Подготовка поверхности металлов перед окрашиванием

НЕОБХОДИМОСТЬ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ К ОКРАШИВАНИЮ

Эксплуатационные характеристики и срок службы лакокрасочных покрытий (ЛКП) на металлах во многом зависят от способа и качества подготовки поверхности.

Цели подготовки поверхности

  • удаление с поверхности любых загрязнений и наслоений, мешающих непосредственному контакту металла с ЛКП
  • улучшение адгезии ЛКП путём создания фосфатных слоёв, которые лучше всего совместимы с последующими слоями краски
  • создание барьера, препятствующего проникновению коррозионно-активных элементов через плёнку покрытия к поверхности металлов


ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

  • оксиды (окалина, ржавчина и т. д.)
  • окалина - смесь оксидов FeO (вюстит), Fe2O3 (гематит), Fe3O4 (магнетит)
  • ржавчина - гидратированные оксиды железа
  • масляные и жировые загрязнения
  • омыляемые - компоненты смазок, полировочных паст и т. д.
  • неомыляемые - консервационные смазки, эмульсионные составы и т. д.
  • механические загрязнения
  • старые полимерные покрытия, имеющиеся на поверхности


СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

  • механические способы очистки
  • шлифование, крацевание, пневмо- и гидроабразивная обработка (пескоструйная, гидропескоструйная, дробеструйная, дробеметная и т. д.)
  • термические способы очистки, путем нагревания изделий пламенем газокислородной горелки                  до 1300-1400 °С
  • воздушно-электродуговая зачистка, путём нагревания изделий с помощью электрической дуги до 1300-1400 °С
  • отжиг в печах при наличии окислительной или восстановительной среды, например, нагрев изделий до 650­700 °С в смеси 93% N2 и 7% Н2
  • химические способы очистки

ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ

Наиболее широко распространены в промышленности из-за их доступности, универсальности и экономичности.

  • обезжиривание поверхности
  • удаление оксидов металлов (травление)
  • снятие старых полимерных покрытий


ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

Процесс обезжиривания может быть осуществлён различными методами, выбор которого определяется главным образом видом загрязнения, требуемой степенью очистки и стоимостью.

На практике наибольшее применение получили следующие методы

  • обезжиривание очистителями на водной основе
  • обезжиривание очистителями на основе органических растворителей


ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ОЧИСТИТЕЛЯМИ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ

Основано на химическом разрушении омыляемых жиров и масел, а также на эмульгировании неомыляемых загрязнений. В качестве очистителей на водной основе компания Kluthe предлагает кислотные, нейтральные или щелочные растворы, синтетические очистители, эмульсионные очищающие средства и т. д. Выбор состава зависит от материала поверхности, степени её загрязнённости, типа оборудования, метода обработки изделий и т. д.

Методы обработки:

  • погружение
  • распыление
  • ультразвуковая обработка
  • обработка обливом и струёй пара под давлением

Стандартные продукты для обработки

  • HAKUPUR (оптимально подходит для чистки всех металлических поверхностей)
  • CEKASIN (для очистки микро- и ультрафильтрационных мембран).


ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ОЧИСТИТЕЛЯМИ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Основано на растворении масляных и жировых загрязнений.

Этим способом удается достичь хорошей степени очистки поверхности за короткое время.

Методы обработки:

  • погружение
  • распыление
  • ручное применение
  • применение в закрытых системах

Стандартные продукты для обработки:

  • NIKUTEX 2003 (для использования в закрытых системах)
  • HAKU 1025 (холодные обезжириватели, применяются при комнатной температуре)
  • HAKUTEX (маслоотделитель, растворитель лаков и клея)

УДАЛЕНИЕ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ (ТРАВЛЕНИЕ)

Окалину, ржавчину и др. оксиды чаще всего удаляют с поверхности металлов травлением в растворах кислот, кислых солей или щелочей. Наиболее пригодным методом для этого является применение минеральных кислот (H2SO4, HCL, H3PO4 и т. д.), но предпочтение отдается использованию составов на основе H3PO4, так как при этом наряду с травлением происходит пассивирование металла - образование на поверхности нерастворимых фосфатов железа.

Методы обработки:

  • погружение
  • распыление

Стандартные продукты для обработки:

  • DECORRDAL серий 20, 29, 35 (в основном для стали, гальв. стали и т. д.)
  • DECORRDAL AL серий 10, 20 (для алюминиевых поверхностей)

УДАЛЕНИЕ СТАРЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

Химический способ удаления старых покрытий является наиболее эффективным. Метод основан на растворении, набухании или химическом разрушении материала плёнки, которая потом легко может сниматься с поверхности механическим путём. Для этого чаще всего применяют жидкие и пастообразные составы на основе щелочей, кислот и смеси органических растворителей.

Методы обработки:

  • погружение
  • распыление
  • ручное нанесение (кистью, валиком, шпателем и т. д.)

Стандартные продукты для обработки:

  • CONTROX E (составы горячего применения при температурах 40-120°C)
  • CONTROX (составы холодного применения при температурах около 20°C)
  • CONTROX B (пастообразные составы, применяются при температурах около 20°C)

НАНЕСЕНИЕ КОНВЕРСИОННЫХ ПОКРЫТИИ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Важным этапом подготовки поверхности металлов перед окрашиванием является нанесение конверсионных покрытий. Назначение этих покрытий - повысить противокоррозионную стойкость металлов, улучшить адгезию лакокрасочных покрытий и увеличить срок их службы. Преимущественно конверсионные покрытия наносят на те изделия, которые эксплуатируются в жёстких и особо жёстких условиях.

На практике наибольшее применение нашли следующие методы получения конверсионных покрытий:

  • фосфатирование
  • оксидирование
  • хроматирование

ФОСФАТИРОВАНИЕ

Это процесс образования на поверхности металлов плёночного слоя из нерастворимых фосфатов. Мелкокристаллическая структура фосфатной плёнки способствует хорошей впитываемости лакокрасочных материалов и тем самым улучшает их адгезию. В основном фосфатированию подвергают чёрные металлы, несколько реже цветные - алюминий, цинк и др.

На практике чаще используются два основных типа фосфатов:

  • фосфат железа [Fe3(PO4)2] - вес покрытия 0,2 - 0,8 г/м2
  • фосфат цинка [Zn3(PO4h] - вес покрытия 0,5 - 4,5 г/м2


При увеличении веса фосфатного слоя повышается стойкость металла к коррозии, но снижается адгезия последующих слоёв лакокрасочного покрытия. Поэтому вес фосфатного слоя является важной характеристикой и подбирается в зависимости от условий эксплуатации металлических изделий. Фосфатирование обычно проводят:

  • погружением изделий в ванну с фосфатирующим раствором
  • распылением фосфатирующего раствора в струйной камере


Способ распыления предпочтительнее, т. к. при его использовании равномерность фосфатного слоя по толщине возрастает и образуются более плотные слои фосфатного покрытия.


Образование фосфатного слоя при Fe-фосфатировании схематично можно показать по следующей реакции: 3Fe + 4NaH2PO4 ^ Fe3(PO4)2 + 2Na2HPO4 + 3H2.

При этом толщина фосфатного слоя обычно не превышает 1 мкм. Поскольку фосфат железа является аморфным веществом, покрытия на его основе имеют малый вес и, поэтому, они сравнительно хуже защищают поверхности металлов от коррозии. По этой причине Fe-фосфатирование применяют для тех изделий, к которым не предъявляются высокие требования по коррозионной защите (например, изделия, эксплуатируемые внутри помещений).

Стандартные продукты для Fe-фосфатирования:

  • DECORRDAL 30 серии;
  • DECORRDAL 40 серии.


                                       ПРИМЕРЫ Fe-ФОСФАТИРУЮЩИХ ПРОДУКТОВ


ПРОДУКТ                                          МЕТОД ПРИМЕНЕНИЯ           МАТЕРИАЛ ПОВЕРХНОСТИ 

DECORRDAL 30-51 A                            РАСПЫЛЕНИЕ                           ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 30-52                                РАСПЫЛЕНИЕ                           ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 40-2 SAZ                         ПОГРУЖЕНИЕ                            ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 40-28-4 SAZ                   РАСПЫЛЕНИЕ                           ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 40-47                                РАСПЫЛЕНИЕ                        ДЛЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 40-55                                РАСПЫЛЕНИЕ                        ДЛЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ

DECORRDAL 40-87                                РАСПЫЛЕНИЕ                           ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

 

Наибольшее применение в промышленности получило Zn- фосфатирование.

Получение фосфата цинка на поверхности металла можно представить в виде следующей схемы:

Fe + 3Zn(H2PO4)2 ^ Zn3(PO4)2 + Fe(H2PO4)2 + 2H3PO4 + H2.

Образующийся при этом фосфат цинка кристалличен, покрытия на его основе имеют повышенный вес и являются более плотными. Толщина таких покрытий может достигать от 2 до 25 мкм. Поэтому, покрытия на основе фосфатов цинка являются более универсальными и обеспечивают значительно лучшие результаты по защите от коррозии. Результаты испытаний в камере солевого тумана показывают, что покрытия на основе фосфатов Zn в сочетании с лакокрасочным покрытием защищают изделия в течении 750-1000 часов, тогда как аналогичные покрытия на основе фосфатов Fe защищают в течении всего 240 часов.


ПРИМЕРЫ Zn-ФОСФАТИРУЮЩИХ ПРОДУКТОВ

В зависимости от состава применяемых продуктов и требуемой степени защиты от коррозии различают:

Фосфатирование с нормальным содержанием цинка:

  • DECORRDAL 50-4
  • DECORRDAL 50-21

Фосфатирование с высоким содержанием цинка (создаёт толстые фосфатные слои =5-10 мкм)

  • DECORRDAL 50-16

Трёхкатионное цинк-фосфатирование (достигается максимальная степень защиты от коррозии)

  • DECORRDAL 300 серии;
  • DECORRDAL 500 серии.

АКТИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД ФОСФАТИРОВАНИЕМ

Активация поверхности проводится непосредственно перед стадией фосфатирования. Для этого поверхность металла предварительно обрабатывают раствором активатора, что способствует более направленной кристаллизации фосфатов. Обычно, крупные кристаллы фосфатов на поверхности создают пустоты, из-за которых сопротивление металла к коррозии сильно падает. Активация же позволяет получать однородные и плотные фосфатные слои с мелкокристаллической структурой. Пустоты между кристаллами сводятся к минимуму и, по этой причине, стойкость металла к коррозии и адгезия нанесённой впоследствии краски резко возрастают.

Стандартные продукты для активации:

  • ACTIVATOR 1 или 3
  • ACTIVATOR CT серии


ПАССИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ ФОСФАТИРОВАНИЯ

Пассивация после стадии фосфатирования используется для дополнительного усиления защиты от коррозии и для повышения адгезии нанесенного впоследствии лакокрасочного покрытия. Обычно содержащиеся в воде ионы (создающие жёсткость воды) приводят к появлению солей на фосфатном слое. Образовавшиеся соли впоследствии провоцируют набухание и разрушение лакокрасочного покрытия. Пассивация очищает образовавшиеся на фосфатном слое ионы воды и подготавливает поверхность для последующей покраски. Таким образом, использование стадии пассивации перед нанесением краски способствует ее лучшей адгезии, а также во много раз увеличивает сопротивление металла к коррозии.


ПРОДУКТЫ ДЛЯ ПАССИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ

В зависимости от состава пассивирующих агентов различают:

Неорганические системы (на основе фторидов циркония)

  • DECORRDAL 25-1; 25-3; 25-8
  • DECORRDAL 730; 735; 735 BR

Органические системы (на основе водорастворимых полимеров)

  • DECORRDAL 600; 660
  • DECORRDAL 840
  • DECORRDAL 900; 950


ОКСИДИРОВАНИЕ

Цель оксидирования - улучшить декоративные и защитные свойства металлов. Процесс заключается в создании на поверхности искусственной оксидной пленки, которая будучи подслоем улучшает адгезию лакокрасочного покрытия и повышает срок его службы. По противокоррозионной защите оксидные покрытия, однако, уступают фосфатным. Поэтому оксидирование чаще применяют при окрашивании цветных металлов, а чёрные металлы преимущественно фосфатируют. Для оксидирования используют следующие методы:

  • Термический - окисление металла кислородом воздуха при умеренно высоких температурах
  • Химический - окисление металла окислителями в жидких средах
  • Электрохимический - окисление металла кислородом, образующимся на поверхности в результате электрохимического процесса


ХИМИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ

Этот метод находит широкое применение из-за простоты, экономичности и малой продолжительности процесса. Покрытия, получаемые химическим оксидированием, используют не только как подслой для лакокрасочных покрытий, но и самостоятельно. Из цветных металлов химическому оксидированию чаще всего подвергают алюминий, магний, медь, цинк и их сплавы. В качестве окислителей применяют растворы, содержащие в своём составе такие вещества, как хромовая кислота, её соли, нитриты и персульфаты щелочных металлов и т. д. В тех случаях, когда в окислительной среде присутствуют соединения хрома, процесс называется хроматированием, т.е. хроматирование является разновидностью химического оксидирования.


ХРОМАТИРОВАНИЕ

 Хроматированию наиболее часто подвергают алюминий, цинк и их сплавы с целью улучшения адгезии краски и обеспечения высокой коррозионной устойчивости. Качество лакокрасочного покрытия после хроматирования позволяет использовать изделия для наружного применения (выдерживают испытания в камере солевого тумана более 1000 часов).

В зависимости от степени окисления хрома в поверхностном слое и цвета получаемой плёнки различают:

  • Жёлтое хроматирование (создаётся слой с Cr6+)
  • Зелёное хроматирование (создаётся слой с Cr3+)

Методы применения:

  • Погружение
  • Распыление


ЖЕЛТОЕ ХРОМАТИРОВАНИЕ

Наиболее традиционным способом является жёлтое хроматирование, т. к. при его использовании достигаются лучшие результаты по адгезии и снижению скорости распространения подплёночной коррозии. Однако, из-за токсичности соединений Cr6+, которые присутствуют не только в растворе, но и образуются на поверхности изделий, жёлтое хроматирование находит всё меньшее применение в промышленности. Согласно новому законодательству Евросоюза, жёлтое хроматирование запрещено при изготовлении деталей легковых автомобилей и предметов домашнего обихода. Помимо токсичности, плёнки с Cr6+ обладают существенным недостатком - резким снижением защитной способности после их нагрева выше 100°С, что отрицательно сказывается на деталях, работающих при повышенных температурах.

Продукты для жёлтого хроматирования:

• DECORRDAL AL 33-1.


ЗЕЛЕНОЕ ХРОМАТИРОВАНИЕ

Существуют различные альтернативы жёлтому хроматированию из-за имеющихся его недостатков. Одной из них является получение защитного слоя в растворах, где содержится кроме соединений Cr6+ также и фосфорная кислота. Образующийся при этом защитный слой имеет зеленоватый цвет из-за содержащихся в нём фосфатов Cr3 + (поэтому и название - зелёное хроматирование) и не содержит токсичных соединений Cr6+. Таким образом, при зелёном хроматировании образуется слой, в котором присутствуют только нетоксичные соединения Cr3+, что расширяет область его применения.

Продукты для зелёного хроматирования:

  • DECORRDAL AL 45 ST.


Однако, традиционные растворы для зелёного хроматирования содержат токсичные соединения Cr6+, что также ограничивает их применение. Поэтому разработаны современные растворы на основе соединений Cr3+ и технологии получения из них защитной плёнки.


ПРОДУКТЫ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ Сг6+

Другой альтернативой является формирование защитной плёнки в растворах трёхвалентного хрома. Применение таких растворов имеет рядпреимуществ:

  • по коррозионной стойкости получаемые защитные слои приближаются к традиционным хроматным плёнкам, а после термошока (требование автомобильных стандартов - 150°С, 1 час) существенно их превосходят, что является весьма важным преимуществом для защиты от коррозии деталей в автомобилестроении
  • по экологическим характеристикам растворы на основе Cr3+ и технология их применения существенно превосходят растворы на основе Cr6+
  • с экономической точки зрения замена растворов Cr6+ на более дорогие растворы Cr3+ с учётом экономии затрат на нейтрализацию, не приводит к совокупному увеличению затрат и удорожанию покрытия.

Продукты, не содержащие соединений Cr6+:

  • DECORRDAL AL 320, DECORRDAL AL 325;
  • DECORRDAL ZN 320, DECORRDAL ZN 420.


ПРОДУКТЫ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ Сг6+

Современной альтернативой использованию соединении Cr6+ является полностью бесхромовая пассивация. Этот метод прекрасно подходит для подготовки поверхности алюминия, магния, их сплавов, а также оцинкованной стали. Он может полностью вытеснить хроматирование за счёт того, что не требуется замена оборудования, достаточно заменить только один раствор. Процесс заключается в обработке поверхности раствором, содержащим сложные фториды циркония или титана. Из этих растворов на поверхности образуется очень тонкий конверсионный слой из оксидов циркония или титана, способствующий повышению адгезии лакокрасочного покрытия и придающий покрытию прекрасные антикоррозионные свойства.

ПРОДУКТЫ ДЛЯ БЕСХРОМОВОЙ ПАССИВАЦИИ

Все преимущества бесхромовой пассивации можно достичь с помощью продуктов компании KLUTHE:

  • DECORRDAL AL 230 А, DECORRDAL AL 230 А 1
  • DECORRDAL AL 240 A, DECORRDAL AL 270 OR
  • DECORRDAL ZT серий 700, 800


Продукты серий DECORRDAL ZT являются самыми современными. Они сочетают высокие защитные свойства с очень низкими концентрациями применения и низкими расходами. Однако, по сравнению с хроматированием у процесса бесхромовой пассивации есть некоторые ограничения:

  • поверхность после подготовки необходимо как можно быстрее окрашивать, тогда как при хроматировании окраску можно производить по истечении времени. Это связано с тем, что конверсионный слой, получаемый при бесхромовой пассивации очень тонкий
  • образующийся конверсионный слой не имеет цвета, поэтому его сложно контролировать, тогда как при жёлтом или зелёном хроматировании на поверхности образуется слой соответствующего цвета


ПРИМЕР 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРО­ЦЕССА БЕСХРОМОВОИ ПАССИВАЦИИ

  1. Обезжиривание: HAKUPUR 50-523 или HAKUPUR 50-511;
  2. Промывка (обычная вода);
  3. Травление:DECORRDAL AL 20-8 или DECORRDALAL 20-35;
  4. Промывка (деминерализованная вода);
  5. Бесхромовая пассивация: DECORRDAL AL 230 A или DECORRDAL AL 270 OR;

6. Промывка (деминерализованная вода).


ПРИМЕР 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Zn-ФОСФАТИРОВАНИЯ

  1. Очистка и обезжиривание (распыление):
  • рабочий раствор-2%-ный раствор HAKUPUR 700 BF с добавлением 0,2% смачивателя NETZMITTEL 200-4
  • температура раствора - 60-65°С
  • время обработки -100 сек

2. Активация (распыление):

  • рабочий раствор - 0,3%-ный раствор ACTIVATOR CT;
  • температура раствора - 60-65°С;
  • время обработки - 40 сек.

3. Промывка (распыление):

  • рабочий раствор - обычная вода;
  • температура раствора - внутрицеховая;
  • время обработки - 40 сек.

4. Трёхкатионное Zn-фосфатирование (распыление):

  • рабочий раствор - 5%-ный раствор DECORRDAL 306 A; для долива используется DECORRDAL 306 N2;
  • температура раствора - 50°С;
  • время обработки - 100 сек.
    5. Промывка (распыление):
  • рабочий раствор - обычная вода;
  • температура раствора - внутрицеховая;
  • время обработки - 40 сек.

6. Пассивация (распыление):

  • рабочий раствор - 0,6%-ный раствор DECORRDAL 25-1;
  • температура раствора - внутрицеховая;
  • время обработки - 40 сек.

7. Промывка (распыление):

  • рабочий раствор - деминерализованная вода;
  • температура раствора - внутрицеховая;
  • время обработки - 40 сек.

8. Сушка при 100°С в течение 15 минут.

Самое время перейти в Каталог!