Подготовка к покраске

Лучшая адгезия, повышенная коррозионная стойкость и устойчивость к образованию пузырей, а также уменьшенное взаимодействие между деталями обязательные покрытия для предварительной обработки

Процессы фосфатирования цинка были разработаны для обеспечения исключительной долговечности окрашенных деталей в агрессивных средах. Типичные отрасли промышленности, использующие процессы фосфата цинка, включают автомобильную промышленность и бытовую технику.

Высококачественное конверсионное покрытие необходимо для долговечности окрашенных металлических изделий. Процесс нанесения неорганического конверсионного покрытия на металлическую поверхность включает удаление любых поверхностных загрязнений, а затем химическое преобразование чистой поверхности в непроводящее неорганическое конверсионное покрытие. Конверсионные покрытия увеличивают общую площадь поверхности и способствуют адгезии наносимой впоследствии органической пленки. Кроме того, конверсионные покрытия изменяют химическую природу поверхности, что повышает коррозионную стойкость. Именно эти две функции, увеличивающие площадь поверхности и изменяющие химический состав поверхности, служат основой для подготовки материала подложки к лакокрасочным покрытиям.

В настоящее время в отрасли предварительной обработки существует ряд движущих сил, в которых преобладают качество, стоимость и экология. Хотя это не новые проблемы, индустрия предварительной обработки отреагировала на нужды финишеров, создав технологию, отвечающую каждому из этих требований. Понимая весь производственный процесс, включая составы красок, оборудование для нанесения и регулирующие воздействия, можно обратиться к каждому водителю одновременно. В настоящее время в химии конверсионных покрытий используются либо цинк, либо фосфат железа.

Существует движение, чтобы заменить эти технологии новыми типами предварительной обработки без фосфатов или с очень низким содержанием фосфатов металлов. За последние несколько лет технологии нового поколения были коммерциализированы многими поставщиками и быстро становятся отраслевыми стандартами. Независимо от химического состава конверсионные покрытия используются для улучшения адгезии и улучшения коррозионной стойкости. В зависимости от конверсионного покрытия и желаемой производительности конверсионное покрытие может наноситься в нескольких точках процесса.

Чтобы повысить эффективность отделки, детали должны быть чистыми перед нанесением покрытия. Водная очистка, обезжиривание паром или ультразвуковая очистка являются типичными процессами очистки, и из трех, водная очистка составляет большинство. Для деталей, которые впоследствии будут обработаны органическими покрытиями, требуется предварительная обработка поверхности.

В зависимости от химического состава, фосфатные системы железа могут быть либо устройством для нанесения более чистого покрытия, где очистка и нанесение покрытия выполняются на одной и той же стадии, либо иметь отдельную стадию очистки. Отдельные этапы очистки имеют важное значение для систем с фосфатом цинка и для новых покрытий без фосфатов и с низким уровнем конверсии фосфатов. Если очиститель не выполняет свою задачу по удалению нежелательных загрязнений с подложки, последующие этапы обработки не позволят получить равномерное конверсионное покрытие и, следовательно, надлежащим образом защитить поверхность металла от коррозии.

Типичными загрязнениями являются органические или неорганические. Антикоррозионные масла и смазки, металлообразующие смеси и прокатные масла являются примерами органических загрязнений. Неорганические загрязнения включают остатки вызванные обработкой и хранением металла (оксиды, металлическая пыль и т.д.). В отделке металла используются три типа чистящих средств: растворители, кислотные и щелочные моющие средства. Использование подходящего очистителя для нанесения имеет решающее значение, поскольку метод очистки может влиять на характеристики покрытия, такие как вес покрытия и кристаллическая структура, а также на последующие характеристики покрытия.

Растворительные чистящие средства обычно используются на небольших площадях и обладают ограниченной способностью удалять сложные масла. Использование растворителей уменьшается в пользу более экологически чистых вариантов. Кислотные очистители выбираются для удаления неорганических загрязнений, таких как поверхностные оксиды.

Щелочные очистители обеспечивают оптимальные результаты на органических загрязнениях. Эти очистители достаточно универсальны, чтобы эффективно очищать поверхность, поднимая почву и рассеивая ее в ванне основного очистителя, где она удерживается до тех пор, пока не будет удалена механическим способом с помощью термической сепарации масла, ультрафильтрации или переполнения бака очистителя для слива поверхностных масел.

Правильное полоскание является важным, но часто упускаемым из виду шагом в процессе предварительной обработки. Процесс промывки водой останавливает химические реакции и удаляет непрореагировавшие химические вещества с поверхности детали. Эффективное ополаскивание водой также сводит к минимуму миграцию химических веществ с одной стадии обработки на другую. Для эффективной промывки поддержание свежей промывочной воды уменьшает количество загрязнений, присутствующих на поверхности деталей.

Поскольку ключ контролирует количество поверхностного загрязнения детали, если имеется только одна стадия промывки, между ступенью химической и водной промывки можно установить ореол пресной воды вместо добавления пресной воды в основной бак. Это позволяет промывному резервуару работать при более высоких уровнях загрязнения, в то время как ореол добавляет в резервуар свежую воду, но что более важно, он затопляет деталь и уменьшает загрязнение поверхности. В случае нескольких этапов промывки они противоточные и могут эффективно минимизировать количество воды, используемой на этапах промывки, требуя лишь небольшую часть объема воды и уменьшая количество производимых сточных вод. Вы также можете уменьшить потребление воды, оптимизировав конструкцию своего оборудования с помощью правильного размещения деталей.

Традиционно, для процесса предварительной обработки выбирали фосфат железа или цинка, который обеспечивал уровень производительности, необходимый для операции. В последнее время были разработаны разработки, призванные заменить эту традиционную технологию продуктами, которые решают постоянно растущие проблемы, связанные с использованием энергии и воды, воздействием на окружающую среду и общей работой процесса.

1) Системы предварительной обработки фосфата железа. Системы фосфатов железа, также известные как фосфаты щелочных металлов, используются для деталей, которые требуют прочной отделки, но не подвергаются воздействию агрессивных сред. Эти системы могут включать в себя от двух до шести этапов, причем самая короткая последовательность представляет собой этап нанесения покрытия чистящим средством с последующим промыванием водопроводной водой. Системы с короткой последовательностью используются, если требования к производительности низкие. Детали, которые сложнее чистить или которые предъявляют более высокие требования к качеству, требуют отдельной стадии очистки, соответствующих резервуаров для промывки, фосфата железа, промывки после обработки и промывки DI. Промывка после обработки (хром или не хром) приводит к улучшению коррозионных характеристик по сравнению с одним фосфатом.

Фосфаты железа образуют аморфное конверсионное покрытие на стали, цвет которого варьируется от переливающегося синего до серого в зависимости от условий эксплуатации и состава продукта. Смешанные металлы можно обрабатывать с помощью модифицированных формул, которые обычно содержат фтор. Процессы фосфата железа намного проще в эксплуатации и требуют меньше стадий процесса, чем фосфатирование цинка. Однако фосфаты железа не обеспечивают той степени защиты от коррозии, которую обеспечивают фосфаты цинка.

2) Системы предварительной обработки фосфатом цинка. Система фосфата цинка отличается от системы железа в двух критических областях. Во-первых, это требует использования стадии подготовки поверхности. Во-вторых, в ванне с фосфатом цинка есть дополнительные ионы металлов в растворе, которые включаются в покрытие вместе с ионами металлов из обрабатываемой подложки.

Ополаскиватели для кондиционирования поверхности используются при фосфатировании цинка для улучшения морфологии кристаллов и контроля веса покрытия. Современные кондиционеры представляют собой жидкие продукты, которые можно последовательно наносить с помощью дозирующих насосов. Промывка поверхности происходит непосредственно перед стадией фосфата цинка и является единственным этапом процесса, за которым следует другая химическая стадия - ванна с фосфатом цинка. Традиционная химия кондиционирования поверхности представляет собой коллоидную суспензию соли титана. По мере старения этих традиционных ванн они становятся менее эффективными и должны часто сбрасываться или переполняться для поддержания эффективности. Недавно фосфат цинка был использован для замены химии соли титана. Эта технология улучшает очистку цинк-фосфатного покрытия, но не зависит от химического состава воды или возраста ванны.

Цинк-фосфатирующие покрытия обеспечивают исключительную долговечность окрашенных деталей в агрессивных средах и способны покрывать смешанные металлы (сталь, оцинкованная сталь и алюминий). За последние несколько лет произошло несколько небольших изменений, таких как уменьшение воздействия на окружающую среду, повышение производительности и простота эксплуатации. Новые системы с фосфатом цинка работают при более низких температурах, в некоторых случаях не содержат нитритов и никеля и обеспечивают снижение содержания шлама, а некоторые продукты ускоряются внутри. Цели продуктов состояли в том, чтобы повысить качество, работать легко и, в случае систем с внутренним ускорением, устранить необходимость в дополнительных ускорителях.

В зависимости от состава металла в системе, добавки используются для формирования конверсионного покрытия на подложке. Например, свободный фторид, добавляемый в ванну, оптимизирует конверсионное покрытие на алюминии и / или цинке. Добавление ионов кальция в ванну с фосфатом цинка приводит к образованию микрокристаллического фосфатного покрытия, необходимого для соединения резины. В зависимости от конечного применения и требований к рабочим характеристикам, различные другие ионы металлов, органические кислоты, хелатообразующие агенты и другие химические вещества могут изменять общие характеристики конверсионного покрытия из фосфата цинка.

На протяжении многих лет системы фосфатирования цинка развивались из традиционных систем, содержащих высокие уровни цинка и никеля, ускоренные нитритом натрия. Дополнительный ион металла, марганец, был включен в базовую химию для создания поликристаллических систем, используемых сегодня. Современные поликристаллические системы могут быть ускорены как внутри, так и снаружи, и в некоторых процессах никель удаляли для создания процесса, не содержащего никель.

Внедряются новые технологии конверсионного покрытия, которые имеют четыре значительных преимущества при обработке. Эти процессы покрытия короче, проще и работают при более низких температурах, чем современные процессы цинка или фосфата железа. Они хорошо работают на всех стандартных подложках из стали, цинка и алюминия. Они значительно снижают воздействие на окружающую среду, в то время как их коррозионные характеристики соответствуют требованиям к металлической отделке окрашенных металлических поверхностей. Все эти преимущества обеспечивают значительную экономию средств для производителей, желающих преобразовать свои существующие процессы.

Процесс конверсионного покрытия нового поколения основан на цирконии и дополнительных специальных химических веществах. При нанесении на металлическую подложку эти химические вещества вступают в реакцию, образуя покрытие из аморфного оксида циркония толщиной 20-80 нм, которое значительно отличается от покрытий на основе фосфата железа и фосфата цинка, используемых сегодня. Новое покрытие тоньше, чем традиционные конверсионные покрытия из фосфата железа или цинка.

Новый процесс конверсионного покрытия не содержит цинка, никеля, марганца или фосфатов; скорее он основан на цирконийсодержащих химических веществах. Цирконий не считается опасным металлом в Северной Америке или Европе. Новое покрытие может быть нанесено за меньшее количество этапов, чем процесс фосфата цинка, и с меньшим количеством химических этапов, чем фосфат цинка и железа. В своей простейшей форме процесс состоит из пяти этапов - двух химических этапов и трех этапов промывки водой. Сокращенное количество стадий приведет к снижению общей площади установки на 10-30% при переходе от стандартного фосфата цинка к процессу конверсионного покрытия нового поколения. Можно также снизить потребление воды, что напрямую связано с сокращением технологических этапов.

После того, как металлическая поверхность получает конверсионное покрытие, поверхность промывают водой для удаления непрореагировавших химикатов, и может быть применена последующая обработка. Последующая обработка может повысить устойчивость к коррозии и влаге по сравнению с конверсионными покрытиями без окончательной промывки. В случае нанесения покрытия с помощью электроосаждения требуется окончательное ополаскивание водой деионизированным (DI) или обратным осмосом (RO), чтобы минимизировать втягивание воды с высокой проводимостью на поверхность субстрата после промывки. В этих случаях крайне важно иметь реактивное окончательное полоскание, которое сохраняет свои свойства после полоскания DI или RO, а не полоскания в сухом месте. Исторически пост-обработки основывались на хромовой кислоте. С более строгими правилами очистки сточных вод большинство финишеров перешли на трехвалентную хромовую или нехромную последующую обработку. В автомобильной промышленности установлены стандарты, позволяющие практически полностью исключить использование шестивалентного хрома в автомобилях, выпущенных после 2007 года. Последние достижения в области полимерной последующей обработки в сухом состоянии (DIP) показали отличные результаты по сравнению со стандартными системами без хромирования / промывки DI.

Существует три характеристики, которые определяют конверсионное покрытие: вес покрытия, размер или морфология кристаллов и химический состав. При нахождении в пределах проектных спецификаций для применения и материала все три характеристики способствуют обеспечению надлежащей и ожидаемой адгезии и коррозионных характеристик.

Вес покрытия определяется как количество покрытия, нанесенного на определенную площадь поверхности. Как правило, вес покрытия выражается либо в граммах на квадратный метр (г / кв. М), либо в миллиграммах на квадратный фут (мг / кв. Фут). Каждая технология конверсионного покрытия предназначена для нанесения определенного веса покрытия на подложку. Масса покрытия является отличным показателем того, находится ли ванна для конверсионного покрытия в надлежащем химическом балансе. Если масса покрытия мала и находится за пределами указанного диапазона, что-то может быть не так в процессе, и требуется немедленное внимание.

Кристаллическая структура конверсионного покрытия измеряется с помощью микроскопа, либо оптического, либо, чаще всего, сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) при увеличении от 100 до 1000 раз. В случае покрытий нового поколения этого увеличения недостаточно, и для достижения видимых изображений покрытий в 30 000 раз и более необходимы другие инструменты, такие как атомно-силовой микроскоп (AFM) или полевая эмиссионная электронная микроскопия (FE-SEM). , Независимо от требуемого инструмента конверсионное покрытие представляет собой комбинацию кристаллических и микроструктур, химически осажденных на поверхности металла.

Контрольно-измерительные приборы используются для определения размера, формы и однородности покрытия. Эти инструменты являются отличными инструментами для проверки любых дефектов металла или покрытия, которые могут остаться незамеченными невооруженным глазом. Этот визуальный осмотр любой неоднородной обработанной поверхности помогает устранить неисправности в процессе предварительной обработки. Благодаря использованию микроскопов можно контролировать однородность конверсионного покрытия для обеспечения надлежащего покрытия и размера структуры. Хорошо документировано, что размер структуры играет очень важную роль в адгезии краски.

Помимо веса покрытия и кристаллической структуры, химический состав покрытия играет важную роль в коррозионных характеристиках. По сути, коррозия имеет щелочную природу, поэтому, чем выше стойкость покрытия к щелочам, тем лучше коррозионные характеристики. Химический состав может быть определен путем простого анализа в лаборатории с использованием более современного оборудования, такого как сканирующие электронные микроскопы с энергодисперсионной рентгеновской или рентгеновской дифракцией. Использование этого типа оборудования нецелесообразно на месте, но может эффективно оценить производительность в лабораторных условиях. Химический состав покрытия может помочь в устранении неполадок процесса в тех случаях, когда коррозионные характеристики ниже ожидаемых.

Поскольку для оценки трех характеристик покрытия требуется некоторое время, при простом визуальном осмотре покрытия на производственной площадке могут возникнуть проблемы. Фосфатные покрытия должны быть по возможности однородными по внешнему виду. Различия в цвете являются нормальными для смешанных металлических узлов, таких как автомобили, использующие различные оцинкованные стальные сплавы. Хотя цвет может варьироваться, на покрытии не должно быть видимых блестящих пятен. Блестящие области указывают на состояние, известное как торможение. Подавление - это то, где фосфатное покрытие не образовалось из-за загрязнения поверхности.

Картография - широко используемый сегодня термин, который описывает различные типы рисунков, которые видны на конверсионном покрытии. Эти рисунки часто наиболее заметны после нанесения пленки краски, что делает их чрезвычайно дорогостоящими для ремонта. Картирование обычно вызывается неравномерной химической реакцией с металлом из-за загрязнения, такого как масла, соединения, герметики или другие материалы, оставленные на поверхности. Загрязняющие вещества либо вступают в реакцию с металлом, образуя постоянное пятно, либо их не удаляет химическая стадия процесса, т.е. плохая очистка, когда загрязнение не удаляется на стадии очистки, а следующая химическая стадия должна удалять поверхностные загрязнения. Если это стадия конверсионной химии, тогда время, необходимое для нанесения покрытия, снижается.

Такие рисунки, как полоски, могут быть результатом высыхания в дренажных прихожих, смещенных распылительных форсунок или других дисбалансов потока воздуха и раствора в фосфатной системе. В большинстве случаев опытные операторы могут быстро исправить эти схемы, переставив сопла или отрегулировав давление. В некоторых случаях дополнительные системы увлажнения добавляются в системы для решения этих проблем. Некоторые системы не способны корректировать определенные шаблоны из-за недостатков оригинального дизайна. Небольшие рисунки обычно не наносят ущерба конечному качеству покрытия. Доступные технологии предлагают металлическому финишеру несколько вариантов выбора в соответствии с требованиями заказчика.

В настоящее время железо и фосфат цинка преобладают в качестве продуктов выбора, когда речь идет о нанесении конверсионного покрытия на металлическую поверхность перед окрашиванием. Однако, В условиях постоянно меняющегося делового климата и необходимости снижения затрат системы должны стать более экологичными при одновременном снижении потребности в энергии и воде. С развитием покрытий нового поколения ландшафт меняется, и у отрасли обработки металлов есть возможность соответствовать затратным и экологическим ограничениям, в то же время удовлетворяя ожидания своих клиентов.