборки и из-за внешних воздействий при эксплуатации. У высококачественного порошкового покрытия, нанесенного надлежащим образом и отвержденного на чистой, предварительно обработанной подложке, не должно возникать проблем с адгезией.
Начать ваше расследование стоит с типа и качества вашей металлической подложки. Качество стали с начала века значительно изменилось. На заводах используют большое количество стального лома при изготовлении новых партий стали. Переработанная сталь или лом могут составлять от 25 до 95% состава в зависимости от стандартов завода и изготавливаемого продукта. Качество и состав используемого лома влияет на итоговое качество стали и может сказаться на эффективности процессов очистки/предварительной обработки. В результате составы стали отличаются.
Самая большая проблема — это непостоянное качество стали в разных партиях. Если содержание примесей (азот, кремний, фосфор, сера и углерод) отличается, предварительная обработка может не сработать. Кроме того, иногда сталь поставляется с масляным герметиком (например, горячекатаная, травленая и промасленная сталь). Это «масло» может существенно влиять на эффективность стадии очистки в процессе предварительной обработки. Если не удалить масло полностью, последующая химическая предварительная обработка не подействует надлежащим образом.
Такие особые подложки, как сталь горячего цинкования, также подвержены проблемам с нестабильностью характеристик. Нанесенный слой цинка представляет собой непостоянную величину, поскольку цинк со временем медленно окисляется. Предварительная обработка действует по-разному в зависимости от количества оксида цинка на поверхности. Если процесс предварительной обработки не соответствует состоянию слоя цинка/оксида цинка, то адгезия может пострадать.
В целом, достаточно сложно добиться качественной адгезии покрытий на нержавеющей стали и тщательно отполированном алюминии. Для обеспечения хорошей адгезии может потребоваться специальная предварительная обработка (например, пассивация нержавеющей стали) и/или дробеструйная обработка.
Использование неподходящего типа предварительной обработки также может привести к проблемам с адгезией. Предварительная обработка фосфатом железа хорошо подходит для подложек из черных металлов, однако традиционная предварительная обработка алюминия фосфатом железа не обеспечит такую же степень адгезии порошкового покрытия к металлу. Некоторые поставщики химических составов рекомендуют использовать фторидную травильную добавку в процессе предварительной обработки фосфатом, чтобы обеспечить адгезию покрытия к алюминию.
Проблемы со сколами похожи на проблемы с адгезией, поскольку возникают между покрытием и подложкой. Описанная выше ситуация с качеством металла и предварительной обработкой относится и к сколам. Кроме того, к сколам может привести слишком толстое покрытие. Если покрытие было отверждено не полностью, оно также будет подвержено сколам. Повторное нанесение покрытий может вызвать образование сколов. Особенно это относится к случаям, когда исходное покрытие было пересушено в печи. Проблемы со сколами, как правило, возникают на границе раздела между последующими слоями порошкового покрытия.
Кажется, самое время отметить, что устранить эти проблемы эффективно достаточно трудно, если не вести тщательное документирование всех процессов и технического обслуживания оборудования. Если у вас нет подробной документации с графиком выполнения технического обслуживания и индивидуальных заказов клиентов, определить правильные корректирующие меры для решения проблем с покрытием может быть просто невозможно.
На ручке двери, выполненной по заказу компании Burger King, явно видны признаки растрескивания прозрачного слоя «паутиной». Этот дефект, вероятнее всего, был вызван недостаточным отверждением порошкового покрытия.
Корректирующие меры
- Проверьте сертификаты качества подложек от ваших поставщиков. Проверьте наличие масла, грязи, коррозии и других загрязнений. Коррозию необходимо удалить с помощью дробеструйной обработки или агрессивных химических веществ.
- Уделите особое внимание оцинкованной стали. Убедитесь, что она достаточно новая, и на поверхности нет оксида цинка в высокой концентрации. Если поверхность окислилась, выполните абразивную очистку перед предварительной обработкой.
- Убедитесь, что химические составы для предварительной обработки подходят для подложек, на которые вы собираетесь наносить покрытие. Будьте осторожны при нанесении покрытий на детали из смешанных металлов.
- Убедитесь, что ваша система предварительной обработки соответствует требованиям к температуре, концентрации, уровню pH, общему содержанию растворенных твердых веществ, времени обработки, параметрам распыления и т.д. Убедитесь, что жидкости для промывки чистые.
- Убедитесь, что покрытие отверждено надлежащим образом. Выполняйте рекомендации по условиям отверждения (время и температура) для каждого конкретного порошкового покрытия. Их можно найти в техническом паспорте. Проводите выборочные испытания на отверждение путем протирания растворителем.
- Избегайте нанесения слишком толстого слоя покрытий. Соблюдайте рекомендации по толщине покрытия согласно техническому паспорту продукта.
- Проверьте адгезию дополнительного слоя покрытия в незаметном месте.
Преждевременная коррозия
Возникновение коррозии в условиях эксплуатации может быть связано с несколькими критически важными моментами. Неполное покрытие из-за слишком тонкого слоя и/или некачественное покрытие краев может привести к преждевременной коррозии. Подобные проблемы также может вызвать неправильная подготовка металла. Сюда же относятся и описанные выше вопросы о качестве подложки, методе предварительной обработки и ее влиянии на адгезию. Слабая адгезия приводит к расслаиванию или разрывам покрытия, в которые попадает влага и соль, что ускоряет коррозию.
Кроме того, на коррозионную стойкость влияет состав порошкового покрытия. Большинство дешевых порошковых покрытий содержат большое количество низкокачественных наполнителей. Эти дешевые наполнители ухудшают многие свойства покрытия, включая коррозионную стойкость. Некоторые порошковые покрытия благодаря своему составу обладают большей коррозионной стойкостью, чем другие. В целом, эпоксидные покрытия наиболее качественные, за ними идут гибридные (эпоксидно-полиэфирные) и полиуретановые. Полиэфирные покрытия с TGIC, как правило, качественные, хотя полиэфирные покрытия с HAA (без TGIC) обычно менее устойчивы к коррозии, чем их аналоги с TGIC. Для соблюдения требований к долговечности при применении в сфере архитектуры и транспорта при нанесении высокопрочных покрытий, таких как порошковые покрытия на основе сверхпрочных полиэфиров, акрилов и фторполимеров, может потребоваться грунтовка.
Корректирующие меры
- Убедитесь, что толщина покрытия на всей поверхности не ниже минимального значения, рекомендованного в техническом паспорте.
- Используйте высококачественные порошковые покрытия, подходящие для применения в конкретных условиях эксплуатации.
- Используйте систему грунтовки/верхнего слоя, если необходима высокая коррозионная стойкость. Рекомендуется использовать эпоксидную грунтовку и устойчивый к воздействию ультрафиолетового излучения верхний слой.
- Проверьте сертификаты качества подложек от ваших поставщиков. Проверьте наличие масла, грязи, коррозии и других загрязнений. Коррозию необходимо удалить с помощью дробеструйной обработки или агрессивных химических веществ.
- Убедитесь, что химические составы для предварительной обработки подходят для подложек, на которые вы собираетесь наносить покрытие. Будьте осторожны при нанесении покрытий на детали из смешанных металлов.
- Убедитесь, что ваша система предварительной обработки соответствует требованиям к температуре, концентрации, уровню pH, общему содержанию растворенных твердых веществ, времени обработки, параметрам распыления и т.д. Убедитесь, что жидкости для промывки чистые.
- Убедитесь, что покрытие отверждено надлежащим образом. Выполняйте рекомендации по условиям отверждения (время и температура) для каждого конкретного порошкового покрытия. Их можно найти в техническом паспорте.
Потускнение/потеря блеска
Наиболее распространенной причиной потускнения и потери блеска из-за воздействия окружающей среды является выбор порошкового покрытия. Устойчивость порошкового покрытия к воздействию ультрафиолетового излучения зависит от состава связующей системы. Тем не менее, даже самые прочные связующие системы могут потерять свои свойства в составе с низкокачественными пигментами и добавками. В этом случае работает старая истина о самом слабом звене. По моему опыту, некоторые разработчики составов по незнанию снижают стойкость отличных связующих систем порошковых покрытий, используя низкокачественные красящие пигменты. Кто-то принимает решение, исходя из стоимости состава (например, сделать его дешевле, чтобы увеличить продажи), и девять месяцев спустя в отдел продаж поступают жалобы на качество покрытий при эксплуатации.
В других случаях специалисты по нанесению покрытий могут повлиять на долговечность, которая требовалась заказчику. Иногда специалисты просто берут то, что есть на складе, а не заказывают подходящий продукт, соответствующий требованиям клиента. Один мой хороший друг однажды нанес на свои дорогостоящие диски для автомобильных колес порошковое покрытие с красивым на вид эффектом серебра. Проблема заключалась в том, что это серебряное покрытие, вероятно, было гибридным (эпоксидно-полиэфирным), поскольку колеса потеряли весь свой блеск меньше чем за год.
Если порошковое покрытие недостаточно отверждено, это также вызовет преждевременную потерю блеска готового покрытия. Для получения требуемых эксплуатационных характеристик необходимо обеспечить сшивание материала покрытия.
Еще одна, менее очевидная причина потускнения/потери блеска заключается в том, что через несколько лет свойства органических покрытий ухудшаются и они теряют свой глянцевый вид. Я получал жалобы, когда конечные пользователи были недовольны потускнением ворот, на которые нанесли порошковое покрытие. Когда я спросил о возрасте покрытия, мне ответили, что ему 7-8 лет. Ожидаемая долговечность покрытия должна соотноситься с его реальными характеристиками. Для стандартного полиэфирного порошкового покрытия характерно потускнение через несколько лет.
Корректирующие меры
- Проконсультируйтесь со своим поставщиком порошкового покрытия. Убедитесь, что он понимает, какие именно качества покрытия требуются вашим клиентам. Лучше всего иметь продуманные, задокументированные и подробные технические требования.
- Запросите у своего поставщика порошковых покрытий сертификат о характеристиках покрытия для использования вне помещений. Надежный поставщик предоставит известные промышленные спецификации для своей продукции, например, стандарты AAMA для архитектурных и автомобилестроительных областей применения.
- Убедитесь, что условия отверждения и температура детали соответствуют техническому паспорту каждого конкретного продукта.
- Перед использованием внимательно прочитайте технический паспорт порошкового покрытия. Убедитесь, что оно подходит для конечного применения покрываемых деталей.
Как избежать возникновения дефектов в условиях эксплуатации
Наилучшая стратегия по предотвращению дефектов порошковых покрытий в условиях эксплуатации — это превентивный подход на стадии нанесения покрытий. Во-первых, установите актуальные и всесторонние требования. В них должны быть отражены требования ваших клиентов, информация о подложках, процессах очистки/предварительной обработки, порошковых покрытиях и оборудовании для отверждения. Контроль процесса очень важен на всех стадиях обработки (предварительная подготовка, нанесение и отверждение). Постоянное совершенствование должно стать частью вашей работы. Следует документировать все процедуры планового технического обслуживания, все выполняемые процессы, а также корректирующие меры, которые вы предпринимаете, и их результаты. Это может помочь при выяснении причин различных проблем в будущем. И наконец, соберите коллектив компетентных специалистов и регулярно проводите качественное обучение.
Кевин Биллер — технический редактор журнала Powder Coated Tough и президент компании Powder Coating Research Group.
