ОКРАСКА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Электроосаждение. Что о нём следует знать Часть 1

ОКРАСКА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Электроосаждение – это процесс получения на деталях тонких, регулируемых по толщине покрытий (электропокрытий) методом погружения с приложением электрического тока.

Материал для покрытий – это специальный лакокрасочный состав, который переводится в водный раствор и наносится в наполненной им ёмкости.

Прохождение тока от установленных рабочих электродов до деталей создаёт полярность между ними и вызывает  осаждение на окрашиваемой поверхности нелетучих веществ краски. 

   Системы нанесения покрытий методом электроосаждения (часто называемых электропокрытиями)  являются в  высокой степени автоматизированными при незначительной эмиссии в окружающую среду, а сами покрытия обеспечивают исключительно высокую антикоррозионную защиту. Как и другие процессы нанесения покрытий – этот способ обладает уникальными возможностями, которые делают его лучшим выбором в определённых сферах применения. При выборе вариантов нанесения покрытий следует учитывать уникальные  преимущества электроосаждения.

– Стоимость: Системы нанесения электропокрытий являются автоматическими и на одной подвеске или крючке возможна обработка большого количества деталей.

– Производительность: Скорости движения конвейера  в  процессе электроосаждения могут быть очень высокими с возможностью очень высокой плотности загрузки деталей.

– Использованиие материала: Поскольку электроосаждение является процессом погружения, много отходов не образуется. Материал может быть использован практически на 95%.  Избыточности нанесения не существует, а смываемые при промывке нелетучие вещества возврашаются в цикл.

–  Характеристики плёнки: Плёнки электропокрытия однородны  даже при сложной форме деталей.  У плёнок нет натёков и краевых эффектов при обеспечении однородности покрытия внутренней зоны детали и, соответственно, противокоррозионных свойств.

– Окружающая среда: Электропокрытия имеют низкий уровень ЛОС (летучих органических соединений) и осаждаемые плёнки имеют высокое содержание нелетучих веществ. Отходов мало и стоимость их размещения низка.

ИСТОРИЯ

   Процесс электроосаждения использовался ещё вначале 1900 годов для нанесения латекса на ткань при изготовлении резиновых перчаток. Его также использовали в 1930 году для осаждения эмульсии на внутреннюю  поверхность стальных банок для пишевых продуктов и напитков.

В конце 50-х годов доктор Джордж Бривер в компании Форд Мотор проводил исследования по анодному электроосаждению грунтовок на кузова автомобилей. Форд начал использовать электроосаждение на некоторых автомобилях фактически вначале 60-х годов.

В настоящее время много покрытий электроосаждением используются в качестве грунтовочных, но, иногда они используются и как  обычные покрытия.

   Имеются материалы для электроосаждения анодного и катодного типов. Анодные материалы стали доступны в начале 60-х годов, катодные были разработаны в 70-х годах и стали более распространёнными, благодаря  более высоким характеристикам покрытий и более широкому выбору цвета.

   Электроосаждение плёнки покрытия на поверность электропроводной подложки является очень эффективным способом нанесения однородного коррозионностойкого покрытия на металлические детали.

Типичные примеры-  это кузова автомобилей, скрытые части автомобиля, например, скрытые автодетали, такие как масяные поддоны, пепельницы, детали освещения и т. п.

, детали газонного и садового оборудования, колёса,  детали сельскохозяйственного оборудования, военного назначения, самолётов, бандажи, приборы.

   Электроосаждение красок нашло широкое применение и сейчас используется для всех корпусов автомобилей, производимых  в мире.

   Процесс электроосаждения состоит из  нескольких систем, скомбинированных в  один процесс. Эти системы представляют собой  блок  подготовки поверхности, блок собственно электроокраски, блок циркуляции и регулировки температуры рабочего раствора, краски,  блок, обеспечивающий приложение напряжения и печи отверждения.

 ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

   Процесс электроокраски проводят с обязательным применением подготовки поверхности. Термин подготовка поверхности относится к химической обработке поверхности металла, с целью подготовки её к окраске.

В процессе подготовки поверхности удаляются  поверхностные отложения, вызывающие такие поверхностные загрязнения, как пятна, что способствует хорошей адгезии покрытий, вносит вклад в их характеристики, а также предохраняет емкость с материалом от включений и осадков.

   Процесс подготовки поверхности  обычно включает очистку, промывку, активирование, (если предусмотрено цинк-фосфатирование), фосфатирование, промывку и пассивирование.

   Подготовка поверхности  перед электроокраской часто проходит на моющих линиях, которые могут включать несколько ступеней распыления, а, возможно и ступеней погружения. Металлические детали поступают по конвейеру через  моющие агрегаты, состоящие из серии скомпонованных зон обработки, для обеспечения требуемого уровня качеcтва при конкретных целях. (Рисунок 1-1)

В распылительных моющих агрегатах, для каждой зоны или  стадии процесса имеется  соответствующая ёмкость с раствором, насосы, оснащённые распылителями c соплами.

Каждая такая зона или стадия предназначена для  выполнения разных функций.

  Последовательность стадий подготовки поверхности  методом распыления для типичного процесса промышленной окраски электроосаждением представлена ниже:                                                      

ПроцессВремя, секТемпература
1Щелочная очистка                                       9055 – 700C
2Промывка60Обычная
3Активация для цинк фосфатирования        30Обычная
4Железо и цинк фосфатирование                  6050 – 600C
5Промывка                                                      30Обычная
6Последующая промывка                              3020 – 450C
7Промывка деионизированной водой           20Обычная

   Некоторые операции зачастую состоят из большего количества стадий. Возможно сочетание  методов распыления  и погружения.

1 Очистка распылением

2 Очистка погружением

3 Промывка распылением

4 Промыка погружением- кондиционирование

5 Цинк фосфатирование погружением

6 Промывка  погружением

7 Промывка  с хроматированием

8 Промывка дистиллированной водой с рециркуляцией, а затем   чистой  дистиллированной водой

   Результатом  такой комбинации  является улучшение  свойств покрытий, в том числе повышение  адгезии.

   Оборудование для распыления  изготавливают из стали, нержавеющей стали  и полипропилена. Зоны распыления заключаются в тоннель. Избыток раствора возвращается обратно в ёмкость.

Очистка

   Первым этапом очистки является процесс удаления таких загрязнений, как масла и другие включения, которые могут препятствовать получению качественного фосфатного покрытия, а, следовательно, обеспечению хорошей адгезии и, в целом, хорошего качества покрытий.

Конкретный процесс очистки определяется видом удаляемых загрязнений и природой поверхности подложки. Поскольку щелочная очистка является наиболее обычной в случае органических загрязнений, pH моющего раствора зависит от природы поверхности  и загрязнений.

Для некоторых загрязнений иногда используются нейтральные, а иногда и кислые очистители.

   Как упоминалось ранее, этапы мойки можно выполнять методом распыления и методом погружения.  В распылительных процессах используются химические свойства очистителей в сочетании с механическим воздействием, за счёт давления струи. Погружение захватывает зоны детали, недоступные воздействию струи.

Очистители  классифицируют по их pH:

  * Щелочные очистители:

                                                        -слабые,                  pH   7,5 – 10,5

                                                        -средней силы,       pH   10,5 – 11,5

                                                        – сильные,               pH   > 11,5

     *  Нейтральные очистители:                                    pH 7 – 7,5

           *  Кислые очистители:                                              pH 3,5 – 5,5

 Наиболее распространёнными очистителями являются слабощелочные с pН 8,5 – 10,2, содержащие соли титана в коллоидном виде, которые обеспечивают множество точек -центров формировании фосфатной плёнки.

   Кроме неорганических солей и поверхностно-активных веществ, очистители для распылительных процессов содержат противопенные добавки и добавки, способствующие образованию тонкой мелкокристаллической фосфатной плёнки.

   Поверхностно-активные вещества, используемые в очистителях – обычно неионогенные

продукты полиприсоединения окиси этилена и окиси пропилена к спиртам, аминам, фенолам. Иногда для глубокой очистки используют сульфонаты.

Поверхностно-активные вещества улучшают контакт раствора и поверхности и их часто называют смачивателями.

Поверхностно- активные вещества обеспечивают поверхностную активность раствора и  ими регулируют такие свойства как эмульгирующее, моющее, пенообразующее и смачивающее действие.

   Назначением поверхностно-активных веществ является отрыв масел и жиров от поверхности деталей и эмульгирование их в объём раствора. Масла поднимаются на поверхность и, когда циркуляционный насос выключается, они могут быть собраны

или слиты при переполнении емкости.

   Обычно типичная стадия распылительной очистки длится от 60 до 90 с, а глубокая очистка – около 180 с, а температура изменяется в пределах 50-600C. Время обработки, температура и концентрация раствора разные в зависимости от конкретного очистителя и состояния поверхности.

   Стадия промывки  водопроводной водой после очистки  предназначена  для удаления остатков щелочного очистителя или осадков с поверхности перед фосфатированием. Удаление щелочного очистителя перед обработкой кислым фосфатирующим раствором имеет значение для регегулирования химических характеристик и снижения затрат.

Фосфатирование

   Поверхность детали должна иметь конверсионное покрытие для пассивирования металла, обеспечения хорошей адгезии и длительной коррозионной стойкости покрытия.

                Применение железо- или цинк- фосфатирования является наиболее важной частью процесса предварительной подготовки поверхности.

Фосфатное покрытие преобразует металлическую поверхность в текстурированную неметаллическую поверхность, создаёт хорошие условия для связывания с краской  и улучшает коррозионную стойкость.

   Адгезионная прочность покрытия и его коррозионная стойкость зависит от размера кристаллов фосфатного покрытия.

Крупнокристаллическая структура – более пористая, даёт более низкую коррозионную стойкость и для достижения плёнки с хорошими защитными харатеристиками требуется более толстое покрытие.

Наилучшие защитные характеристики обеспечивает плотное мелкокристаллическое покрытие.  Получению мелкокристаллической структуры может  способствовать также кондиционирующая промывка перед фосфатированием.

Активирование (для цинк- фосфатирования)

   В некоторых случаях поверхность металла активируют или кондиционируют путём введения добавок в состав очистителя или во время промывки перед фосфатированием, для увеличения количества кристаллов, уменьшения их размера и, соответственно, улучшения качества фосфатного покрытия.

Железо-фосфатироание

   Железофосфатирующие составы состоят из кислых солей фосфатов щелочных металлов, оксидирующих агентов, поверхностно активных веществ и иногда комплексообразователей. Железо, входящее в фосфатную плёнку поступает с поверхности детали. Химические агенты  принимают участие в реакциях железа и обеспечивают условия осаждения фосфатов на поверхности.

   Железофосфатирование может обеспечить обезжиривание и пассивирование поверхности, но не обеспечивает получение фосфатного покрытия такого же качества как цинк- фосфатирование.

   Процессом железофосфатирования легче управлять, оно менее затратное и не содержит тяжёлых металлов, а поэтому оно предпочтительно для получения конверсионных покрытий в случаях, когда не требуются высокие защитные свойства покрытий.

Цинк-фосфатирование

   Продукты, из которых составляют цинк-фосфатирующие растворы  – это однозамещённый фосфат цинка и такие как соли никеля, марганца  и кальция. В рабочем растворе также имеется некоторое количество железа, которое образуется за счёт травления поверхности стали.   

   Добавки окислителей -нитратов, нитритов, хлоратов, позволяют регулировать скорость образования покрытия. Соотношением этих различных ингредиентов регулируют массу покрытия и размер кристаллов фосфатов. Фториды добавляют также, если  одновременно обрабатывается алюминий.

   На границе поверхности детали происходят следующие процессы:

1 травление металла и окисление водорода до воды

2 увеличение рH на границе раздела металл-раствор.

3 насыщение плёнки образующими её веществами.

4 образование центров на металле

5 увеличение массы и толщины покрытия

6 окисление и осаждение железа в растворе в виде взвеси

   Состав ванны, температура, время обработки и вид предыдущей очистки оказывают влияние на состав и кристалличность покрытия.

   Добавление фосфата цинка и нитрит-ускорителя в ванну для поддержания необходимой концентрации должно производиться автоматически насосами-дозаторами для обеспечения хорошего стабильного качества и минимального расхода компонентов.

Если концентрация этих компонентов поддерживается неправильно, то могут быть получены или слишком мягкие или слишком жёсткие покрытия и слишком много  взвешенного осадка. Если скорость образования покрытия будет слишком низка, покрытие будет грубым и неоднородным, не обеспечивающим хорошую адгезию и коррозионную стойкость.

Дозирование добавок в разовом порядке может привести к неоднородности состава раствора во времени.

   Цинк- фосфатные покрытия являются предпочтительными конверсионными покрытиями, используемыми в автомобилестроении благодаря их высокой коррозионной стойкости.

Они более прочно связаны с металлической поверхностью ионными связями, а пористая кристаллическая структура обеспечивает высокоразвитую поверхность,  связывающую материал лакокрасочного покрытия.

И если последнее повреждается, неорганическое фосфатное покрытие защищает металл от распространения коррозии.

   В цинк-фосфатном растворе непрерывно образуется взвесь из-за окисления и перехода растворимого железа в нерастворимую форму. Поэтому постоянно должна работать система удаления этой взвеси.

   Стадия промывки, следующая за фосфатированием, проводится обычной водопроводной водой. Фосфаты более растворимы в холодной воде. Избыточный объём воды должен гарантировать полную очистку поверхности и приемлемое охлаждение.

Источник: http://odri.com.ua/article/elektroosazhdenie--chto-o-nem-sleduet-znat-chast-1

ПОИСК

ОКРАСКА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Рис. 8.2. Типичная установка для окрашивания методом электроосаждения

    Метод электроосаждения позволяет механизировать и автоматизировать процесс окрашивания, при этом покрытия получаются довольно плотными и равномерными по толщине.

Этим методом можно окрасить изделия сложной конфигурации, при этом покрытия осаждаются на участки, труднодоступные при использовании других методов окрашивания. Способ производителен и экономически выгоден, особенно при больших объемах работ в крупносерийном производстве. [c.

175]

    При окрашивании методом электроосаждения используют специальные лакокрасочные материалы – водорастворимые краски, водные и органические дисперсии полимеров, в которых стабилизация осуществляется за счет ионогенных факторов, а также растворы полимеров в полярной органической среде. [c.9]

    Окрашивание методом электроосаждения Технология и оборудование процесса. – Л. Химия, 1983. -144 с., ил. [c.2]

    Процесс получения лакокрасочных покрытий методом электроосаждения складывается из следующих операций подготовки поверхности, окрашивание в ванне электроосаждения, обработки изделий после окрашивания и сушки. [c.176]

    Окрашивание методом электроосаждения [c.136]

    Окрашивание методом электроосаждения 174 [c.286]

    Водоразбавляемые лакокрасочные материалы занимают одно из ведущих мест в ассортименте продукции, отвечающей современным экологическим требованиям. Водные материалы применяются в основном при окрашивании изделий методом электроосаждения.

Для этой цели используются водоразбавляемые лакокрасочные материалы на основе пленкообразователей-электролитов. Для электроосаждения используют грунтовки В-КЧ-0207, В-КФ-093, ВЭП-0190, эмали В-ФЛ-11990, МС-278, В-ЭП-2100. [c.

286]

    После окрашивания изделия промывают, обдувают горячим воздухом для удаления капель воды и подвергают горячей сушке. Режим сушки зависит от вида нанесенного лакокрасочного материала. Покрытия, полученные методом электроосаждения, беспористы, равномерны по толщине, не имеют потеков, пузырей и других поверхностных дефектов. [c.178]

    Диски колес поступают на завод, покрытые грунтовкой УР-1154 алюминиевого цвета. Грунтовку наносят методом электроосаждения. Перед окрашиванием диски обезжиривают, промывают деминерализованной водой и сушат при 150—160°С в течение 12 мин с последующим охлаждением на конвейере подготовки.

После сушки диски колес подвешивают в горизонтальном положении на специальные подвески конвейера, вращаемые механизмом. В окрасочной камере на диски колес наносится автоматическими пневмораспылителями алкидно-меламиновая эмаль алюминиевого цвета.

По истечении 1,5 мин в такой же камере наносится мокрым по мокрому второй слой эмали, а затем после выдержки в течение 5 мин диски колес, окрашенные алкидно-меламино-вой эмалью алюминиевого цвета, сушат покрытие 32 мин при 130 С. [c.224]

    Несмотря на определенные достижения в области химии и технологии водорастворимых пленкообразователей за последние 25 лет, объем лакокрасочных материалов на их основе в общем выпуске лакокрасочных материалов еще недостаточно велик. Их роль в технологии получения покрытий гораздо ощутимее, если учесть, что практически все автомобили и ряд других массовых изделий машиностроения грунтуют методом электроосаждения. В то же время научно-технический прогресс, создание экологически полноценных процессов окрашивания связаны с комплексным использованием водных лакокрасочных материалов. Их применение на отдельных операциях (например, грунтование или нанесение верхних слоев) лишь частично решает эти задачи. В настоящее время уже созданы системы материалов на основе водорастворимых пленкообразователей, предназначенные для окрашивания самых ответственных изделий в машиностроении. Примером может служить система материалов, включающая грунтовки первого слоя, наносимые электроосаждением, такие, как ФЛ-093, ВКЧ-0207, В-АУ-0150, грунтовку второго слоя В-ЭФ-0153 и эмали типа В-ПЭ-1179, В-ПЭ-1160, или система, предназначенная для окрашивания электротехнических изделий и состоящая из грунтовки ВМА-0220 и эмали ВМА-1232 [4, 5]. Аналогичные системы имеются и за рубежом [6]. Более широкое распространение водорастворимых материалов сдерживается не только некоторым их дефицитом, но и определенной инертностью потребителей, связанной, возможно, с все еще недостаточной информированностью. [c.6]

    Допускается перед окрашиванием методом анодного электроосаждения пассивирование не проводить, а заменить его промывкой деминерализованной или дистиллированной водой. [c.175]

    Метод электроосаждения используют для получения противокоррозионных покрытий, а также для окрашивания металлов, склонных к образованию непроводящих оксидных пленок. Поэтому указанная выше подготовка поверхности иногда оказывается не- [c.50]

    Однородные и плотные 3. л. п. получают при нанесении лакокрасочных материалов электростатич. методом (в электрич. поле). Новый метод в технике нанесения водорастворимых красок на металл — электроосаждение (электрофорез).

К достоинствам этого метода относят равномерное окрашивание изделий очень сложной конфигурации (особенно острых кромок, углов, выступов) безопасность в пожарном отношении отсутствие токсичных примесей в рабочем помещении.

Недостатком является то, что покрытия наносят только в один слой толщиной 20—25 мкм (нанесение второго слоя электрофорезом невозможно, т. к. первый слой, являясь изолятором, препятствует прохождению тока). При использовании токопроводящих грунтов методом электрофореза можно наносить и два слоя.

Для получения коррозионностойких покрытий на основе водорастворимых систем представляется перспективным электроосаждение на металл, предварительно окрашенный токопроводящим слоем (напр., протекторным грунтом), не препятствующим электрофорезу. [c.393]

    Достоинства метода высокое качество покрытия (без подтеков и с хорошей адгезией) возможность снизить потери лакокрасочных материалов в большей степени, чем при других методах окраски, равномерность покрытия по толщине, возможность регулирования и автоматического контроля толщины покрытия, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, уменьшается пожароопасность, возможность полностью автоматизировать процесс недостатки более высокая стоимость оборудования и необходимость больших производственных площадей по сравнению с окрашиванием другими методами электролиз солей, находящихся в воде, мешает процессу электроосаждения, поэтому при изготовлении растворов для электроосаждения применяют обессоленную воду — конденсат. [c.137]

    Планами экономического и социального развития СССР на 1981-85 гг. и перспективным планом развития до 1990 г. предусматривается дальнейшая механизация и автоматизация технологических процессов, в том числе процессов окрашивания. 1 Один из путей решения этой проблемы – развитие метода окраши- вания промышленных изделий электроосаждением лакокрасочных, материалов.  [c.6]

    Рядом изобретений практически решен вопрос об окрашивании электроосаждением мелких деталей и надежном их контакте с токоведущей шиной. Разработаны отечественные лакокрасочные композиции для получения специальных покрытий этим методом. Поставлены вопросы окрашивания этим методом ряда цветных металлов. [c.7]

    Применение комплексных линий электроосаждения эффективно и целесообразно при крупносерийном производстве или окрашивании изделий особо сложной конфигурации, которые нельзя окрасить другими методами. Практически установлено, что ванна работает экономично, если ежедневно в 1 м ее содержимого окрашивается не менее 100 м поверхности /2/. [c.8]

    Технология обезжиривания.

Если окрашиванию электроосаждением подвергаются изделия, эксплуатирующиеся внутри помещения (при отсутствии атмосферных воздействий), технологический процесс состоит только из трех операций, не считая операцию удаления продуктов коррозии и оксидов обезжиривание (в одну или две стадии) промывка технической водой, промывка обессоленной водой и сушка. Режим технологической обработки изделий зависит от конфигурации изделий и обезжиривающего состава и выбирается в соответствии с существующими стандартами. Технология обработки должна обязательно предусматривать очистку сточных вод и утилизацию отходов. Технологическая схема обезжиривания водным моющим раствором с очисткой отработанного обезжиривающего раствора методом ультрафильтрации приведена на рис. 2.5. [c.48]

    В качестве агента для обработки поверхности гальванических ванн и оборудования к ним (рис. 4,6) и т.п. направляюших роликов для непрерывной химической обработки листового металла устройств для окрашивания методом электроосаждения подвесок для изделий, подвергаемых алумитной обработке и т.п. [c.301]

    Промывка изделий перед окрашиванием методом электроосаждения 1, Удельная электрическая проводимость исходной воды, МкСм/см Удельная электрическая проводимость воды, выносимой из последней ванны промывки, МкСм/см Не более 20 Не более 50 — [c.176]

    В некоторых случаях в условиях анодного электроосаждения происходит окисление материала подложки с образованием слоя токонепроводящих оксидов. Такие оксиды образуются при анодном электроосаждении водорастворимых материалов на алюминии и его сплавах.

Поэтому для проведения окрашивания алюминия и получения покрытия достаточной толщины применяют определенные приемы. Чтобы замедлить образование анодных пассивных слоев оксидов и получить покрытие достаточной толщины, в раствор водорастворимого материала добавляют хлорид натрия.

Однако следует заметить, что хотя этот прием и увеличивает толщину покрытий на алюминии, стабильность ванны и качество покрытия при этом ухудшаются. Для снижения растворимости металла, предотвращения образования на нем непроводящих оксидов применяют также специальную подготовку поверхности, заключаю-.

щуюся в предварительном нанесении на металл тонких слоев неорганических солей и оксидов. Такие спои наносят в процессе подготовки металлов к окрашиванию методом электроосаждения /43/. [c.32]

    Метод электроосаждения широко используют в автомобильной промышленности для грунтования кузовов автомобилей, его применяют также для окрашивания электробытовых машин и приборов, в сельхозмашиностроении, электротехнической и радиотехнической промышленности и других отраслях. [c.175]

    При окрашивании изделий методом электроосаждення после пассивирова- кя щ>аводят промывку деминерализованной или дистиллированной водой. [c.149]

    В то же время различными организациями проделана большая работа по внедрению метода электроосаждения в СССР. Обследованы действующие в СССР импортные и отечественные линии анодного электроосаждения, проанализирован опыт их работы и эффективность использования в СССР и странах СЭВ.

На основании результатов обследования и анализа литературных и патентных данных НПО “Лакокраспокрытие” разработан типаж на устанокраски методом электроосаждения. Исследс ано влияние технологических параметров на процесс окрашивания и свойства покрытий, на основании чего выданы требования к проектирс анию отдельных узлов и требования к источникам электропитания.

Установлены конкретные допустимые значения скоростей циркуляции (относительно окрашиваемых изделий) для различных лакокрасочных материалов для обеспечения равномерности покрытия. Определено количество теплоты, вьзделяющейся в процессе окраски, для расчета мощности теплообменников.

Рекомендованы оптимальные диапазоны температур лакокрасочного материала в ванне, обеспечивающие хорошее качество покрытия. Определены технологические параметры процесса электроосаждения для отечественных лакокрасочных материалов. [c.

7]

    Установлены количества вредных веществ (амины, пары органических растворителей), выделяющихся при окрашивании, для расчета вентиляционных систем установок. Разработаны методика расчета и рабочие чертежи унифицированного оборудования устансЕОК окрашивазиия методом электроосаждения. [c.7]

    Применение дополнительных электродов требует больших за–трат ручного труда и поэтому снижает эффективность метода электроосаждения.

Число таких электродов можно свести до минимума или вообще избавиться от них, применяя лакокрасочные материалы с повышенной рассеивающей способностью.

Водорастворимые материалы для анодного осаждения в большинстве случаев требуют установки дополнительных электродов при окрашивании коробчатььх сечений.

Например, грунтовка ФЛ-093 при окрашивании кузова типа “Жигули” и “Волга” требует установки нескольких дополнительных электродов. Перспективными в этом отношении являются водорастворимые материалы для катодного электроосаждения, обладающие высокой рассеивающей способностью. Они позволяют практически избавиться от дополнительных электродов. [c.38]

    Комплектующие изделия (детали и сборочные единицы) автомобиля Жигули защищают примерно так же, как и автомобиля Москвич .

В частности, топливные баки и радиаторы покрывают методом элек-троокрашивания черной синтетической эмалью диски колес — электроосаждением алюминиевой эмалью УР-1154, а затем на них наносят порошковые лакокрасочные покрытия.

Для окрашивания деталей, подвергающихся нагреву при повышенных температурах, например глушителей, применяют жаростойкую эмаль КО-828 алюминиевого цвета. [c.226]

    Метод окрашивания электроосаждением можно применять для получения грунтовочных слоев, перекрываемых другими слоями, однослойных защитно-декоративных и специальных покрытий.

Метод нашел применение для грунтования кузцва и деталей лег- Л ковых и грузовых автомобилей, электробытовых приборов (холо- дильники, пылесосы), окрашивания корпусов и деталей оптических приборов, металлоконструкций и аппаратуры сложной конфигурации, в электротехнике (кожухи, детали электродвигателей), в радио- и светотехнической промышленности, в сельскохозяйственном машиностроении. Этот метод наиболее эффективен при массовом и крупносерийном производстве. [c.6]

    В случае оснащения линии электроосаждения установками ультрафильтрации дополнительный экономический эффект достигается благодаря практически полному исключению потерь лакокрасочного материала, в связи с чем на окрашивание 1 м поверхности его расходуется в 2-3 раза меньше, чем при обьга-ных методах. [c.8]

    Для удаления с поверхности изделий продуктов коррозии и оксидов применяют известные механические и химические методы, широко описанные в литературе /50-52/ и предусмотренные ГОСТ 9.402-80.

При выборе способа очистки следует руководствоваться не только удалением продуктов коррозии, но и получением При этом определенной оптимальной шероховатости поверхности и возможностью появления на поверхности видимых дефектов (царапин, рисок). Такие дефекты полностью проявляются при нанесении электроосажденных покрытий.

Химические способы удаления продуктов коррозии (например, травление) не должны давать нетокопроводящйх пленок и видивых дефектов на поверхности. Выбор способа удаления продуктов коррозии и оксидов производят также с учетом материала подложки и степени его окисленности (ГОСТ 9.402-80). Химические составы (ГОСТ 9.402-80, ГОСТ 9.

047-75) для удаления продуктов коррозии с черных и цветных металлов, подвергаемых окрашиванию электроосаждением, не отличаются от обычных составов и широко описаны в литературе. [c.44]

    Как известно, алюминий – металл, склонный к образованию естественных слоев оксидов, которые снижают электрическую проводимость поверхности.

Очищенный от оксидных слоев и подвергнутый окрашиванию водорастворимыми лакокрасочными материалами алюминий в условиях анодного процесса вновь подвергается окислению.

Полученные при анодном электроосаждении искусственные оксиды металлов имеют высокие значения электрического сопротивления (270 Ом) и напряжение на пробой по 200 В, пористость 10%.

Даже при оптимальных режимах электроосаждения, обеспечивающих получение лакокрасочного покрытия хорошего качества, образуется довольно толстый слой оксидов.

Считается, что этот слой представляет собой комбинацшо неорганического оксида алюминия и органических соединений алюминия с пленкообразующими веществами, входящими в состав лакокрасочного материала. Этот слой способствует пассивации поверхности алюминия, что положительно сказывается на противокоррозионных свойствах покрытий, нанесенных методом анодного электроосаждения. Известны даже непигментированные – электроосажденные покрытия на сплавах алюминия, обладающие хорошей стойкостью в условиях повышенной влажности и воздействия соляного тумана /20/. [c.57]

    С учетом необходимости автоматизации, а также непрерывности процесса окрашивания электроосаждением в основном применяют метод химической подготовки поверхности и соответствующие механизированные агрегаты или установки для подготовки поверхности. Подготовку поверхности в таких агрегатах осуществляют методами распыленйя и окунания в составах для обезжиривания, фосфатирования, промывки и т. д. (см. разд. 2). [c.125]

Источник: https://www.chem21.info/info/1716617/

Окрашивание электроосаждением

Способ нанесения лакокрасочных покрытий электроосаждением за последние годы получил большое распространение. Согласно прогнозам в ближайшее время подавляющее большинство промышленных грунтовок и однослойных покрытий будут наносить этим способом.

Как производится окрашивание электроосаждением?

Сущность метода заключается в осаждении лакокрасочного материала из его водного раствора на окрашиваемое изделие с помощью постоянного электрического тока. Изделие (анод), движущееся на конвейере, погружается в ванну (катод) с водоразбав-ляемым ЛКМ.

При анодном электроосаждении частицы краски имеют отрицательный заряд. В постоянном электрическом поле они движутся к изделию и осаждаются на нем, образуя плотное, нерастворимое в воде лакокрасочное покрытие, равномерное по толщине на всей поверхности изделия.

Развитие получает и катодное электроосаждение, т. е. получение покрытия на катоде.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Какие требования предъявляются к ЛКМ. применяемым для электроосаждения?

Они должны обладать хорошей растворимостью в воде и образовывать растворы высокой стабильности. Им должны быть свойственны высокая проникающая способность, при которой по всей поверхности изделия и в труднодоступных местах образуется равномерное по толщине покрытие, хорошая электропроводность и высокий выход по току.

Материалы подразделяют на высоко-и низкоомные с электрической проводимостью соответственно менее 0,1 и более 1 См/м.

Высокоомные материалы наносят при напряжении 150 — 300 В, имеют большой выход по току и хорошую рассеивающую (проникающую) способность. Низкоомные наносят при напряжении 30 — 60 В, у них хуже рассеивающая способность, ниже выход по току.

Каковы преимущества и недостатки электроосаждения?

Основными его преимуществами являются: получение высококачественного плотного покрытия (без потеков, пузырей и других дефектов) равномерной толщины по всей поверхности изделия сложной конфигурации ; хорошее окрашивание острых кромок, углов, внутренних поверхностей и других труднодоступных мест изделия ; полная механизация и автоматизация процесса окрашивания; улучшение санитарно-гигиенических условий труда, обеспечение пожаро- и взры-вобезопасности за счет применения водоразбавляемых материалов; лучшее использование ЛКМ по сравнению с обычными методами окрашивания.

Недостатки электроосаждения заключаются в возможности нанесения только однослойного покрытия, в необходимости больших производственных площадей и применении дорогостоящего оборудования.

При анодном электроосаждении стоимость покрытия значительно ниже, чем при катодном, так как катофорезные ванны, трубопроводы и арматура должны быть выполнены из кислотостойких материалов.

Однако анодное осаждение ведет к частичному растворению металла, чего не происходит при катодном процессе.

Другими преимуществами катодного электроосаждения являются: более высокая степень защиты от коррозии при малой толщине покрытия; хорошая химическая стойкость покрытия, особенно к действию щелочей; более эффективная защита внутренних поверхностей изделий, ребер и т. п.

Из каких операций состоит технологический процесс окрашивания электроосаждением?

Технологический процесс состоит из следующих операций: — предварительная промывка обессоленной водой;— окончательная промывка полностью обессоленной водой (электрическая проводимость менее 30 мкСм/см);— обдувка сжатым воздухом, очищенным от пыли, масла и воды;— погружение изделия в ванну с рабочим раствором лакокрасочного материала;— нанесение лакокрасочного материала (подача напряжения на установку и осаждение слоя лакокрасочного покрытия);— извлечение изделия из ванны и удаление излишков раствора;— предварительная промывка обессоленной или водопроводной водой;— окончательная промывка полностью обессоленной водой;— удаление воды и обдувка сжатым воздухом;

— сушка покрытия.

За счет чего достигается равномерность покрытий при электроосаждении?

Равномерность покрытий, получаемых в процессе электроосаждения лакокрасочных материалов на изделия, зависит в первую очередь от их рассеивающей способности. На рассеивающую способность в свою очередь оказывают влияние электрическое сопротивление анода и концентрация ЛКМ в ванне.

Органические растворители снижают рассеивающую способность. Чем больше вязкость осадка, тем выше сопротивление анода и, следовательно, рассеивающая способность материала.

На ее увеличение влияют также рост условного выхода по току и напряжения, продолжительность электроосаждения и уменьшение расстояния между электродами.

Какие основные факторы влияют на процесс электроосаждения?

Параметрами, влияющими на процесс электроосаждения и свойства получаемых покрытий, являются: концентрация и рН лакокрасочного материала в ванне, напряжение и плотность тока осаждения, продолжительность процесса, температура, интенсивность перемешивания, форма выпрямленного тока, наличие органических растворителей, природа основного металла и др.

Существует пороговая концентрация лакокрасочного материала, ниже которой покрытие не образуется. При концентрации выше пороговой (9—12% в пересчете на сухой остаток) скорость электроосаждения и толщина покрытия растут, однако до определенного предела, после чего появляется дефект переосаждения либо осадок стекает с анода под действием собственной массы.

Водородный показатель (рН) рабочего раствора в ванне влияет на стабильность системы, скорость электроосаждения и качество покрытий; для большинства лакокрасочных материалов рН = 7 4- 8,5.

Продолжительность процесса электроосаждения не превышает 1.5 — 2 мин, плотность тока поддерживают в интервале 40 — 50 А/мг, напряжение в зависимости от вида краски колеблется от 30—40 до 350—400, В.

При повышении температуры рабочего раствора скорость электроосаждения увеличивается или уменьшается, что связано с особенностями структурно-механических свойств осадков, нарушаются стабильность лакокрасочной системы, пластичность пленкообра-зователя. В связи с этим чрезвычайно важно обеспечивать постоянство температуры рабочего раствора, колебание ее не должно превышать ±(1-ьЗ) °С номинальной.

Скорость электроосаждения зависит от интенсивности перемешивания, уменьшаясь при ее росте, так как одновременно увеличиваются предельно допустимое напряжение электроосаждения и рассеивающая способность краски.

Интенсивность перемешивания на практике принимают обычно от 5—8 до 40—60 обменов в час в зависимости от вида лакокрасочного материала, его склонности к расслаиванию и осаждению пигмента.

Отрицательное влияние на качество покрытий оказывают как избыток органических растворителей в рабочем растворе, так и их недостаток (обычная концентрация 3—7%).

Для анодно-растворимых металлов (например, меди) необходима специальная подготовка поверхности, обеспечивающая осаждение пленкообразователя. Покрытия на сплавах алюминия сушат при более высокой температуре, чем покрытия на стали.

Возможен ли процесс электроосаждения при струйном нанесении материалов?

Электроосаждение осуществляется, в основном, в ваннах. Однако под воздействием постоянного электрического поля оно проист ходит и при струйном обливе изделий. В этом случае анодом является окрашиваемое изделие, а катодом — обливающее устройство. Электрический контакт замыкается через струи лакокрасочного материала.

Перспективным направлением является применение струйного электроосаждения при окрашивании изделий большой длины (лент, труб, проводов, профильного проката), однотипных изделий, транспортируемых на рольгангах, ленточных транспортерах.

Что такое автоосаждение?

Автоосаждение (автофорез, хемофорез, хемифоретическое осаждение) — это процесс получения лакокрасочного покрытия за счет химического взаимодействия пленкообразующего с основным металлом.

Окрасочная ванна состоит из водной дисперсии полимерного пленкообразующего с рН = 1,6 4 3,8. окислителя и кислоты. При контакте такой дисперсии с металлом происходит его растворение.

Результатом взаимодействия возникших при этом ионов металла с пленкообразующим являются нерастворимые соли, коагулирующие вблизи поверхности изделия и осаждающиеся на ней в виде покрытия с хорошей адгезией.

Покрытие равномерное, без потеков, наносится на изделие любой конфигурации.

Автофорезные покрытия дешевле полученных электроосаждением, обладают высокими противокоррозионными свойствами, в процессе их нанесения требуются меньшие энергозатраты и производственные площади.

Существуют анодный и катодный варианты этого способа нанесения покрытий.

Каковы виды и оборудование линий электроосаждения?

Лакокрасочные материалы наносят способом электроосаждения на линиях непрерывного действия, где изделия в ванне перемещаются непрерывно на подвесном конвейере, или на линиях периодического действия, на которых изделия в процессе окраски не перемещаются, их межоперационное передвижение производится автооператором или с помощью толкающего конвейера с опускной секцией монорельса.

При массовом и крупносерийном производстве средних и крупных изделий более целесообразно применять линии электроосаждения непрерывного действия, при массовом и серийном производстве мелких изделий—линии периодического действия.

Основным оборудованием линий являются агрегат подготовки поверхности, установки электроосаждения и сушильная, вспомогательным оборудованием — установка для приготовления обессоленной воды, различные емкости, в которых готовят растворы для агрегата подготовки и рабочие растворы лакокрасочных материалов.

Как устроена установка электроосаждения?

Установка представляет собой проходную камеру туннельного типа, в верхней части которой предусмотрен конвейер или механизм для погружения окрашиваемого изделия в ванну. Подвески для изделий электрически изолированы от транспортирующего устройства.

Камера оборудована системой автоматического контроля и регулирования технологических параметров процесса.

Переменный ток преобразуется в необходимый для электроосаждения постоянный ток напряжением до 50 В (предусмотрена возможность его регулировки) с помощью преобразователей, главным образом тиристорных.

В ванне установлены насосы-мешалки, обеспечивающие рециркуляцию лакокрасочного материала и унос образующейся пены. Установка оборудована зонами струйной промывки окрашенных изделий и зонрй их обдувки теплым воздухом.

Вентиляционная система предотвращает выход из установки в цех вредных веществ, образующихся при ведении процесса. Установка электроосаждения оборудована также сливной емкостью из ванны, устройствами для приготовления лакокрасочного материала, коагуляции и фильтрования сточных вод.

Как устроена ванна электроосаждения?

В установках анодного электроосаждения ванна окунания выполнена из углеродистой стали. При катодном процессе ванну изготовляют из диэлектрика или стали с изоляционным покрытием. Ванна снабжена перемешивающими устройствами, переливными карманами. С внутренней стороны борта ванны имеют пластмассовые ограждения, предохраняющие от короткого замыкания.

Применяют два вида перемешивания — наружное циркуляционными насосами и внутреннее погружаемыми пропеллерными мешалками. Двойная система перемешивания действует в процессе окрашивания изделий. При перерывах в работе материал перемешивается только погружаемыми мешалками. Циркулирующий в ванне лакокрасочный материал проходит через магнитный и щелевой фильтры и охлаждающий теплообменник.

Интенсивное охлаждение краски в процессе работы необходимо в связи с выделением значительного количества теплоты на электродах. Температура на поверхности окрашиваемого изделия достигает 80 °С, в то время как оптимальная температура краски не должна превышать 18— 25 °С во избежание увеличения электропроводности раствора, испарения органических растворителей, окисления пленкообразователя.

Какие требования предъявляют к установкам электроосаждения для правильной рециркуляции краски?

Перемешивание лакокрасочного материала в ванне должно быть достаточно интенсивным, что позволяет предотвратить образование осадка на дне, обеднение краской раствора вблизи изделия и скопление газообразных продуктов электролиза.

Однако чрезмерное перемешивание вызывает необходимость увеличения плотности тока, так как сильные потоки жидкости отклоняют направление движения частиц краски от силовых линий электрического поля.

Над всасывающими патрубками насосов не должны образовываться воронки с подсосом воздуха.

Скорость потока жидкости вдоль зеркала ванны должна сохраняться постоянной, чем достигается перемещение пены и частиц грязи через лотки в сливной карман, снабженный фильтрами. Кратность циркуляции находится в пределах 30— 60 обменов в час. Движение должно быть интенсивным, но без возвратных потоков.

Как подается ток к деталям на конвейере?

На конвейере детали подвешиваются на токопроводящие подвёски, изолированные от конвейера и имеющие скользящий, чаще всего медно-графитовый, контакт с то-косъемной шиной над ванной окунания. Для обеспечения надежного контакта и уменьшения износа контактного элемента устанавливают две параллельные шины.

Используют медные, алюминиевые, реже стальные шины. В процессе электроосаждения подвески частично закрашиваются, окунаясь в ванну вместе с изделием. После сушки покрытия подвеска становится неэлектропроводящей.

Места электрического контакта с изделием подвески обязательно очищают промывкой в горячем щелочном растворе или другими способами.

Как окрасить полые изделия изнутри?

Внутренние поверхности изделий окрашивают в ванне электроосаждения с помощью вспомогательных электродов, соединяющихся с источником тока специальными токосъемниками.

Вспомогательный электрод закрепляют внутри изделия на примерно равном удалении от всех поверхностей.

Необходимо тщательно следить за электродами, своевременно устранять дефекты во избежание короткого замыкания между электродом и изделием.

Как выбирают режим электропитания установки электроосаждения?

Выбор режима электропитания определяется размерами изделий, природой лакокрасочных материалов, расстоянием между окрашиваемым изделием и электродом, плотностью загрузки ванны изделиями. Электроосаждение можно проводить как при постоянной плотности тока (20 — 50 А/м2), так и при постоянном напряжении (30—350 В) или его ступенчатом изменении.

Самым простым и легко осуществимым является режим постоянного напряжения, но в начальный период окрашивания возникают большие токовые нагрузки. Для снижения начального тока прибегают к режиму ступенчатого увеличения напряжения. С этой целью контактная шина разделена на отдельные участки, на которые подают напряжение разного значения.

Режим применяется для установки периодического действия.

При. высоких значениях силы тока или напряжения покрытие становится крупнозернистым, более грубым. Пузырьки газа, образующиеся при разряде гидроксильных ионов на аноде, могут вызвать пористость покрытия. С уменьшением плотности тока интенсивность выделения газообразных продуктов снижается.

Если напряжение ниже рекомендуемого, то для получения покрытия заданной толщины требуется больше времени. Слишком высокое напряжение может привести к разрушению покрытия, особенно на кромках изделия.

Чрезмерно долгое пребывание изделия в ванне не рекомендуется, поскольку толщина покрытия на стали не увеличивается сверх предельной. На алюминиевых изделиях полученное покрытие в этом случае растворяется. Высокое качество окрашивания алюминия достигается при напряжении 60—230 В.

Свыше 230 В активизируется процесс окисления алюминия с образованием на металле толстых искусственных пленок, ускоряется электролиз воды.

При окрашивании изделий сложной конфигурации из сплавов цветных металлов в течение первых 25—30 с процесса необходим плавный подъем напряжения с целью снижения больших значений пускового тока, нагрева рабочего раствора и скорости анодного растворения металла.

Какие применяют типы источников питания?

Лакокрасочный материал определяет значение напряжения электрического тока, потребляемого ванной. Сила тока зависит от площади окрашиваемой поверхности, объема ванны электроосаждения и расчетной плотности тока.

После нахождения указанных параметров выбирают источник питания. Чаще всего применяют тиристорные выпрямительные агрегаты серий AT и ТП-3, обеспечивающие регулируемое выпрямленное напряжение от 0 до 460 В и номинальный выпрямленный ток 500—1000 А (серии AT) и 1600-4000 А (серии ТП-3).

Тиристорные агрегаты не предназначены специально для установок электроосаждения. В связи с этим необходимы дополнительные устройства в целях достижения технологических параметров процесса, связанных с напряжением электрического тока, управлением агрегатами, контролем, блокировками и др.

Для чего устраивают зоны промывки и обдувки в установке электроосаждения?

Промывка после окрашивания необходима для удаления с поверхности окрашенного изделия пены и остатков лакокрасочного материала, не имеющего электроосмотической связи с металлом.

Промывка производится водой, подаваемой через трубные контуры, снабженные насадками. Движение истекающих из насадок струй должно быть ламинарным. Водопроводная вода оставляет на покрытии соли, ухудшающие внешний вид и свойства покрытия, поэтому используют только деминерализованную воду.

После промывки изделие поступает в зону сушки теплым (40—60 °С) воздухом. Зона сушки оборудована рециркуляционной вентиляционной системой с калорифером.

Как перемещают изделия в установке электроосаждения?

Перемещение кареток с подвесками грузового и токонесущего конвейеров должно быть синхронным, плавным, без раскачивания во избежание нарушений в работе то-копроводящих элементов подвесок. Изделия должны быть подвешены таким образом, чтобы они не затеняли друг друга, т. е. не экранировали силовых линий поля. Конструкция подвески должна исключать срыв изделия с нее.

Площадь поперечного сечения подвесных приспособлений и крюков должна соответствовать проектной силе тока при электроосаждении. Для защиты ванны электроосаждения от попадания в нее масла с кареток и цепи конвейера подвески выполняют в виде скоб, а вдоль всей зоны окунания и сушки монтируют лотки.

Что такое выработка ванны и как ее корректируют?

В процессе осаждения частиц краски на изделие уменьшается концентрация раствора, ванна обогащается аминами, рН возрастает.

Соответственно снижается, до 30—40% от первоначального значения, коррозионная стойкость покрытий. При достижении нижнего предела содержания сухого остатка в растворе ванну пополняют краской.

Интенсивность выработки ванны характеризуется временем оборачиваемости, т. е. временем полной замены ванны свежей краской.

В зависимости от свойств пленкообразующего время оборачиваемости составляет 15—20 сут. Отработанный состав перекачивают в краскозаготовительное отделение.

Корректировка сухого остатка производится путем добавления в ванну исходного лакокрасочного материала в требуемом количестве. Корректировку рН рабочего раствора осуществляют различными способами: компенсацией, электродиализным и с применением ионообменных смол. Наиболее эффективна одновременная корректировка сухого остатка и рН раствора ультрафильтрацией.

Что такое ультрафильтрация лакокрасочного материала?

Установки ультрафильтрации позволяют почти полностью исключить потери краски в процессе ее электроосаждения, связанные с колебаниями рН и содержания сухого остатка раствора.

Ультрафильтрация — это молекулярное разделение растворов и коллоидных систем на составные части при прохождении через полупроницаемую мембрану.

Фильтрующие элементы изготовляют из пористых полимеров в виде труб, поверхность которых покрывают ультрафильтрационной пленкой.

Рис. 1. Элемент для очистки краски ультрафильтрацией
1 — эмульсия; 2 — элемент из пластмассы; 3 — мембрана; 4 — концентрированная краска; 5 — вода, не содержащая пленкообразующего

Краска из ванны электроосаждения насосами подается через грязеуловители вдоль мембраны.

Часть воды, органических растворителей и нейтрализаторов, проходя через мембрану, образует беспигментный ультрафильтрат, применяемый в качестве промывной воды. Обогащенная краска нагнетается назад, в ванну.

Таким образом обеспечивается контроль стабильности параметров электроосаждения и решается проблема очистки сточных вод.

Каковы технологические особенности окрашивания электроосаждением с применением ультрафильтрации?

При использовании ультрафильтрации за счет сокращения потерь краски увеличивается теоретическое время полной ее замены в ванне по сухому остатку в процессе корректировки.

Происходят необратимые изменения в лакокрасочном материале, связанные с окислением пленкообразователя ; часть растворителей переходит в ультрафильтрат.

В связи с этим электроосажденная пленка становится менее пластичной, снижаются свойства покрытия.

Рис. 2. Элемент для очистки краски ультрафильтрацией
1 — грязная вода; 2 и 10 — фибра; 3 — наружная труба; 4 — пористая трубка; 5 — открытые концы фибры; 6 — кольцо пористое; 7 — чистая вода; 8 — кольцо уплотнительное; 9—эпоксидная прокладка; 11 — поддерживающая сетка; 12 — кольцо для отвода избытка краски

Во избежание указанных недостатков в ванну ежедневно вводят пластифицирующие добавки, бутанол в количестве 0,1 — 0,05% объема ванны, по мере надобности — 0,1% нейтрализованных кислот льняного масла, изменяют состав нейтрализатора, например вместо триэтиламина используют триэтаноламин.

Каковы особенности подготовки изделий перед окрашиванием их способом электроосаждения?

Водорастворимые лакокрасочные материалы смачивают поверхности значительно хуже, чем обычные материалы, содержащие растворители. В связи с этим требуется особо хорошая очистка от загрязнений, особенно гидрофобного типа.

Изделия, эксплуатируемые в жестких условиях, перед нанесением водорастворимых красок необходимо покрыть цинк-фосфатным или железо-фосфатным покрытием, а изделия, подвергающиеся незначительным деформациям, марганцево-железофосфатным покрытием.

Фосфатные покрытия толщиной 1—3 мкм имеют небольшое электрическое сопротивление, их мелкая структура увеличивает адгезию.

Как обеспечивается эффективное устранение неисправностей при эксплуатации установок электроосаждения?

Изделие не окрашивается, если отсутствуют его контакт с подвеской и электропитание. Контакт следует восстановить путем промывки подвесок в щелочном растворе, зашкурить подвеску в точках соприкосновения с изделием, проверить системы электропитания.

При образовании отдельных дефектов на окрашенной поверхности (кратеров, проколов, пузырьков и т. д.

) необходимо проверить полноту соблюдения установленного технологического режима, обратив особое внимание на кратность обмена рабочего состава краски в ванне, на показатель рН и температуру краски, качество промывки изделия после окрашивания и удаление влаги с поверхности после обдувки, на содержание в окрасочном составе органических растворителей.

Причиной непрокрашивания целых участков поверхности может быть плохое обезжиривание либо экранирование силовых линий электрического поля из-за сложного профиля изделия. Введение дополнительных электродов, изменение их профиля, повышение качества обезжиривания помогут устранить этот дефект.

Иногда покрытие имеет шагренеобразный характер, причиной чего могут быть повышенное напряжение питающего тока и содержание сухого остатка в рабочем растворе, недостаток в нем органических растворителей.

Если покрытие на изделиях слишком тонкое, с недостаточной укрывистостью, то его необходимо смыть и окрасить изделие повторно, соблюдя проектные значения плотности тока, нахождения изделий в ванне, температуры рабочего раствора краски.

Рекламные предложения:

Читать далее: Окрашивание окунанием и струйным обливом

Категория: – Окрасочные работы в машиностроении

→ Справочник → Статьи → Форум

Источник: http://stroy-technics.ru/article/okrashivanie-elektroosazhdeniem

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ

ОКРАСКА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ

Химия и технология лакокрасочных покрытий

Электроосаждение – один из наиболее прогрессивных способов нанесения лакокрасочных материалов, заключающийся в осаждении (отложении) лакокрасочного материала в виде концентрированного осадка на поверхности изделий под воздействием постоянного элек­трического тока.

Осаждение осуществляется в результате приобрете­
ния частицами лакокрасочного материала, находящимися в электро­проводящей жидкой среде, электрического заряда, противоположного по знаку заряду покрываемого изделия.

Если лакокрасочный материал способен в данной среде переходить в ионное состояние, то его пере­нос осуществляется за счет заряда ионов – катионов или анионов.

Впервые явление электроосаждения наблюдал профессор МГУ Ф. Ф. Рейс в 1808 г., изучая действие электрического тока на диспер­сии твердых неорганических веществ в воде.

Это явление было ис­пользовано в дальнейшем для разработки технологии электрофоре­тического осаждения различных материалов, нашедшей применение в технике, медицине, биологии и т. д.

Так как ассортимент дисперси­онных красок был мал, способ имел ограниченное применение в тех­нологии лакокрасочных покрытий.

В начале 1960-х годов была выявлена возможность нанесения спо­собом электроосаждения водоразбавляемых лакокрасочных мате­риалов (растворов). Начиная с этого времени, способ приобрел ис­ключительную популярность и стал развиваться особенно быстрыми темпами. Сначала использовалось анодное электроосаждение, а с 1979-1980 гг. широкое внедрение получил катодный процесс.

В настоящее время электроосаждение имеет доминирующее зна­чение в автомобилестроении (почти все выпускаемые в мире авто­мобили окрашиваются с применением этого способа), сельскохозяй­ственном машиностроении, приборостроении и других отраслях, характеризующихся массовым (поточным) производством изделий.

Способ электроосаждения позволяет механизировать и автома­тизировать окрасочный процесс, покрывать изделия достаточно слож­ной конфигурации, получать плотные покрытия равномерной тол­щины по всей поверхности. Способ производителен и экономически выгоден, особенно при больших объемах окрасочных работ.

Так, стоимость окрашивания электроосаждением 1 м2 поверхности изде­лий в автомобильной промышленности приблизительно на 25 % меньше, чем электростатическим распылением, и на 50 % – пневма­тическим распылением.

Ограничения способа электроосаждения за­ключаются в специфике применяемых лакокрасочных материалов, сложности и большой стоимости оборудования, возможности полу­чения только однослойных покрытий, причем на изделиях из токо­проводящих материалов.

Электрофоретическое нанесение дисперсий

Основы способа.

Электроосаждение из дисперсий связано с пе­реносом частиц в неподвижной жидкой среде к одному из электро­дов – аноду или катоду. В зависимости от того, чем служит окраши­ваемое изделие – анодом или катодом, различают Анодное осаждение (анофорез) Или Катодное (катофорез).

Необходимым условием для электроосаждения является наличие электропроводящей среды.

По­этому данным способом наносят водные и органодисперсии полиме­ров и олигомеров: в случае органодисперсий дисперсионной средой служат жидкости с высокой диэлектрической проницаемостью (спир­ты, кетоны, амиды, смеси гидрофильных растворителей с водой).

Электрофорез – типичный гальванический процесс, однако он от­личается от электроосаждения металлов тем, что происходит не в рас­творах.

Заряд, возникающий на частицах при электрофорезе, обуслов­лен наличием на их поверхности полного диффузного двойного элек­трического слоя в результате адсорбции из жидкой среды ионов, ПАВ, молекул растворителя, воды или других веществ или ионизации по­верхностных молекул пленкообразующего вещества.

Свойства и осо­бенности образующихся адсорбционных слоев определяют их поля­ризуемость, направление, скорость переноса и коагуляции дисперсных частиц и, соответственно, выход и качество образующегося электро­форетического осадка.

Так, если применить в полимерных водно­спиртовых дисперсиях анионоактивные ПАВ, например натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, то при получении покрытий осадок будет образовываться на аноде, в случае катионоактивных ПАВ, на­пример диметилдиоктадециламмонийхлорида [(СНз)2Н(С18Нз7)] -НС1, осаждение происходит на катоде. Роль зарядчика могут выполнять также водорастворимые олигомерные пленкообразователи анионо – и катионоактивного типа.

При отсутствии ПАВ в средах с большой диэлектрической по­стоянной (вода, спирты) частицы, как правило, приобретают отри­цательный заряд и осаждаются на аноде. Анодное осаждение наибо­лее распространено на практике. Однако этот процесс связан с анод­ным растворением металла. Катодное осаждение в этом отношении имеет преимущество перед анодным.

Особенность катофореза за­ключается и в том, что он позволяет проводить одновременно элек­тролиз солей металлов, растворенных в дисперсионной среде, и тем самым обеспечивать соосаждение металлов с полимерами, т. е. полу­чать металлополимерные покрытия.

При катафоретическом осаж­дении полимеров происходит выделение на катоде водорода, кото­рый, препятствуя окислению полимеров, в то же время отрицательно влияет на сплошность покрытий.

Способом электрофореза можно наносить не только индивиду­альные полимеры и олигомеры, но и лакокрасочные композиции, которые должны быть тщательно гомогенизированы, чтобы не про­исходило избирательного осаждения компонентов. Важное требова­ние к дисперсионным составам – их стабильность, т. е. высокая кине­тическая и агрегативная устойчивость в момент нанесения.

Технология получения покрытий.

Способом электрофоретиче­ского осаждения получают покрытия из водных и органических дис­персий самых разных пленкообразователей: фторопластов, полиэти­лена, полипропилена, поливинилхлорида, поликапроамида, полиак – рилонитрила, каучуков, битумов и т. д. Для их нанесения применяют установки периодического или непрерывного действия (рис. 7.33). Противоэлектродом в установках служат пластины из стали, меди или металлический корпус ванны.

Возможны два способа нанесения материалов: при постоянном напряжении и при постоянном токе. В первом случае получаются более тонкие покрытия, чем во втором.

Процесс электроосаждения характеризуется: условным выходом по току (отношением массы покрытия к количеству электричества, пошедшего на его образование), выходом осадка (количество осадка, приходящееся на единицу поверхности), толщиной и равномерно­стью покрытия по толщине.

Выход осадка обычно увеличивается с ростом концентрации дис­пергированных частиц и продолжительности осаждения. Особенно большое влияние на выход осадка оказывают электрокинетический потенциал частиц дисперсии и приложенное напряжение. Электро­форетическая подвижность частиц (У связана с их электрокинетиче – ским потенциалом С, следующей зависимостью:

И=еЦ№4щ,

Где 8 – диэлектрическая проницаемость среды; АЕ – градиент потенциала внешнего поля; Ц – вязкость среды.

Важное значение имеют природа поверхности покрываемого ме­талла и способ ее подготовки. Например, крупнокристаллические

Рис. 7.33. Принципиальная схема установки для электрофоретического нанесения лакокрасочных материалов:

1 – источник постоянного тока; 2 – гальванометр; 3 – изделие; 4 – противоэлек – трод; 5 – ванна с лакокрасочным материалом

Напряжение, В 50-300

Температура, °С 20-40

Продолжительность осаждения, с 30-300 Толщина покрытий, мкм 10-200

Рис. 7.34. Зависимость выхода электро­форетического осадка органодисперсии поливинилхлорида от продолжительно­сти осаждения на поверхности стали, механически обработанной (1), покры­той слоем мелкокристаллических (2) и крупнокристаллических (3) фосфатов

Фосфатные покрытия на стали, в от­личие от мелкокристаллических, рез­ко ухудшают осаждение (рис. 7.34).

Опытным путем установлены оп­тимальные условия электрофоретиче­ского нанесения дисперсионных ма­териалов:

Концентрация материала,

Вязкость по ВЗ-246, с pH среды

10-50 15-40 6,5-8,5 10-40

Полученный при осаждении осадок представляет собой слой не- скоалесцировавших и скоалесцировавших частиц, содержащий до 80 % и более твердого вещества. Окончательное формирование покрытия происходит в результате удаления остатков дисперсионной среды и аутогезии частиц; это может быть осуществлено при нормальной температуре или лучше при нагревании.

Низкое содержание растворителей в осадке и соответственно ма­лые их потери – несомненное достоинство способа электрофоретиче­ского нанесения материалов.

Электроосаждение лакокрасочных материалов из водных растворов

Основы способа.

Процесс электроосаждения лакокрасочных ма­териалов на основе водорастворимых пленкообразователей имеет ряд особенностей: он протекает в водных средах, не связан с электро­химическим разрядом (в отличие от гальванических процессов), со­провождается химическими превращениями пленкообразователя на электроде или в приэлектродном пространстве (в отличие от элек­трофоретического осаждения). Для нанесения пригодны пленкооб­разующие вещества, способные после нейтрализации в водной среде диссоциировать на ионы с образованием полианионов:

Я(СООК)„ К(СОО~)„+пК

Или поликатионов:

К(ЫНА)„ 11(ЫН+)„+лА~, где К+ – катион (ЫН, И/ИНз, Ме+); А~- анион кислоты.

Анодное электроосаждение. До недавнего времени определяю­щим являлось анодное осаждение, проводимое с использованием карбоксилсодержащих пленкообразователей. В Настоящий период анодное осаждение все более уступает катодному; разработаны и со­ответствующие поликатионные пленкообразователи.

Основными электрохимическими процессами, протекающими при анодном осаждении в водной среде, являются: электролиз воды

Н20 — 0,502 + 2Н+ + 2е и анодное растворение металла

Ме -► Мей+ + ае.

Помимо этих процессов могут протекать и другие – анодное окисление металла (например, при окрашивании алюминия), декар – боксилирование и окисление пленкообразователя (при больших по­тенциалах анода).

В прианодном пространстве в результате электролиза воды pH раствора резко понижается (приблизительно до 2). Благодаря накоп­лению ионов водорода и металла создаются благоприятные условия для образования кислотной и солевой форм пленкообразующего вещества:

ЩСОО~)„+пН+— Я(СООН)Д,

11(0)0″),, + П/аМе+ — СООШе*,*;.

Поскольку степень ионизации образующихся продуктов мала, они осаждаются в виде нерастворимых осадков на поверхности ано­да, которым служит покрываемое изделие.

Образование кислотной или солевой формы определяется мно­гими факторами, важнейшими из которых являются природа по­крываемого металла и характер его поверхности. Различают три группы металлов в зависимости от того, по какому механизму про­исходит на них осаждение пленкообразователей.

К первой группе относят нерастворимые и пассивирующиеся в процессе электроосаждения металлы (Р А1, пассивированное Ре).

Главным электрохимическим процессом в этом случае является элек­тролиз воды; осадок формируется в основном из кислотной формы пленкообразующего вещества (поликислот).

Во вторую группу вхо­дят металлы, характеризующиеся повышенной склонностью к анод­ному растворению при используемых потенциалах {Ъп, N1, Ag, Бе).

В этом случае кроме разложения воды электричество расходуется на растворение металла, но концентрация образующихся ионов недос­таточно велика, поэтому осаждение пленкообразователя осуществ­ляется в кислотной и солевой формах с преобладанием первой из них. Третью группу составляют медь и ее сплавы. Для них характер­но сильное анодное растворение, отсутствие пассивации и образова­ние осадка в виде средних и основных солей.

Различные по природе катионы обладают неодинаковой коагу­лирующей способностью, что проявляется в структуре и свойствах осадков и образующихся из них пленок. Структура осадков имеет обычно глобулярную природу, причем размеры глобул лежат в ин­тервале 0,01-10 мкм.

Выход осадка зависит от продолжительности электроосаждения и от количества поглощенного электричества (рис. 7.35) и лимитиру­ется электрическим сопротивлением полученного слоя. Изоляция анода приводит к резкому уменьшению плотности тока и снижению скорости электроосаждения.

Таким образом, электроосаждение можно рассматривать как процесс с саморегулирующимися значениями тол­щины и сплошности покрытий.

При анодном осаждении покрытия, сформированные из кислотной формы пленкообразователя, имеют более высокие механические и защитные свойства, чем покрытия, полученные из солевой формы.

Катодное электроосаждение. При катодном электроосаждении используют водорастворимые пленкообразователи, образующие при диссоциации поликатионы. В процессе осаждения протекают сле­дующие реакции в прикатодном пространстве:

Н20 + е —► 0,502 + ОН-,

/Сн—йна2 + он – /Сн— ия2 + н2о.

Последняя реакция, связанная с превращением пленкообразователя, обусловлена повышением содержа­ния ионов ОН” в прикатодном про­странстве (pH достигает 9-10). Об­разующиеся при этом олигомерные

Рис. 7.35. Зависимость выхода электро­форетического осадка С от количества электричества С2 (2) и продолжительно­сти т (2) электроосаждения водораство­римой грунтовки ФЛ-093 при постоян­ной плотности тока и температуре 25 °С
Основания нерастворимы в воде и отлагаются на катоде в виде осадка.

Наряду с указанными процессами возможно катодное восста­новление оксидов металлов за счет присутствующих в растворе ио­нов гидроксония:

МеО + 2НэО+ + 2е Ме + ЗН20.

Восстановлению подвержены, в частности, оксиды железа, алю­миния, меди, никеля.

Таким образом, в отличие от анодного процесса, при катодном не происходит растворения металла и его фосфатов (если поверхность предварительно отфосфатирована); также исключается окисление пленкообразователей. В этом главные достоинства катодного осаж­дения перед анодным.

Вместе с тем восстановительные процессы, приводящие к разрушению оксидных пленок на поверхности метал­лов, не всегда благоприятно сказываются на защитных свойствах по­крытий.

Так, катодные покрытия на алюминии не имеют существен­ных преимуществ перед анодными, тогда как на стали солестойкость катодных покрытий в 2 раза и более выше, чем анодных.

Лакокрасочные материалы. В зависимости от того, проводят электроосаждение анодное или катодное, применяют соответствую­щие лакокрасочные материалы. Они должны обладать необходимой рассеивающей способностью, электрической проводимостью и дру­гими требуемыми свойствами.

Рассеивающая способность – это свойство лакокрасочного материа­ла осаждаться равномерным слоем на поверхности изделий слож­ной конфигурации, в том числе и в труднодоступных местах.

У раз­ных материалов рассеивающая способность, определяемая по методу фирмы “Фиат” (глубина проникновения в экранированной ячейке), колеблется от 7 до 15 см.

При низкой рассеивающей способности ла­кокрасочного материала возникают затруднения при окраске слож­ных по форме изделий, и требуется установка дополнительных элек­тродов. Особенно это относится к материалам анодного осаждения. Существуют оптимальные значения концентрации С рабочих рас­творов и pH:

С, % pH

Анодное осаждение 8-15 7,0-8,5

Катодное осаждение 10-20 5,8-8,0

Удельная объемная электрическая проводимость применяемых для электроосаждения лакокрасочных материалов обычно составляет 0,1-0,5 См/м. Повышение электрической проводимости ванны – признак загрязнения посторонними электролитами.

Для нанесения способом анодного электроосаждения наибольшее применение получили следующие соединения: малеинизированные масла, малеинизированные полибутадиены, малеинизированные эпок­сиэфиры, акрилатные олигомеры с карбоксильными группами.

При­мером отечественных материалов могут служить грунтовки В-КФ-093, В-КЧ-0207. Эти материалы выпускаются в виде нейтрализованных концентратов и кислых водонерастворимых паст с содержанием су­хого остатка (до стадии разведения) 40-75 %.

Нейтрализующими агентами для них служат алифатические амины (триэтиламин, три – этаноламин и др.), а также аммиак.

Перечень катодных пленкообразователей значительно меньше, чем анодных. Для их получения в основном применяют эпоксидные смолы.

Модифицируя их аминоалканолами и полиаминами, полу­чают аддукты – соединения, содержащие аминогруппы.

Для обеспе­чения растворимости их нейтрализуют кислотами – муравьиной, ук­сусной, реже пропионовой или молочной. Примером таких грунто­вок могут служить составы В-ЭП-01-01, В-ЭП-0196.

Достаточно широкое распространение получили олигомерно­полимерные составы для электроосаждения. Введение в олигомеры полимерных модификаторов – фторопластов, полиамидов, полисти­рола и др. – приводит к повышению рассеивающей способности и направленному изменению многих свойств покрытий.

Технология получения покрытий.

Подлежащие окрашиванию изделия тщательно обезжиривают и при необходимости фосфати – руют (см. гл. 9). Для промывки изделий при подготовительных опе­рациях применяют умягченную воду; при окончательной промывке используется обессоленная вода из расчета 2-10 л на 1 м2 обрабаты­ваемой поверхности.

Нанесение покрытий осуществляется на установках периодиче­ского и непрерывного действия; последние получили наибольшее применение. На рис. 7.36 показана схема установки непрерывного действия для окрашивания изделий анодным электроосаждением с последующей их промывкой.

Ванна соединена с отрицательным по­люсом источника постоянного тока и является катодом; окрашивае­мое изделие служит анодом, электрический ток подводится к нему через токосъемную шину, расположенную над ванной электроосаж­дения. Ванну обычно изготовляют из нержавеющей стали.

Переме­шивание лакокрасочного материала в ванне осуществляют циркуля­ционным насосом; в случае больших по объему ванн (более 2 м ) дополнительно устанавливают мешалки.

Пену с поверхности ванны смывают в расположенный смежно с ванной переливной карман путем подачи части лакокрасочного материала вдоль зеркала ванны.

Рис. 7.36. Схема установки электроосаждения с применением ультра­фильтрации:

1 – входной и выходной тамбуры; 2 – конвейер; 3 – изделие; 4 – ванна; 5 – слив­ной карман; 6 – контур промывки ультрафильтратом; 7 – контур промывки обессоленной водой; 8 – контур обдувки сжатым воздухом; 9 – бак для промыв­ной воды; 10- бак для ультрафильтрата; И – установка ультрафильтрования; 12- фильтр; 13- теплообменник

Изделия поступают в ванну на токопроводящих подвесках. Расстоя­ние от поверхности изделий до стенок, днища и верхнего уровня краски в крупногабаритных ваннах не менее 300 мм, в ваннах объе­мом до 1,5 м3 – 150-200 мм. Окрашивание проводится при соблюде­нии следующих режимов:

Температура раствора, °С

20-25

Напряжение, В

30-350

Плотность тока, А/м2

20-50

Продолжительность осаждения, с

60-120

Толщина покрытий, мкм

15-30

“Оборачиваемость” ванны (время “выработки” ванны, или время полного обновления раствора) составляет обычно 0,5-1,5 мес. Задан­ная температура лакокрасочного материала (при окрашивании 1 м2 поверхности выделяется 400-800 кДж теплоты) поддерживается с помощью теплообменника.

Выходящие из ванны изделия с нанесенным слоем лакокрасоч­ного материала промывают методом распыления деминерализован­ной (обессоленной) водой с целью удаления из слоя не перешедшего в осадок лакокрасочного материала. Завершающей стадией процесса является обдувка изделий горячим воздухом, продолжительность обдувки 30-90 с.

Примерно аналогичным образом проводится и катодное окра­шивание. Ванны электроосаждения вместимостью 1 м3 и более для обеспечения безопасности работы имеют ограждения в виде остек­ленного туннеля и снабжены приточно-вытяжной вентиляцией. Управление автоматизированными установками электроосаждения дистанционное, осуществляется с пульта управления.

Важным элементом всех установок электроосаждения является оборудование для очистки промывных вод и приготовления деми­нерализованной воды. Цель очистки – регенерация лакокрасочных материалов из промывных вод. Она проводится посредством ульт­рафильтрации. В случае катодного электроосаждения предусматри­вается дополнительно диализ раствора с целью удаления накапли­вающейся у анода кислоты.

Большинство лакокрасочных материалов содержат органические растворители и другие огнеопасные и вредные вещества, поэтому при работе с ними приходится применять специальные меры пре­досторожности. Многие органические растворители относятся к легковоспламе­няющимся и горючим …

Использование вторичных материальных ресурсов – необходи­мое условие роста экономики, совершенствования производства и уменьшения загрязнения окружающей среды. В окрасочных произ­водствах такими ресурсами могут служить отходы лакокрасочных материалов, осаждающихся в распылительных камерах, …

При получении покрытий образуются разные загрязняющие вод­ную среду стоки. Наибольшее количество сточных вод образуется при подготовке поверхности металлов – щелочном обезжиривании, трав­лении, фосфатировании, оксидировании, пассивировании. Стоки воз­никают также при мокрой …

Источник: https://msd.com.ua/ximiya-i-texnologiya-lakokrasochnyx-pokrytij/elektroosazhdenie/

Book for ucheba
Добавить комментарий