На выбор способа предварительной обработки влияет ряд факторов, из которых некоторые будут специфичными. Можно назвать такие факторы:

-  вид и качество металла;

- состояние поверхности, т.е. степень загрязнения и какие нечистоты надо удалить;

- готовые изделия, область их применения и требования по защите;

-  экономические и экологические требования (чаще всего - выбор решения из альтернатив подобных и эквивалентных систем предварительной обработки).

Основными способами подготовки поверхности металла перед нанесением порошковых ЛКМ являются:

- обезжиривание и очистка (удаление масляных и смазочных загрязнений;

- удаление оксидной пленки - окалины, ржавчины;

-  нанесение конверсионного слоя.

Первая операция является обязательной, остальные применяются в зависимости от конкретных условий и требований.

  Очистка/обезжиривание

В любом случае, нужно при выборе процесса подготовки поверхности исходить из вида нечистот, которые должны быть устранены, а так же из вида обрабатываемого основания.
Часто в качестве единственной предварительной обработки перед нанесением порошкового материала применяется «обезжиривание растворителем».
Растворители удаляют только «жирные» нечистоты, такие как масла, жиры, смазки и т.д.
Чаще используется обезжиривание кислыми, нейтральными или щелочными химикатами.
Такие реактивы могут устранить и коррозионные продукты, окалины и прочие оксиды.

Обезжиривание органическими растворителями

Наиболее простым методом является обезжиривание органическими растворителями (уайт-спирит, растворитель 646, бензин БР-1 с антистатической добавкой, нефрас 150/200). Поверхность изделия протирается чистой ветошью или волосяными щетками, смоченными растворителем. Затем поверхность обтирают сухой чистой ветошью или обдувают сжатым воздухом.

Вместо протирки (в зависимости от размеров изделий) можно использовать их промывку в двух - трех ваннах с налитым в них растворителем. Применение растворителей характеризуется высокой скоростью их проникновения в загрязнения и удаления последних, быстрым испарением с изделий их избытка, нейтральным остатком на поверхности.

К   недостаткам   их   применения   можно  отнести   относительно  высокую  стоимость, пожароопасность, токсичность.

 

Обезжиривание щелочными водными составами

Обезжиривание щелочными водными составами является наиболее безопасным и распространенным способом.

Для этой цели используются составы типа КМ, представляющие собой слабо- или среднещелочные бессиликатные моющие средства. Они состоят из смеси ортофосфорной, борной и других кислот с добавкой поверхностно-активных веществ, обеспечивающих стабильное моющее действие, пониженное пенообразование и уменьшенный расход моющих средств.

Составы (КМ-1, КМ 17, КМ-18, КМ-19, КМ-21, КМ-22, КМ-25 и др.) изготавливаются ТОО «Экохиммаш» {Буй, Костромской обл.) и поставляются в виде порошков белого или желтовато-белого цвета, готовых к употреблению. Их растворяют в технической воде при непрерывном перемешивании. Время обработки изделий 5-15 мин при 60-70°С. Выбор моющих составов и их расход зависит от вида загрязнения, материала изделия, способа обезжиривания, вида производства и составляет ориентировочно 0,2 -1,0 кг/м².

Составы не воспламеняются, экономичны, малотоксичны, поддаются регенерации. К недостаткам их применения можно отнести большее время очистки. Необходимость механического перемешивания и подогрева состава, чрезмерное пенообразование.

После обезжиривания щелочными водными составами обработанную поверхность необходимо тщательно промыть в теплой воде при температуре 20-40 °С.

В этом случае возникает необходимость в специальных очистных сооружениях.

Эмульсионное обезжиривание - комбинированный способ, сочетающий достоинства применения органических растворителей и щелочных водных составов. Эмульсионные составы представляют собой эмульсии растворителей в воде, стабилизированные поверхностно-активными веществами. Подобные составы обладают высокой растворяющей, смачивающей и эмульгирующей способностью, поэтому в процессе эмульсионной очистки с металлической поверхности полностью удаляются различные масла, смазки и неорганические загрязнения.

При очистке эмульсионными составами время очистки по сравнению с обезжириванием в щелочных составах сокращается, однако требуется более тщательная промывка. Эмульсионное обезжиривание можно осуществлять при комнатной температуре без ухудшения качества очистки поверхности. Эмульсионные составы применяются при наличии оборудования для нейтрализации и обезвреживания отработанных составов.

  Механическая очистка (удаление оксидной пленки)

Механические процессы применяются как для устранения таких нечистот как шлак от сварки, окалина и т. п., так и для улучшения адгезии последующего покрытия.

Если применяется пескоструйная обработка, то важно знать, что жирные нечистоты надо устранить заранее.

Для удаления оксидной пленки, окалины, ржавчины, окисных пленок - могут быть использованы абразивная очистка (дробеструйная, дробеметная, механическая) и химическая очистка (травление).

 

Абразивная очистка осуществляется с помощью частиц абразивного материала (песка, дроби), подающихся на поверхность с большой скоростью в струе сжатого воздуха или за счет действия центробежных сил. Абразивная очистка обеспечивает равномерную шероховатость, что способствует повышению адгезии покрытия.

Выбор абразива зависит от размеров и формы обрабатываемых изделий, их материала и вида загрязнения. Металлический песок (дробь) должен быть из того же материала или материала, близкого по электрохимической характеристике к материалу очищаемой поверхности. В противном случае частицы абразива, остающиеся на поверхности, могут быть причиной преждевременного появления под слоем покрытия очагов коррозии. После обработки поверхности любым абразивным материалом ее необходимо обдувать очищенным воздухом.

Для дробеструйной очистки поверхности черных металлов применяют металлический песок (дробь чугунную или литую, стальную колотую или литую, стальную рубленую размером 0,3; 0,5; 0,8 мм и больше) производства АО «Старооскольский механический завод» и других заводов.

К недостаткам абразивной очистки можно отнести невозможность ее применения для изделий, толщина стенок которых меньше 3 мм, изделий сложной конфигурации. Неправильно подобранный абразивный материал, обработка излишне крупной дробью могут приводить к большой шероховатости, которую будет трудно сгладить слоем покрытия и получить требуемый внешний вид.

Травление - удаление с поверхности изделий естественных окисных пленок, окалины, ржавчины с помощью травильных растворов: на основе серной, соляной, фосфорной, азотной кислоты, едкого натра. Для достижения равномерного травления по всей поверхности в травильные растворы вводят различные добавки - ингибиторы, которые тормозят растворение уже очищенных участков поверхности, не влияя на скорость удаления оксидов. Ингибиторы выбирают применительно к определенным травильным растворам.

Достоинствами химической очистки являются большая производительность, простота применяемого оборудования и проведения процесса, возможность обработки изделий любой толщины, сложной конфигурации. К недостаткам относятся необходимость тщательной отмывки поверхности от остатков травильных растворов, для чего требуется больше промывной водопроводной воды; необходимость специальных очистных сооружений для нейтрализации или регенерации отходов.

В ряде случаев операции травления и обезжиривания могут быть совмещены при обработке поверхности растворами на основе серной кислоты (3-5 мин при 50-60°С), фосфорной кислоты (3-5 мин при 60-70°С), едкого натра (при удалении толстых слоев окалины и ржавчины при 420-480°С в течение 10-45 мин).

Нанесение конверсионного слоя

Для улучшения защитных свойств и удлинения срока службы, особенно при эксплуатации изделий в атмосферных условиях, в подготовку поверхности перед нанесением ПК рекомендуется включать дополнительные операции: фосфатирование фосфорнокислым железом или фосфорнокислым цинком (для стальных и оцинкованных поверхностей), хроматирование или анодное окисление (для алюминия и его сплавов).

Фосфатирование - получение на металлической поверхности пленки из труднорастворимых фосфорнокислых солей. Фосфатные пленки, обладая низкой электропроводностью, увеличивают адгезию покрытия и препятствуют распространению подпленочной коррозии. В зависимости от состава фосфатируюшего раствора на металлической поверхности образуются фосфаты с четко выраженной кристаллической решеткой (цинкофосфатное покрытие) либо аморфные фосфаты (железофосфатное покрытие).

Фосфатирующие составы поставляются фирмой «Химстар» (Москва) - КФ-1, КФ-3, КФ-12, КФ-15, КФ-18, КФА-8, КФА-9, ЗАО «Экохиммаш» (Буй) - КФА-8 и др. в виде готовых жидких концентратов. Перед использованием концентраты разводятся деминерализованной водой.

(Фосфорнокислое железо)

Обработка фосфорнокислым железом (часто называется тонкослойным фосфатированием) дает очень хорошую сцепляемость и не оказывает неблагоприятное действие на механические свойства лакокрасочного слоя. Фосфорнокислое железо предоставляет хорошую противокоррозионную защиту в среде низких и средних коррозионных классов, хотя с этой точки зрения оно не может конкурировать фосфорнокислому цинку. Железистое фосфатирование можно проводить распылением или погружением. В сравнении с цинковым фосфатированием железистое фосфатирование в общем является более дешевым и проще реализуемым. Обычно толщина фосфатового слоя достигает от 0,3 до 1,0 г/м2.

Железофосфатные покрытия на основе КФА-8, КФА-9 получают при обработке поверхности фосфатным раствором щелочного металла (фосфата натрия). При малой толщине они имеют худшие защитные свойства, но процесс их получения значительно проще.

Фосфатирующие составы КФА-8 и КФА-9 применяют для одновременного обезжиривания изделий перед нанесением ПК. Для обработки составами могут быть использованы агрегаты, состоящие из двух зон (обезжиривание + фосфатирование-промывка), трех зон (добавляется зона пассивирования) и четырех зон (обезжиривание и фосфатирование производится дважды в первой и второй зоне). 

(Фосфорнокислый цинк)

Предварительной обработкой фосфорнокислым цинком добиваются более толстого слоя, чем при железистом фосфатировании, и этот слой более надежно прикреплен к основанию. Фосфорнокислый цинк обладает также весьма выгодными адгезионными свойствами, хотя в некоторых случаях может понижать механическую целостность (упругость) системы. Фосфорнокислый цинк предоставляет замечательную противокоррозионную стойкость и рекомендуется для предварительной обработки стали и гальванизированной стали в среде высоких коррозионных классов.

Цинкофосфатные покрытия на основе КФ-1, КФ-3, КФ-12 обладают улучшенными защитными свойствами, но их получение связано с чувствительностью процесса к колебанию температуры ванны, шламообразованием, небходимостью частого контроля кислотности ванны. Под ПК рекомендуется использовать составы КФ-15, КФ-18. позволяющие получать тонкослойные цинкофосфатные  покрытия (1,0 - 1,5 г/м'}.

Для поддержания параметров фосфатирования в требуемых пределах необходимо периодически производить корректировку фосфатирующих растворов добавлением в них небольших количеств концентрата.

Обработка поверхности может производится разбрызгиванием при 50-60 "С в течение 2-5 мин. При сильной зажиренности металла время обработки может быть увеличено до 7-10 мин.

Завершающей стадией фосфатирования является промывка и пассивирование. Качество промывки определяется свойствами промывной воды [жесткостью, наличием ионов (С Г), (SO4')2"] и интенсивностью облива.

Средний расход воды для отмывки поверхности составляет 25 л/м. Цинковое фосфатирование дороже, чем железистое фосфатирование, ввиду более высоких затрат как на оборудование, так и на сам процесс. 

Хроматирование

Хроматирование - обработка поверхности изделий из алюминия и его сплавов растворами хромового ангидрида с целью получения аморфного хроматного слоя, повышающего адгезию и долговечность покрытия.

В группе процессов по хроматированию имеется ряд различных систем. Выбор системы зависит от вида металла или сплава, рода предмета (способ его изготовления: литьем, прессовкой) и, конечно, от требований по качеству. Хроматирование можно далее разделить на:

-     Тонкослойное хроматирование

-     Зеленое           хроматирование                                                           
-     Желтое хроматирование

Последний из указанных процессов чаще всего применяется перед нанесением порошковых материалов.

Для хроматирования используют концентаты, изготавливаемые АО «ХРОМПИК» (Первоуральск Свердловской обл.), «Формихром», «Алькон-1», «Алькон-1К».

Хроматирование проводят при 20-30° С в течение 5-30 с, что позволяет получить конверсионное покрытие толщиной до 0,5 мкм. Технологический процесс хроматирования аналогичен фосфатированию: обезжиривание - промывка - хроматирование. В некоторых случаях в технологический процесс может быть введено второе обезжиривание с промывкой в теплой воде. Несоблюдение режимов хроматирования может приводить к полированию поверхности, уменьшению шероховатости, что ухудшает адгезию.

Покрытие должно иметь однородный внешний вид, быть электропроводным, обеспечивать хорошую адгезию.

Количество степеней процесса может отличаться в зависимости от того, насколько интенсивно надо поверхность для хроматирования обработать, например, травлением, нейтрализацией и т. д., и сколько требуется последующих промывок. 

Анодное окисление как предварительная обработка алюминии

В особо требовательных случаях применения алюминия в качестве его предварительной обработки считаются равноценно пригодными специальные анодизационные процессы и хроматирование (DIN50393).

Для получения хороших результатов важны толщина и пористость анодизационного слоя и вид алюминиевого сплава.

Пассивирование

Пассивирование является заключительной стадией подготовки поверхности с помощью различных окислителей - соединений хрома, нитрита натрия, и д.р. при 20-50° С в течение 1-2 мин. Пассивирование предотвращает возможность возникновения вторичной коррозии и может быть рекомендовано как при подготовке поверхности только обезжириванием, так и в случае фосфатирования после промывки.

Придавая исключительно важное значение подготовке поверхности перед нанесением ПК ведущие европейские фирмы - производители ПК рекомендуют для повышения долговечности порошкового покрытия проводить специальную подготовку в соответствии со свойствами каждой конкретной поверхности (стальной, оцинкованной, алюминиевой).

По их мнению, наилучшими способами обработки являются: 

Для подготовки стальной поверхности

Обработка железофосфатными составами (получаемый тонкий слой не менее 1,0 мкм). проводимая в четыре этапа при совмещении обезжиривания и фосфатирования:

- обезжиривание и фосфатирование;

- промывка;

- пассивирование;

- сушка горячим воздухом при 110-120°С.

Обработка цинкофосфатными составами (толщина слоя 2-3 мкм) с использованием семи этапов:

-обезжиривание водными щелочными составами;

- промывка холодной водой;

- вторая промывка;

- фосфатирование;

- промывка холодной водой;

- пассивирование с последующей промывкой деминерализованной горячей водой;

- сушка горячим воздухом при 110-140° С.

Для подготовки оцинкованной поверхности

Обработка цинкофосфатными составами, проводимая в шесть этапов: 1 - обезжиривание; 2- промывка;

- фосфатирование;

- промывка;

- пассивирование;

- сушка горячим воздухом при 110-120°С.

Для исключения таких дефектов порошкового покрытия на оцинкованной поверхности как потеря адгезии, вспучивание, рекомендуется такой эффективный и легкий способ обработки как обдирка щетками, удаляющими.оксиды цинка и увеличивающими шероховатость поверхности. Во избежание перегрева слоя цинка температура формирования порошкового покрытия не должна превышать 175-180°С.

 

Для подготовки поверхности алюминия и его сплавов

Обработка хроматными составами, проводимая в семь этапов.

-обезжиривание;

- промывка;

- травление;

- промывка;

- хроматирование;

- промывка;

- окончательная промывка.

В зависимости от типа профиля и вида алюминия (сплава) европейские фирмы
предлагают также в качестве конверсионного слоя перед нанесением ПК использовать
фосфохроматное и фосфофлюороциркониевое покрытие.

Выбор операций подготовки поверхности перед нанесением ПК в каждом конкретном случае, как и выбор рецептуры того или иного состава и режимов обработки должен производиться специалистами. Только такой подход может обеспечивать высокое качество получаемого покрытия и заданный срок службы.

Выбор самого подходящего способа предварительной обработки зависит от ряда факторов. Кроме требований по конечному применению изделия следует уделить внимание комбинации порошкового лакокрасочного материала и металла планируемому объему производства, возможностями имеющихся помещений и требованиям властей.

Для того чтобы найти хорошее решение, необходимы специальные знания. Рекомендуется связаться с ведущими поставщиками химикатов для предварительной обработки.

Зачислите Ваше изделие в правильный коррозионный класс

Коррозионный класс поможет при определении требования по предварительной обработке поверхности.