Очистка и окраска металла

Металлы — наиболее распространенный вид материалов, защищаемых лакокрасочными покрытиями. В практических условиях приходится сталкиваться с окрашиванием изделий, изготовленных из самых разных металлов. Основной объем окрасочных работ приходится на черные металлы. Вместе с тем в промышленности и строительстве широкое применение имеют и цветные металлы — алюминий и его сплавы, цинк, медь, медные сплавы, нередко свинец, которые также нуждаются в защите лакокрасочными покрытиями. В зависимости от вида металла, габаритов изделий, условий их работы применяют соответствующие лакокрасочные материалы и технологию изготовления покрытий. Технологический процесс включает две основные стадии: подготовку поверхности (очистку металла) и собственно окраску металла. Качество проведения работ на этих стадиях во многом определяет надежность и долговечность покрытий.

Очистка металла от ржавчины и коррозии перед окраской

Подготовка поверхности металлов — одна из важнейших и необходимых операций при окрашивании, она определяет срок службы лакокрасочных покрытий. Цель подготовки — удаление с поверхности любых загрязнений и наслоений, мешающих непосредственной окраске металла и металлоконструкций. К ним относятся оксиды (окалина, ржавчина), масляные, жировые и механические загрязнения, имеющиеся на поверхности старые покрытия.

Оксиды — типичный вид загрязнений большинства металлов. Наибольшую опасность с точки зрения коррозии вызывает окалина, представляющая собой смесь оксидных соединений железа: вюстита FeO, магнетита Fe304 и гематита Fe3O2. Окалина отличается от основного металла повышенной хрупкостью и более высоким значением электродного потенциала. Ржавчина — гидратированные оксиды железа, ее присутствие приводит к уменьшению адгезии покрытий и может вызвать изменение цвета белых покрытий.

Загрязнения в виде жиров, минеральных масел, консервационных смазок, остатков полировочных паст, абразивов, охлаждающих эмульсий ухудшают условия смачивания поверхности лакокрасочными материалами и отрицательно сказываются на пленкообразовании и свойствах покрытий. Старые, особенно непрочные, ветхие покрытия служат плохой основой для вновь наносимых покрытий, их также требуется удалять с поверхности. При подготовке поверхности наряду с очисткой металла одновременно проводят ее выравнивание — снятие заусенцев, удаление облоя и литников, сглаживание сварных швов и острых кромок и т. д. Нередко также выполняют операции по направленному изменению природы поверхности металла (гидрофобизация или гидрофилизация), степени ее шероховатости, а также дополнительной защите металла, например, путем нанесения конверсионных покрытий (фосфатирование, оксидирование, сульфохромирование и др.). Число подготовительных операций, способы и условия их проведения определяются требованиями ГОСТ 9.402–2004. Они зависят от вида металла, состояния его поверхности, требований к эксплуатационным свойствам покрытий, их назначения. Различают механические, термические и химические способы подготовки поверхности. Любая подготовка поверхности (очистка металла) связана с удорожанием покрытий, нередко она составляет более половины стоимости всех окрасочных работ, поэтому при выборе того или иного способа наряду с качеством очистки следует учитывать и затраты на ее проведение.

Очистка металлических поверхностей

Механически можно удалять любые загрязнения, однако наиболее часто таким образом производят очистку поверхности металла от ржавчины, окалины, старой краски и других старых покрытий. Применяются следующие способы очистки: шлифование, кварцевание, галтовка, пневмо- и гидроабразивная обработка.

Из механических способов подготовки поверхности особенно распространена струйная абразивная и гидроабразивная обработка: пескоструйная, гидропескоструйная очистка, дробеструйная, дробеметная. Очистка металла этим способом основана на воздействии частиц абразивов, поступающих с большой скоростью и обладающих в момент соударения с металлом значительной кинетической энергией. Поверхность металла при этом становится шероховатой (углубления достигают 0,04–0,1мм), что улучшает адгезию покрытий. Однако струйная абразивная обработка приемлема лишь для толстостенных изделий (5 > 3 мм); изделия с более тонкими стенками могут при этом деформироваться. При пескоструйной и гидропескоструйной очистке применяют обычно безглинистый кварцевый песок с размером частиц 0,5–2,5 мм, карбид кремния, плавленый оксид алюминия. Абразивом при дробеструйном и дробеметном способах обработки служит литая или колотая чугунная или стальная дробь с размером частиц 0,1–2,0 мм или дробь, рубленная из стальной проволоки диаметром 0,3–1,2 мм. Для чистки поверхности черных металлов наиболее целесообразно применять колотую дробь (№ 08–2) с размером частиц не более 0,8 мм. Эффективность очистки при этом повышается в 1,5–2 раза по сравнению с очисткой литой дробью; стальная рубленая дробь обходится в 3–4 раза дороже колотой. Легкие металлы (алюминий, магниевые сплавы и др.) обрабатывают мягкими абразивами — порошками из сплавов алюминия (иногда с добавлением 5–6% чугунного песка), крошкой фруктовых косточек или скорлупы орехов.

Кварцевый песок — наиболее дешевый абразив. Однако он быстро изнашивается (дробится), образуется мелкая пыль, вредно действующая на здоровье работающих. Поэтому пескоструйная очистка в нашей стране сильно ограничена. Ее применяют лишь в автоматизированных установках с хорошей герметизацией и вентиляцией, предотвращающими распространение пыли в помещения. В частности, таким способом очищают стальные и чугунные отливки, поковки и другие толстостенные изделия от окалины и нагари. Обычно песок подается из сопел, отстоящих приблизительно на 200 мм от обрабатываемой поверхности, под давлением 0,3–0,8 МПа.

Металлический песок, в отличие от кварцевого, почти не образует пыли, расход его значительно меньше, а эффективность механического воздействия также достаточно высока. Чистка с помощью металлического песка (дроби) осуществляется в закрытых камерах или кабинах, снабженных приточно-вытяжной вентиляцией. Применяют различные типы аппаратов для дробеструйной очистки. Распространение получили одно- и двухкамерные аппараты периодического и непрерывного действия типов Г-93А, Г-146, АД-1, АД-2, АД-5, БДУ-Э, ПД-1. Их производительность по очищаемой поверхности от 1 до 8 м²/ч; дробь распыляется под давлением 0,5- 0,7 МПа.

Дробеметная очистка отличается от дробеструйной тем, что поток дроби создается не сжатым воздухом, а в результате центробежной силы от вращающегося с высокой частотой (2500–3000 об/мин) ротора (турбинного колеса с лопатками). Дробеметный способ в 5–10 раз производительнее дробеструйного и в несколько раз дешевле. Он обеспечивает минимальную запыленность помещений, однако непригоден для обработки изделий сложной формы. Недостатком дробеметного способа является также быстрый износ лопаток (срок службы литых чугунных лопаток не превышает 80 ч). При гидроабразивной очистке используется суспензия или взвесь абразива в жидкой среде. Абразивами в этом случае служат кварцевый песок, гранит, электрокорунд, стекло, молотый шлак и другие твердые порошковые вещества дисперсностью 0,15–0,50 мм, а жидкой средой — вода с добавлением ПАВ и ингибиторов коррозии.

Гидроабразивная очистка проводится с помощью аппаратов нагнетательного и всасывающего типов разных конструкций: ГПА-3, ТО-266, ГК-2, ТВ-210, они подают пульпу под давлением 0,5–0,6 МПа. В аппаратах обычно обрабатывают изделия небольших габаритов. В случае крупных объектов (суда, гидротехнические сооружения) для очистки поверхности металла нередко используют забортную воду с песком (пульпу), образующуюся при сушке вторичную ржавчину удаляют механическим или химическим путем.

Различают несколько степеней абразивоструйной очистки. Она различается по площади (в %) очищенной до чистого (блестящего) металла:

Sa 1 — легкая очистка до степени порядка 50%;
Sa 2 — тщательная очистка (-75%);
Sa 2 1/2 — очень тщательная очистка («96%);
Sa 3 — наиболее высокая степень чистоты (~99,2%).

С повышением степени очистки металла резко возрастают затраты на подготовку поверхности. Так, при переходе от Sa 2 к Sa 2 1/2 они удваиваются, а от Sa 2 1/2 к Sa 3 возрастают примерно на 50%. В зависимости от условий эксплуатации покрытий наиболее часто очистку поверхности проводят до степени Sa 2 или Sa 2 1/2. В настоящее время значительное внимание привлекает очистка металлических поверхностей под действием струи воды, подаваемой под большим давлением (от 25 до 170 МПа)— гидродинамический способ. Эффективность чистки поверхности металла зависит от применяемого давления: до 35 МПа удаляются непрочная (шелушащаяся) краска, прилипшая грязь, отложения солей; до 70 МПа — непрочно держащаяся старая краска, ржавчина; до 170 МПа — любые отложения на поверхности, кроме окалины.

Применяемые установки состоят из насоса высокого давления, привода, шлангов, гидравлического пистолета и приборов для регулирования и контроля давления воды. Такие установки выпускают, в частности, фирмы «Креуле», «Вома» и «Крецле» (Германия), «Кина» (Великобритания) и др. Их отличительная особенность — высокая производительность, отсутствие пыления. Установки низкого давления особенно удобны для удаления разрушившихся покрытий после их обработки смывками.

Своеобразным способом механической очистки поверхности металлов является ее обработка сухим льдом — гранулами твердой углекислоты с температурой -79 °С. Размер гранул 2–3 мм. Их подают на поверхность с помощью специального аппарата — бластера при давлении воздуха 0,2–1,4 МПа. При ударе о поверхность гранулы сухого льда частично сублимируются, образующийся газ С02 повышает давление и тем самым усиливает механическое воздействие частиц на поверхность. Для экономии сухого льда предусматривается рекуперация.

Механические способы чистки, особенно струйно-абразивные, наиболее широко применяются при окрашивании стационарных и крупногабаритных объектов (суда, мосты, эстакады, наземные сооружения нефтегазового комплекса, трубы, резервуары, емкости и др.). Это наиболее дорогой вид подготовки поверхности и, как правило, наиболее надежный в отношении долговечности покрытий.

Методы очистки металла

Удаление окалины, ржавчины, коррозии, старой краски, масел и других загрязнений с поверхности можно проводить термическим способом, например путем нагревания изделия пламенем газокислородной горелки (огневая зачистка), электрической дуги (воздушно-электродуговая зачистка) или отжига в печах при наличии окислительной (воздушной) или восстановительной среды. При огневой и воздушно-электродуговой зачистке металл (стальные слитки, слябы, блюмы) быстро нагревают до 1300–1400 °С, при этом загрязненный поверхностный слой сгорает и частично оплавляется. Его механически удаляют, а металл охлаждают.

Отжиг в восстановительной (защитной) атмосфере применяют при подготовке поверхности рулонного металла. Стальной прокат нагревают в атмосфере азотоводородной смеси, содержащей, например, 93% N2 и 7% Н2, до 650–700 °С. Присутствующие на поверхности следы смазки возгоняются, а оксиды железа восстанавливаются до металлического железа. Термическое удаление органических загрязнений (старые покрытия, жировые и масляные отложения) удобно проводить в окислительной (воздушной) среде.