Підготовка кольорових металів

КОНТРОЛЬ ЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ

ПІДГОТОВКА / Підготовка кольорових металів

Оцинкована сталь

З метою отримання більш високої корозійної стійкості сталеві елементи конструкцій покривають захисною плівкою з інших металів. Такими металами є насамперед цинк, алюміній, нікель і дедалі рідше застосовують свинець та олово. Покриттю піддають як готові деталі та елементи конструкції, так і сталеву стрічку на металургійних заводах. Цинк наносять електроосадження або вогневим методом.

Оцинковану сталь перед нанесенням лакофарбового покриття піддають наступній обробці:

знежирення;
залізофосфатування;
цинкфосфатування;
безфосфатна обробка;
пасивація хромом;
пасивація полімерами.

Знежирення

Знежирення оцинкованої поверхні, як правило, простіше, знежирення чорного металу. Це випливає з того факту, що поверхня є менш забрудненою твердими речовинами та оліями. Тому для знежирення можна застосовувати нейтральні склади або склади з більш слабкою лужністю, що працюють при нижчій температурі і концентрації. Тому розчини для знежирення повинні містити елементи, що захищають цинк від лугу, силікони. Застосування невідповідних складів для знежирення може призвести до видимих дефектів поверхні після фарбування. Складність полягає в тому, що на одній лінії обробляють одночасно деталі із чорного металу, сильно забруднені та замаслені. Для виключення можливого виникнення проблем слідзастосовувати розчини, виробники яких гарантують одночасну обробку сталі та цинку.

Залізофосфатна обробка

Для обробки оцинкованої поверхні стандартні залізофосфатні розчини збагачують фторвмісними присадками, що покращують процес травлення. Завдяки цьому на поверхні утворюється дуже тонка плівка фосфатів, оксидів цинку. Плівка може бути і невидимою, залежно від вмісту алюмінію в сплаві, типу та кількості присадок. Течія процесу не змінюється і є ідентичною, як і у випадку звичайної сталі. Це дозволяє одночасно обробляти на одній лінії деталі, виготовлені із різних металів.

Цинк-фосфатна обробка

У разі цинк-фосфатної обробки оцинкованої сталі та деталей, процес також не змінюється. Для цього процесу також застосовують фторвмісні присадки, як і у разі залізофосфатної обробки (такі присадки, як правило, входять до складу концентратів). Як згадувалося, застосування розчинів, які містять нікель, може призвести до зниження адгезії лакофарбової плівки до оцинкованої поверхні. У порівнянні з чорним металом процес протікає швидше і простіше, а кількість помилок, пов'язаних з підготовкою поверхні, зводиться до мінімуму. Також варто відзначити зменшення шламоутворення.

Безфосфатна обробка

Ці технології обробки оцинкованої сталі застосовують без жодного обмеження. Виробники складів навіть не рекомендують застосування фторвмісних присадок.

Пасивування хромом, хроматування

Остаточну обробку оцинкованого листа шестивалентним хромом часто застосовують на металургійних заводах, в гальванічних цехах і іноді при вогневому методі напилення цинку. Пасиваціязахищає поверхню цинку від корозії (біла корозія), але не є хорошою підготовкою поверхні під фарбування. Поверхня, що пасивується шестивалентним хромом, не змочується, що створює проблему гарантії гарної адгезії лакофарбового матеріалу. Тим не менш, можливе застосування спеціальних процесів хроматування поверхні цинку на металургійних заводах для оцинкованого листа, стрічки та окремих деталей. Однак цей процес досить складний і трудомісткий. Спеціалізовані хімічні фірми мають не тільки розроблені та перевірені склади для хроматування цинку, але й гарантують постійний технічний нагляд за технологічним процесом.

Полімерна обробка

Полімерна обробка є цікавим, альтернативним методом хімічної обробки поверхні перед забарвленням як оцинкованого листа, так і чорної сталі, алюмінію. У цих процесах використовують дисперсію полімерів у водному розчині, що містить хром, а останнім часом також цирконій. Ця технологія широко використовується на виробництвах, що спеціалізуються на цинку покритті чистого матеріалу. Її метою є захист поверхні листа від впливу навколишнього середовища та, головним чином, від корозії. На відміну від пасивації хромом, поверхню легко пофарбувати, оскільки полімерна плівка гарантує відмінну адгезію лакофарбового матеріалу до підкладки. Полімерну обробку частіше використовують перед нанесенням порошкових лакофарбових матеріалів як кінцеву операцію пасивації без подальшого промивання водою. Скорочено технологічний процес зводиться до наступного:

Знежирення та залізофосфатування – Промивка – Полімерна пасивація

Застосування цієї технології має багато переваг, у тому числі можливість обробки різних металів (сталь,цинк, алюміній), скорочення виробничого циклу (відсутня промивка), і, насамперед, дуже гарну корозійну стійкість.

Завдяки незвичайним властивостям, алюміній застосовують не тільки в галузях, в яких потрібне застосування легких матеріалів (авіабудування), а й у автомобілебудуванні, приладобудуванні, будівництві. На практиці, враховуючи добрі механічні властивості, застосовують алюмінієві сплави з кремнієм, цинком, магнієм, міддю. Алюмінієву поверхню слід захищати від корозії, оскільки незахищена поверхня швидко окислюється. Захист досягається шляхом анодування, хроматування чи лакофарбового покриття. Забарвлення зазвичай піддають поверхні, що пройшли хімічну підготовку за схемою:

Анодування
Жовте хроматування
Зелене хроматування
Безхромна обробка
Залізофосфатування, Цинкфосфатування
Полімерне оброблення.

Анодування

Традиційним способом підготовки поверхні перед фарбуванням є анодування. На відміну від анодування як остаточної операції із захисту від корозії, у якому товщина захисної плівки становить 15-25 мкм, анодна плівка під фарбування становить лише 3-6 мкм.

Через високу вартість ця технологія майже повсюдно замінюється хроматуванням.

Жовте хроматування

Під час такого хроматування ми отримуємо жовтого кольору аморфне покриття з питомою вагою 0,1-1,0 г/м². Це покриття, як і розчин для його здійснення, містить шестивалентний хром. Завдяки чудовій корозійній стійкості, хроматування може бути як остаточне захисне покриття конструкцій з алюмінію, проте основним його призначенням є підготовка поверхні під фарбування. Цейпроцес широко застосовується у всьому світі. Скорочено процес можна так:

Знежирення та кислотне травлення – Промивка – Хроматування – Промивка

або більш розгорнутий процес:

Лужне знежирення – Промивка – Травлення – Промивка – Хроматування – Промивка

Зелене хроматування

Процес зеленого хроматування називають також фосфорним хроматуванням, коли на поверхні алюмінію утворюється аморфна плівка фосфату хрому. Плівки, що отримуються в цьому процесі, залежно від питомої маси (0,1-2,0 г/м2), за кольором можуть бути від безбарвних до яскраво-зелених. На відміну від жовтого хроматування покриття на основі фосфату хрому не містять шестивалентного хрому і можуть застосовуватися в харчовій промисловості. Зелене хроматування застосовують як для остаточного захисту поверхні, так перед нанесенням лакофарбового покриття. Процес обробки практично аналогічний до процесу жовтого хроматування.

Безхромна обробка

Через те, що описані вище методи обробки поверхні містять хром, протягом останнього десятиліття ведуться інтенсивні дослідження, метою яких є заміна технологій, що містять хром. Лише деякі з цих досліджень одержали визнання (QUALICOAT або GSB), а також промислове застосування. Фторвмісні сполуки таких металів як Zn та Ti – це найбільш відомі та досліджені безхромні технології. Відповідний підбір процесу попередньої обробки (знежирення та травлення), а також ретельний контроль всіх розчинів є гарантом отримання відмінного результату, незручність полягає лише в тому, що отримані плівки безбарвні.

Перебіг процесу аналогічний, як і при хроматуванні:

Лужнийзнежирення – Промивка – Травлення – Промивка – Конверсійна обробка (Zn/Ti) – Промивка.

SAM (Self Assembling Molecules) – це запатентована та впроваджена у виробництво фірмою Chemetall технологія, що ґрунтується на утворенні на поверхні алюмінію мономолекулярної плівки, яка у разі утворення фторвмісних сполук Zn/Ti – безбарвна. З погляду хімічної обробки поверхні, ця технологія є революційною, оскільки питома вага такої плівки визначається нанометрах, а витрата – мг/м2. Вона не вимагає також подальшого промивання.

Розчин SAM не містить важких металів, фторовмісних, прискорювачів та інших небезпечних сполук. Сушіння протікає за нормальної температури 85 – 135 0С.

Технологія процесу SAM аналогічна процесу хроматування або інших безхромних процесів, а найпростіший процес набуває вигляду:

Знежирення та Травлення – Промивання – Промивання демінералізованою водою – SAM.

Силани – розчини на основі кремнійорганічних сполук, також можуть застосовуватись для підготовки алюмінієвої поверхні під фарбування. По відношенню до описаної вище технології вони відрізняються функціональними групами, завданням яких є забезпечення достатньої корозійної стійкості та адгезії до підкладки.

Залізофосфатування

Залізофосфатне покриття створює на поверхні алюмінію тонку оксидну плівку. Така обробка не може забезпечити якісний захист і тому сприймається як знежирення, а не конверсійне покриття. Однак впроваджені останнім часом пасивні розчини (цирконієві, полімерні або силани) доповнили цей спрощений процес обробки та гарантують отримання добрих результатів. Однак вони не є технологіями, призначеними для обробкиалюмінієвих профілів, а найшвидше будуть застосовуватися в енергетиці та автобудуванні.

Цинкфосфатування

Все більше автовиробників схиляються до того, щоб вводити в конструкцію алюміній з метою зменшення ваги та зниження, в результаті, витрати палива. Процес цинк-фосфатного покриття модифікували настільки, що стало можливим обробляти одночасно кузова, виготовлені з оцинкованої сталі і алюмінію. Застосовані нововведення стосуються однаковою мірою складу та ведення технологічного процесу. На сьогоднішній день можна обробляти до 80% поверхні алюмінію без негативного впливу на якість обробки сталевої поверхні або цинкової поверхні. При цьому слід пам'ятати, що алюмінієві іони часто блокують процес фосфатування.

Полімерна обробка

Технологія описана у розділі присвяченому оцинкованій сталі. Отримані результати по корозійній стійкості та адгезії фарби є дуже хорошими, але ця обробка є більш дорогою альтернативою, ніж хроматування алюмінієвих профілів перед фарбуванням.

Отримані результати зводяться до наступного техпроцесу:

Знежирення та Травлення – Промивання – Промивання демінералізованою водою – Полімерна обробка.

Процес підготовки поверхні під фарбування дуже впливає на якість останньої. Вартість підготовки поверхні в кілька разів нижча за вартість фарбування. Однак не можна ігнорувати якість підготовки поверхні перед забарвленням, оскільки це може в кінцевому результаті призвести (і призводило) до великих фінансових втрат. В даний час споживачі чекають багаторічних гарантій, тому і виробник, і його фарбувальне виробництво повинні бути готовими до виконання цих вимог.