Лако-красочные материалы — производство

Хроматная и фосфат-хроматная  подготовка  используются более нередко для нанесения конверсионного покрытия на алюминий перед главным покрытием.Познание и опыт проведения схожих процессов в наши деньки гарантируют высочайшее качество и высочайшие рабочие свойства алюминия с порошковым либо водянистым покрытием. Увеличение осведомленности о высочайшей канцерогенности данных товаров и тот факт, что они были запрещены к применению в неких секторах индустрии, таких как электрический (директива RoHS — по ограничению использования неких вредных веществ) и авто (директивы WEEE (об отходах электронного и электрического оборудования) и ELV (по тс с выработанным ресурсом)), стимулируют исследования по разработке новых, более экологичных и неопасных формул.

В качестве кандидатуры продуктам с шестивалентным колченогом могут употребляться различные технологии. Обозначенные продукты требуют особенного воззвания и нередкого проведения лабораторных испытаний, в связи с их уязвимостью к плохой обработке.В текущее время возрастает число отраслей, в каких с хорошими плодами используются продукты, не содержащие шестивалентный хром, и таким макаром, Хром VI будет, возможно, в дальнейшем запрещен. В связи с этим, принципиально быть приготовленным и отыскать другой продукт, соответственный целям определенного производства.

Большая дополнительная ценность заключается в том, что продукты удачно прошли тесты не только лишь в лабораторных, но также и в «полевых» критериях, что значит наличие практического опыта внедрения новых товаров, не содержащих шестивалентный хром. В реальности, более необходимыми факторами для внедрения и получения положительных результатов внедрения схожих технологий стали опыт и четкое познание всех характеристик и воздействия этих характеристик на конечные результаты, контроль этих характеристик, также контроль загрязняющих веществ.

Мы пришли к выводу о том, что, в принципе, неважно какая формула, разработанная неплохими поставщиками, может показать отличные результаты в лаборатории, но отличные результаты на производстве зависят только от проф свойств технических профессионалов поставщика, и их возможности к обучению технического персонала заказчика.

Базы технологии

Один из более очевидных стереотипов заключается в идее, что алюминий – не портящийся материал, появившийся, может быть, поэтому, что он, в отличие от стали, не подвержен макроскопическому явлению, известному под заглавием ржавчина.
В наше время фабричным профессионалам известна ложность данного стереотипа, так как алюминий, подвергнутый воздействию воздуха, естественным образом самоокисляется.  Это свойство должно было бы стать естественным препятствием образованию коррозии, если б не три принципиальных отрицательных свойства:

—       очень малая толщина слоя (<0,2 микрона);

—       оксидный слой просто растворяется в критериях среды;

—       рост оксидного слоя происходит очень неравномерно, в связи с чем его толщина неоднородна.

Ввиду вышеуказанного,  поверхность нужно обрабатывать для обеспечения ее соответствующей защиты.  Для этой цели употребляются две главные технологии обработки дюралевых профилей:

1.      Анодирование;

2.      Порошковое покрытие.

Обработка поверхности

Поверхность, созданная для обработки, должна, естественно, быть подабающим образом очищена, но сначала, ее нужно «активировать» для удаления всех образовавшихся с течением времени естественных оксидов. В случае с алюминием эти оксиды имеют очень небольшой размер, и фактически не заметны, потому они должны всегда удаляться с внедрением соответственной технологии хим травления, позволяющей достигнуть их полного удаления.

Потому что алюминий – амфотерный элемент, другими словами он может сформировывать как оксиды, так и щелочные алюминаты, целенаправлено проводить двойную обработку (перемежающуюся промывками): чистка щелочью (желательно травление веществом, содержащим едкие щелочи), с следующей дезоксидацией кислотами (серной, азотной либо фосфорной), с применением фторидов, собирающих растворенный алюминий, и предотвращающих образование новых (вредных) отложений  гидроксидов алюминия. Фториды действуют как катализаторы в  ванне дезоксидации.

Нанесение конверсионного покрытия

Принципиально осознать, как неподменную роль играют конверсионные покрытия. Краска сама по для себя не обладает свойством прочно приклеиваться к дюралевой поверхности, вследствие чего она будет пузыриться и отслаиваться, если за ранее не покрыть поверхность конверсионным покрытием. Были отмечены нарушения из-за краски ненадлежащего свойства, также нитевидная коррозия, в тех случаях, когда материал был плохо очищен либо на него не было нанесено конверсионное покрытие.

Также принципиально в свете современных экологических заморочек держать в голове о том, что одним из основных параметров хроматных конверсионных покрытий является их способность предотвращать коррозию. Данное свойство увеличивает устойчивость систем, использующих эти покрытия, к отклонениям от хорошей практики.

Подготовительная обработка до расцветки делается с целью получения незапятанной, свободной от жира поверхности, содействующей неплохой адгезии краски к противокоррозионной базе, приготовленной для окрашивания. Если краска повреждена, происходит только локальная коррозия, и может быть сотворена непроводящая связка меж металлом основания и краской, уменьшающая эффекты электролиза в коррозионных клеточках, вероятные при повреждении краски. Роль каждого шага в последовательности операций процесса и функции каждого шага, дозволяющие достигнуть хорошей подготовительной обработки применяемой системы расцветки, подвергнутся рассмотрению дальше.

Качество конверсионного покрытия

Действие яркого покрытия алюминия почти во всем находится в зависимости от критерий его нанесения. Поставщики процессов кропотливо определяют лучший спектр концентраций, которого нужно строго придерживаться. Способы анализа довольно ординарны и оперативны. Совместно с тем, есть другие причины, имеющие огромное значение.

Толщина и вес покрытия: Исторически сложилась тенденция наносить конверсионное покрытие большой толщины, может быть, из-за ранее принятого использования зеленоватых конверсионных покрытий в качестве финальных покрытий для алюминия.  Это также характерно золотисто-желтым типам покрытия, которые нередко отличаются насыщенностью цвета. Схожая практика нежелательна, потому что, полностью не улучшает липкие свойства  порошковой краски, толстые покрытия усугубляют адгезию. Этот вывод относится к поверхности, заранее покрываемой водянистой краской, но скопленный к истинному времени опыт указывает, что данный вывод также действителен в отношении порошкового покрытия.

Недостатки при сушке нагретым воздухом: После нанесения конверсионного покрытия поверхность остается влажной, потому ее нужно просушить нагретым воздухом до того, как наносить порошковое либо яркое покрытие. Температура сушки имеет критичное значение, потому что при очень высочайшей температуре происходит т.н. «грязевое растрескивание». Данный парадокс можно следить в микроскоп в виде узора из близких друг к другу трещинок в конверсионном покрытии, а результатом является слабенькая адгезия краски. Глубина этих трещинок возрастает при более высочайшей температуре сушки, и находится в зависимости от разности в скорости, с которой внутренний и наружный слои уменьшаются в размере по мере утраты ими воды. Это вызвано резвой потерей с поверхности воды, которую нереально поменять из-за неспешного темпа диффузии воды из более низких слоев. В последних случаях покрытие может отслаиваться само по себе. Более того, у покрытий с более толстым слоем эта особенность развита в основном, чем у более тонких. Она также проявляется посильнее с увеличением содержания алюминия, если не решать деяния по его удалению.

Продукты c шестивалентным колченогом

Более нередко нанесение конверсионных покрытий на алюминий перед его расцветкой делается с внедрением хромата и фосфат-хромата.

a) Хромат-фосфат-фторид: Данные покрытия, бесформенные и гелеобразные сходу после образования, наносятся при помощи смесей на базе хроматов, фосфатов, фторидов и катализаторов, придающих покрытию зеленый переливчатый цвет, неплохую коррозионную стойкость, хорошую адгезию и потрясающие рабочие свойства при покрытии яркими пленками (обычно основанными на растворе либо порошке). Наносятся эти покрытия распылением либо погружением. Смеси подобного типа подходят также для линий рулонного покрытия материала при температурах от температуры среды до 60 °C.

Фосфохроматный раствор содержит ионы шестивалентного хрома, восстанавливаемые до трехвалентности в слое покрытия. По этой причине окончательный цвет пленки — зеленоватый. Ванны для фосфохроматного покрытия являются очень брутальной средой, что ограничивает (а время от времени отменяет) необходимость превентивной дезоксидации кислотой.

Получаемое покрытие (0,4-0,8 г/м2) обеспечивает неплохую защиту против коррозии, пусть даже несколько более слабенькую, чем при конверсии желтоватым хроматом.

Образование фосфохроматного покрытия происходит по последующей формуле:

Al + CrO3 + 2H3PO4 = AlPO4 + CrPO4 + 3H2O

Состав фосфохроматного слоя:

•         CrPO4 x  6 H2O        Щелочной фосфат хрома    76-88%

•         AlPO4 Фосфат алюминия                           17-23%

•         F- Фториды                                           < 0.2 %

Новообразованный слой растворяется в разбавленной азотной кислоте, и является гидрофильным. После сушки (при температуре среды либо температуре до 65-95°C) пленка становится фактически нерастворимой в азотной кислоте, но сохраняет гидрофильность. Благодаря  низкому pH  фосфохроматная ванна может употребляться без промежной стадии дезоксидации кислотой.

b) Хромат-фторид: Смеси данного типа присваивают бесформенным покрытиям цвет от переливчатого золотисто-желтого до коричневатого, зависимо от массы покрытия. Раствор основан на хроматах, кислоте, фторидах и катализаторах с pH от 1,5 до 2,5.

При нанесении хроматного конверсионного покрытия происходят всеохватывающие реакции.

Требуется осторожность для избегания образования томных покрытий, способных привести к запыленности и пониженной адгезии слоя покрытия, в связи с чем время нанесения покрытия обычно выбирается маленьким, а конкретно, приблизительно 10-15 секунд для линий рулонного покрытия материала и до 3 минут при погружении. Ненужные эффекты, подобные обозначенным выше, также могут наблюдаться при сушке покрытий при очень больших температурах, к примеру, выше 120 °C.

Реакция 1 (травление поверхности)

2Al + 6H+= 2Al+++ + 3H2

Реакция 2 (Восстановление хроматной части)

3H2 + 2CrO3 = 2Cr(OH)3

Реакция 3 (Образование покрытия)

a) 2 Al+++ + 4H2O = 2 Al O(OH) + 6H+

и сразу

b) Cr(OH)3 + CrO3 = Cr(OH)2 HcrO4

c) Cr(OH)3 + KFe(CN)6 = CrFe(CN)6 + KOH (только для катализированных ванн)

Реакция 4 (Комплексообразование лишнего алюминия)

Al+++ +6F- a ALF6 3-

В балансе реакции очень важную роль играют pH и количество фторидов.

Соотношение фторидов и хроматов даже еще больше принципиально, так как избыток алюминия должен компенсироваться фторидами, во избежание выпадения осадка гидратов алюминия. Масса покрытия, получаемого после обработки хроматов, составляет от 0,4 до 1 г/м2, зависимо от pH, концентраций Cr и F, и других характеристик (время, температура и катализатор).

Зависимо от вышеуказанных реакций, покрытия имеют приблизительно последующие составы:

•         Cr(OH)2 H CrO4 Базисный хромовый хромат             48-70%

•         CrFe (CN)6 Хромат-ферроцианид                                  14-18%

•         Al O OH                    Базисный оксид алюминия               16-30%

После сушки (при температуре от температуры окр. среды до 50-65 °C) пленка покрытия твердеет, становится гидрофобной и нерастворимой азотной кислотой. При сушке при температурах выше 65°C понижается стойкость к солевому туману. Поверхность при таких больших температурах трескается и необработанный алюминий становится уязвимым для наружной коррозии.

c) Процессы хроматирования без промывки:

Для понижения концентрации шестивалентного хрома на полосы и в отработавшей воде хроматные и фосфохроматные процессы могут употребляться для нанесения тусклых покрытий.  Продукт основан на воде, содержит отчасти восстановленную хромовую кислоту и загуститель, отношение Cr6+ к Cr3+ имеет принципиальное значение, и должно сохраняться. При данных процессах необыкновенную бдительность следует уделять чистке, которая должна быть кропотливой. Не считая того, критически важную роль играет промывка, требуется 3 цикла промывки, последний из которых должен выполняться немного  подкисленной деионизированной водой. По сей день эти процессы проводились лишь на линиях рулонного покрытия.

Даже при схожем составе покрытия в процентном соотношении, масса покрытия составляет от 0,05 до 0,15 г/м2, и слой покрытия не виден. Ввиду малой высоты покрытия, его противокоррозийная стойкость не является так высочайшей, как у прошлых типов покрытия, но совместно с тем схожий тип покрытия показывает потрясающую адгезию краски.

Операторам не составляет труда найти, когда вес покрытия очень высок, но не так просто найти, когда покрытие отсутствует. Ввиду этого, в этом случае нужно проведение лабораторного тесты.

Продукты, не содержащие шестивалентный хром

Продукты конверсионного покрытия на базе шестивалентного хрома долгие и длительные годы более нередко использовались из способов подготовительной обработки краски и пассивационного нанесения покрытий на алюминий. Данные продукты соединяют неплохую адгезию краски с прелестной защитой от коррозии и простотой воззвания для операторов. Увеличение осведомленности о больших канцерогенных свойствах данных товаров и последовавший запрет этих товаров в нескольких секторах индустрии, таких как электронный  (на основании директивы RohS) и авто (на основании директив WEEE и ELV), стимулируют разработку новых составов, более экологичных и неопасных.

Применение товаров фосфохроматирования заместо товаров хроматирования является неполным решением трудности. Шестивалентный хром содержится на полосы обработки, но образуемое на поверхности покрытие  содержит только трехвалентный хром (не канцерогенный).

Степень угрозы хрома значительно находится в зависимости от состояния его окисления. Хром – железный элемент, в природе обнаруживаемый в форме руд либо минералов.  Существует несколько состояний окисления хрома, каждое из которых имеет собственные хим характеристики. Более нередко встречаются формы трехвалентного и шестивалентного хрома. Соединения трехвалентного хрома встречаются естественным образом, в то время как шестивалентные соединения появляются приемущественно в итоге промышленной деятельности. Токсичность железного и трехвалентного хрома очень мала. Трехвалентная форма является неподменным для жизнедеятельности элементом. Шестивалентный хром, с другой стороны, всемирно известен собственной канцерогенностью, при контакте с кожей либо вдыхании способен вызывать язвы, аллергические реакции, раздражения и рак легких.

По этой причине мы поняли потребность в поиске новых линий товаров, создающих меньше заморочек для производственной среды и здоровья работников. В текущее время существует несколько товаров, не содержащих хром IV, владеющих различными свойствами и преимуществами (также недочетами).

Рабочие свойства этих товаров зависят (в намного большей степени, чем в случае с хроматным или  фосфохроматным покрытием) от кропотливых и полных подготовительной чистки и дезоксидации. Более принципиальным фактором в этом случае является более высочайший рабочий уровень pH в сопоставлении с хроматной обработкой, снижающий способность ванн к самостоятельной дезоксидации.

Другая суровая неувязка заключается в том, что в большинстве процессов покрытие является тусклым. В этой связи принципиально стандартизировать характеристики и нередко проводить лабораторные анализы. Более принципиальным при обработке товаров без шестивалентного хрома  является определение массы конверсионного слоя. Большая высота покрытия может стать предпосылкой ухудшения характеристики адгезии.

Промывка перед конверсионной обработкой должна проводиться деминерализованной водой, для сохранения количества свободных фторидов в продукте. После обработки (кроме случаев беспромывочной обработки)  требуется еще одна деми промывка без необходимости внедрения водопроводной воды, как в случае с продуктами с шестивалентным колченогом.

Благодаря малой толщине конверсионного слоя температура сушки после обработки играет наименее критичную роль — вероятна сушка при температурах до 100°C без риска растрескивания и с сохранением адгезионных параметров краски.

Продукты, содержащие трехвалентный хром

1-ая серия товаров базирована на трехвалентном хроме. Данные продукты гарантируют высшую степень защиты даже для неокрашенных деталей и неплохую адгезию краски.Как мы уже удостоверились ранее, трехвалентный хром считается нетоксичным, и не существует ограничений в отношении его внедрения в электрических и авто частях.Продукты данного типа обширно употребляются в аэрокосмической и военной индустрии в качестве противокоррозийного элемента, ввиду присущего хромовым соединениям характеристики создавать слой, предохраняющий от атмосферной коррозии. В любом случае, все они почаще употребляются для подготовительной обработки перед нанесением порошкового покрытия, для улучшения адгезии и упрощения критерий эксплуатации.

Реакции, участвующие в данном процессе:

Реакция 1 (травление поверхности)

2Al + 6H3O+ = 2Al+++ + 6 H2O + 3H2

Реакция 2

x Cr3+ + y Al3+ + z OH- = CrxAly(OH)z

Масса конверсионного покрытия может составлять от 0,05 до 0.12 г/м2.  Превышение этих значений негативно оказывает влияние на адгезию. Ввиду низкой массы четкий расчет характеристик покрытия представляет определенные трудности. Другое преимущество в сопоставлении с процессом хроматирования заключается в способности не использовать восстановительную ванну при обработке отработанной воды.

Фтортитанат / фторцирконат

Продукты на базе титана и циркония (переходные металлы 4 группы повторяющейся таблицы хим частей) являются первыми не содержащими хром продуктами, используемыми в качестве кандидатуры хроматам и фосфохроматам. Покрытие данного типа, в первый раз показавшееся сначала 1970-х, основано, приемущественно на консистенции оксидов и всеохватывающего соединения фтора алюминия и циркония. Особым преимуществом данных покрытий является их прозрачность и способность предотвращать чернение, происходящее при кипячении алюминия в воде, что нужно в случаях пастеризации заполненного контейнера. Был исследован механизм образования покрытий данного типа, и было выдвинуто предположение о том, что цирконий связывается с пленкой из гидратированной окиси алюминия, образуемой на поверхности алюминия. Совместно с тем, ванна данного типа дает прозрачное покрытие (обычно массой наименее 0,1 г/м2), с относительно слабенькой противокоррозийной защитой, что, с другой стороны, соответствует требованиям производства контейнеров в отношении срока службы последних.

Применение в строительной и авто отраслях просит, но, более высочайшей коррозийной стойкости, ввиду чего были проведены исследования в области безхромной обработки поверхности. В большинстве из их рассматривается применение соединений циркония, титана либо гафния совместно с фторидами.

Состав слоя конверсионного покрытия:

—       Оксиды алюминия и титана (циркония);

—       Смешанные фторсоединения алюминия и титана (циркония);

—       органометаллический комплекс (без промывки).

Подписи к рисунку: decapaggio  — декапирование, formazione rivestimento – образование покрытия, rivestimento – покрытие, alluminio – metallo – алюминий –металл.

В течение последних 5 лет были предложены различные типы данных процессов:

—       Фтортитанат (либо фторцирконат) в купе с органической смолой;

Некие продукты

—       Фтортитанат (либо фторцирконат) в купе с другим металлом.

Основное преимущество данного нового типа конверсионного слоя состоит в способности произведения операторами конкретных зрительных проверок, таким же образом, как при обычных процессах с колченогом. Аналитический контроль ванны и конверсионного слоя осуществляется просто, без необходимости использования особых инструментов. В итоге данного нового процесса выходит окрашенный конверсионный слой, состоящий из оксидов 3 различных металлов, обеспечивающий неплохую адгезию краски и очень неплохую коррозионную стойкость, стопроцентно отвечающую требованиям интернациональных эталонов свойства.Конверсионный слой имеет низкое электронное сопротивление. Вследствие этого, обработанный материал должен употребляться в тех случаях, когда данное свойство является нужным.

СИЛАНЫ

Продукты на базе силанов (кремневодородов) употребляются для беспромывочных применений. Они могут наносится распылением либо погружением, ванна при всем этом поддерживается при комнатной температуре. Толщина слоя составляет около 50-100 нм. Могут употребляться также с другими металлами, кроме алюминия. Рабочие свойства данных товаров (высочайший уровень pH 4-6, и комнатная температура) требуют проведения очень кропотливой чистки до начала обработки.В текущее время данная разработка не имеет широкого промышленного внедрения.

Общая формула для силанов:

R-Si(OX)3

где OX обычно из  алкоксигруппы (напр. CH3O).

Силаны должны активироваться гидролизацией с образованием силанола

R-Si(OX)3 + 3 H2O = R-Si(OH)3 + 3 XOH

Гидролизованный силан должен поддерживаться на уровне pH<7 во избежание последующей реакции конденсации:

R-Si(OH)3 + R-Si(OH)3 =R-Si-O-Si-R + 3 H2O

После высыхания гидролизованный силан делает ковалентные связи с оксидами металлов, естественно встречающимися на поверхности металлов:

R-Si(OH)3 + Металл-OH =  Металл-O-Si-R + 3 H2O

Зависимо от вида силана, группа R может иметь различные характеристики, и для наших целей она служит как элемент, содействующий улучшению адгезии краски к подложке.

Подписи к рисунку: polimero – полимер, interfaccia intercollegiata interpenetrata idrofobica – взаимосвязанное, взаимопроникающее гидрофобное взаимодействие, ossido — оксид, metallo — металл, descrizione dell’interazione silano-metallo — описание взаимодействия силан-металл.

S.A.M. (самособирающиеся молекулы):

Особенный метод органической обработки, при помощи которого может быть создание очень узкого, но крепкого слоя, владеющего неплохими адгезионными качествами и противокоррозийной стойкостью. Одна молекула содержит две различные многофункциональные группы, одной из которых характерна особая хим связь с поверхностью алюминия, а другой – с органическим соединением, таким как краска.Может применяться как с условием произведения конечной промывки, так и без нее.

Нанотехнологии

Нанотехнологии заключаются в манипулировании материей на атомном и молекулярном уровнях. Обычно нанотехнологии имеют дело со структурами размером от 1 до 100 нанометров само мало в одном измерении, в их рамках происходит разработка материалов либо устройств с более, чем одной размерной величиной подобного размера.Данный термин в ближайшее время стал очень модным, и нередко употребляется для обозначения безхромовой пассивации, так как толщина слоя при всем этом процессе остается в соответственном размерном спектре.При новеньком методе нанесения конверсионного покрытия, основанном на нанотехнологии, употребляются оксиды металлов, таких как титан либо цирконий, и не употребляются регулируемые томные металлы, такие как никель, марганец, хром либо свинец. Покрытие данного вида также не содержит органических товаров.

Анодные покрытия как база для красок либо порошковых покрытий

Ввиду необходимости издержек на установку ректификационного аппарата, на большинстве установок для нанесения порошковых покрытий используются процессы конверсионных покрытий.  Вместе с тем, в критериях ужесточения ограничений на применение соединений шестивалентного хрома, повысился энтузиазм к узким анодным покрытиям как основам для порошковых покрытий либо окрашивания. В этом случае определение хорошей толщины слоя покрытия также имеет критичное значение.

В недавнешнем исследовании F.E.M. (Forschungsinstitut fur Edelmetalle und Metallchemie — Schwabisch Gmund — Germany) предлагаются подходящие технологии анодирования, дозволяющие предотвращать нитевидную коррозию. Были испытаны способы анодирования в различных сильных неорганических кислотах (хромовой, фосфорной, серной), и определена толщина анодного слоя — 3 микрона —  (рекомендуемая — 6 микрон) подходящая для предотвращения нитевидной коррозии.

Слои, производимые при последующих критериях:

H2SO4                                               180-200 г/л

Температура                         25-30°C

Плотность тока                                1,5-3,0 A/дм2

Рекомендуемая толщина     6 микрон

Время погружения               до 6 мин.

удовлетворяют требованиям GSB-GPB. Стойкость к нитевидной коррозии в этом случае в 6 раз выше, чем при желтоватом хроматировании.Данный вид обработки, существенно повышающий коррозионную стойкость, рекомендуется для нанесения слоя, содействующего адгезии покрытия, в особенности при применении дюралевых покрытий в прибрежной местности.Конверсионный слой обладает высочайшим электронным сопротивлением, и не предназначен для применений, требующих проводимости материала.

Выводы

Для конверсионного покрытия алюминия, наносимого перед главным покрытием, более нередко употребляются процессы хроматирования и фосфохроматирования.В текущее время существует несколько технологий подготовительной обработки алюминия, не использующих шестивалентный хром, некие из их одобрены и GSB.Но успешное применение данных технологий в реальном и в дальнейшем зависит не только лишь от успешной «формулы» либо «одобрения и GSB», но также от обладания глубокими познаниями и возможности к обучению заказчиков со стороны компаний-поставщиков химикатов: данный фактор сейчас считается более принципиальным для удачного контроля и внедрения обрисованных новых технологий.