Технологические процессы окраски деталей
Реферат
Технологические процессы окраски деталей
Содержание
окраска покрытие лакокрасочный пленкообразование
1. Подготовка поверхности для нанесения защитных покрытий
.1 Значение подготовки поверхности окрашиваемых материалов для получения качественных покрытий
.2Способы подготовки поверхности перед окраской
.Авиационные лакокрасочные материалы
.1Структура многослойных покрытий и роль в них отдельных слоев
2.2Классификация лакокрасочных материалов
.3Процессы пленкообразования. Превращаемые и непевращаемые пленкообразователи
.4Защитные окисные пленки
3.Условия хранения лакокрасочных материалов
Заключение
Список используемой литературы
ВВЕДЕНИЕ
Механические конструкции, машины, двигатели, тысячи всевозможных изделий из металла в огромном числе случаев работают в условиях влажной атмосферы или в среде газов. Подводные лодки, корабли пребывают в постоянном контакте с растворами солей, морской воды. А современные летательные аппараты представляют собой сложные конструкции, выполненные из разнородных металлов и металлических материалов. Это стали сплавы алюминия, магния, меди, а также пластики, резины, герметики, ткани, теплозвукоизоляционные и некоторые другие материалы контактируют друг с другом и с разнородными жидкими и газообразными средами в различных узлах и агрегатах самолетов и вертолетов. Имеющиеся в конструкциях зазоры, щели и другие микро- и макрополости создают благоприятные условия для конденсации и задержание влаги и электролитов, пребывание в различных климатических районах земного шара, резкая смена температур в течение короткого периода времени, вызывающая конденсацию влаги на внешних и внутренних поверхностях и в зазорах, также способствуют быстрому развитию коррозионных процессов. Если не прибегать к защите металлических сооружений от коррозии, потери металла могут вырасти до колоссальных размеров. В настоящее время основное средство защиты металлических деталей от коррозии и некоторых неметаллических материалов от атмосферных воздействий, а в ряде случаев и эрозии- лакокрасочные покрытия. Практически все поверхности деталей, узлов, агрегатов и летательного аппарата в целом защищают лакокрасочными покрытиями. Кроме защиты от коррозии, эрозиии и увлажнения лакокрасочные покрытия придают летательному аппарату внешний вид. Лакокрасочные покрытия при необходимости могут отражать солнечное излучение, повышать видимость в тумане и сумерках, способствовать излучению тепла от обшивок, которые нагреваются при сверхзвуковых скоростях полета, и выполнять целый ряд других функций. Отсюда - особая важность предохранения металлов от коррозии и эрозии любых видов.
1. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ.
.1 ЗНАЧЕНИЕ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ОКРАШИВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ И ДОЛГОВЕЧНЫХ ПОКРЫТИЙ.
Состояние окрашиваемой поверхности во многом определяет надежность защиты окрашиваемого материала и долговечность лакокрасочного покрытия. Даже покрытие самого высокого качества будет иметь недопустимые дефекты, если его нанести на предварительно неподготовленную поверхность. Состояние поверхности одного и того же материала может быть совершенно различным и зависит от следующих факторов: технологии его получения; коррозионной стойкости металла; состава продуктов коррозии, образующихся на поверхности металла; технологии изготовления изделия из материала; влажности и температуры помещения, в котором производится окраска; технологии подготовки поверхности перед окраской. Все перечисленные факторы могут быть сведены к двум основным- составу и структуре поверхностного слоя окрашиваемого материала. Наиболее чистые поверхности получаются только в момент разрушения твердого тела, например раскалывание кристала. Однако при соприкосновении с атмосферой даже такая чистая поверхность через непродолжительное время загрязняется, в результате чего может существенно изменяться её поверхностное натяжение. Тем более не может, быть чистой поверхностью какого-либо материала после всех видов обработки предшествовавших его преврашению в деталь или элемент конструкции, которые состоят из нескольких деталей. Многие типы загрязнений, такие, как масла, смазки, грязь, следы от рук, могут быть случайными, хотя и общими для поверхностей различных материалов. Но состояние поверхности материалов в основном зависит от их состава и технологии обработки, т. е. имеет известную предысторию.
АЛЮМИНЕВЫЕ СПЛАВЫ.
В авиационной промышленности применяют различные способы обработки алюминиевых сплавов, предшествующие нанесению лакокрасочных покрытий.
СТАЛИ
В процессе горячей прокатки или закалки сталей их поверхность быстро окисляется, и образуется окалина. Общая толщина окалины составляет 5-60 мкм. При транспортировке и хранении окалина, как правило, растрескивается.
МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Полуфабрикаты и детали (в механических цехах) из магниевых сплавов защищают от коррозии минеральным маслом 12 или 20, трансформаторным маслом или автомаслом МК-20 или МС-20, а на срок хранения более шести месяцев - пушечной смазкой.
СТЕКЛОПЛАСТИКИ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При формовании этих материалов, как правило, используются антиадгезионнии этих материалов, как правило, используются антиадгезионные смазки, например кремнийорганическая смазка К-21.
Все основные загрязнения, встречающиеся на практике, можно разделить на несколько основных типов (30):
1) антикоррозионные смазки и смазывающие масла:
а) неполярные-минеральные масла, вазелин, нефтяные воска;
б) полярные-жирные кислоты, жиры или синтетические полярные соединения;
) смазки, применяемые при обработке металлов давлением;
) смазочные материалы:
а) машинные масла и смазки;
б) смазочные материалы для механической обработки металлов;
в) смазки для горячей штамповки;
) смешанные твердые и жирные загрязнения:
а) шлифовальные и полировальные составы;
б) маркировочные краски;
в) углеродистые загрязнения;
г) остатки разделительных слоев.
.2 СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД ОКРАСКОЙ
Для удаления загрязнений с поверхности окрашиваемых деталей, изделий или заготовок (например обшивок) и получения долговечных покрытий с высокой аднезией эти поверхности непосредственно перед нанесением покрытий могут подвергаться механической, термической, электрической, или электрохимичесаой обработке. В авиационной промышленности термический и электрический способы подготовки поверхности практически не применяются.
Механические способы.
К механическим способам очистки относятся гидравлическая, электрогидравлическая, абразивная, гидроабразивная, дробеструйная, дрометая, с помощью ручного и механизированного инструмента, на станках и в галтовачных барабанах. Из них в авиации получили наибольшее распространение гидроабразивная очистка поверхности изделий перед окраской, а также очистка металлическим песком или электрокорундом.
Химические способы.
Основными деталями авиационных конструкций являются тонкостенные обшивки и профили. Такие детали часто не могут подвергаться очистке от загрязнений механическими и термическими способами из-за опасности деформаций. Поэтому основными способами очистки поверхности в авиационной промышленности являются химические способы, из которых наиболее распространенными являются обезжиривание и травление.
Обезжиривание большинства деталей и узлов осуществляется растворителями или водными моющими растворами. При обезжиривании растворителями происходит полное или частичное растворение загрязнений, имеющихся на поверхности деталей. С помощью растворителей достаточно легко удаляются остатки минеральных масел, консистентные смазки и консервационные составы, маркировка, следы от рук и т. д. Растворители - практически единственное средство обезжиривания ряда материалов, например пористых стеклопластиков. Удаление загрязнений с помощью растворителей - наиболее простой и доступный способ их удаления с поверхности. Растворители достаточно быстро удаляются с окрашиваемых поверхностей и из зазоров, могут использоваться при отрицательных температурах и обеспечивают удаление загрязнений с загрунтованной поверхности без разрушения слоя грунта. Поэтому в авиации распространено удаление загрязнений перед окончательной окраской путем их протирки салфетками, смоченными бензином с антистатитическими добавками. Обезжиривание в парах растворителей - несомненно более совершенный способ удаления загрязнений с поверхности неокрашенных деталей и узлов, чем их протирка. Однако не все типы грунтов выдерживают воздействие паров хлорэтилена и трихлорэтилена без разрушения, а кроме того, обезжиривание в парах растворителей требует обязательного применения специальных установок, что ограничивает номенклатуру деталей и узлов, обезжириваемых в таких установках и особенно тех, в которых имеются резиновые уплотнения, клеевые соединения и герметики.
При обезжиривании водными моющими растворами осуществляется перемещение загрязнений в виде твердых или жидких частиц с очищаемой поверхности в моющий раствор. Процесс очистки водными моющими растворами редко осуществляется непосредственно перед окраской, а обычно предшествует гальванической обработке. Тем не менее процесс очистки водными растворами широко используют в технологических процессах обработки поверхностей предшествующих окраске.
При электрическом обезжиривании очищаемая деталь, погруженная в электропроводящий раствор, выполняет роль электрода. В результате при наложении на электроды постоянного тока происходит электролиз воды с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Очищаемая деталь может служить и катодом, и анодом.
Травление. В тех случаях, когда механическая очистка неосуществима (тонкостенные или сложнопрофильные детали), а обезжиривание не дает возможности добиться требуемой чистоты поверхности, может применяться травление. В авиации достаточно широкое применение находит также размерное, или контурное, травление, или, как его чаще называют, химическое фрезерование, с помощью которого из равностенного листа или плиты переменной толщины. Травление может быть химическим или электрохимическим.
Кислотное травление применяют для очистки поверхности заготовок и деталей из черных и цветных металлов и сплавов. Удаление окалины кислотным травлением с поверхности коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов не обеспечивает получения равномерно протравленной и чистой поверхности металла и сопровождается большими потерями металла и кислот, а также местным разъеданием и точечной коррозией металла.
Щелочное травление применяют для очистки поверхности изделий из алюминия и его сплавов. В щелочной ванне происходит реакция между алюминием и его окислами и щелочью с выделением водорода, который способствует отрыву загрязнений от очищаемой поверхности.
Комбинированное травление наиболее эффективно для очистки поверхности деталей из коррозионно-стойких, кислотоупорных, жаростойких и жаропрочных сталей. При этом способе детали сначала погружают в расплав каустической соды и селитры, а затем - в ванну с кислотным раствором.
Гидроидное травление может применяться для очистки изделий из сталей и сплавов
После ковки, горячей прокатки, отжига и термообработки, когда травление другими методами не дает эффекта. При гидроидном травлении детали погружают в расплавленный едкий натр, в который из специального генератора поступает гидрид натрия. Однако из-за сложности оборудования, больших затрат энергий и необходимости соблюдения специальных мер по технике безопасности этот процесс оправдывает себя лишь при непрерывном производстве.
Электрохимическое травление применяют в тех случаях, когда обработка химическим способом затруднена. Например, травление коррозионно-стойкой стали требует применения сильнодействующих растворов HNО 3 и НСl, тогда как при электрохимическом травлении могут использоваться слабые растворы кислот. Для обработки обычных и легированных сталей анодное травление применяют чаще, чем катодное. Один из недостатков анодного травления- опасность перетравливания. При катодном процессе происходит наводороживание поверхности, и это накладывает ограничения на наменклатуру обрабатываемых деталей, в частности, не рекомендуется применять катодное травление для высоконагруженных деталей.
2. АВИАЦИОННЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
.1 СТРУКТУРА МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ И РОЛЬ В НИХ ОТДЕЛЬНЫХ СЛОЕВ.
Адгезия покрытия с подложкой оказывает большое влияние на скорость протекания коррозионного процесса на поверхности раздела металл - покрытия.
Так как все полимеры проницаемы для воды, кислорода и электролитов, сохранение у покрытия достаточной адгезии с подложкой в процессе эксплуатации и предотвращение
Преобразования поверхности раздела металл-покрытие в металл-электролит является важнейшим условием его надежной работы. В одном слое покрытия трудно реализовать все свойства, которые бы удовлетворяли предъявленным требованиям. Поэтому к первому слою образующему поверхность раздела с защищаемой поверхностью, предъявляется требование обеспечения надежной адгезии с ней всех слоев покрытия и максимально возможного замедления коррозионного процесса на поверхности раздела, а к остальным слоям покрытия-требования минимальной проницаемости для воды, кислорода и электролитов, максимальной эксплуатационной стойкости, а также специальных и декоративных свойств.
Часто к промежуточным или первым слоям покрытия предъявляются требования возможности выравнивания с их помощью дефектов поверхности, но иногда, наоборот, от покрытия требуется защита поверхности от каких-либо воздействий без изменения ее естественного цвета и фактуры.
Иногда предъявленным требованиям удовлетворяет покрытие, полученное путем нанесения одного и того же лакокрасочного материала, а в ряде случаев не обеспечивается требуемая защита при нанесении нескольких слоев трех-четырех лакокрасочных материалов, различающихся по своему составу. Выбор и построение системы покрытия(в общем случае) зависит от типа защищаемого материала, возможной подготовки его поверхности и условий эксплуатации защищаемой детали или изделия. Для правильного выбора лакокрасочного материала необходимо знать его свойства, которые, в свою очередь, определяются составом(рецептурой) и назначением лакокрасочного материала, что значительно облегчается благодаря использованию специальной терминологии и системы условных обозначений.
.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Лакокрасочные материалы, используемые в машиностроении(в том числе в авиастроении), в зависимости от состава и назначения классифицируют на лаки, грунтовки, шпатлевки и краски.
ЛАКИ- прозрачные пленкообразователи, которые в исходном состоянии или после растворения имеют вязкость, пригодную для нанесения распылением, кистью или окунанием. Лаки используют для получения прозрачных покрытий непосредственно на защищаемой поверхности, а также в качестве промежуточного или последнего слоя систем покрытий. Лаки могут содержать пластификаторы, стабилизаторы, товердители, сиккативы и другие компоненты.
ГРУНТОВКИ - пигментированные и наполненные лаки или олифы (высыхающие масла), имеющие вязкость, необходимую для нанесения их распылением, кистью или окунанием, и предназначенные для использования в качестве первых слоев покрытий, т. е. именно тех, которые обеспечивают высокую адгезию покрытия с защищаемой поверхностью и обладают хорошим антикоррозионными свойствами.
ШПАТЛЕВКИ - сильно пигментированные и наполненные лаки и олифы, имеющие вязкость, необходимую для нанесения шпателем, и предназначенные для выравнивания поверхности.
КРАСКИ - пигментированные лаки (эмалевые краски или просто эмали) или олифы (масляные краски), имеющие вязкость, необходимую для нанесения распылением, кистью, обливом или окунанием, и предназначенные для получения верхних слоев, которые придают покрытию требуемые эксплуатационные, декоративные и специальные свойства.
Краски, как правило, наносят на предварительно загрунтованную или зашпатлеванную поверхность. Так как основной компонент, определяющий свойства лакокрасочных материалов и покрытий, - пленкообразователь, все лакокрасочные материалы разделяют на группы, различающиеся на пленкообразователями, например, условные обозначения: глифталевые-ГФ; пентафталевые-ПФ; мочевинные-МЧ; фенольные-ФЛ; фенолалкидные-ФА и т. д.
Внутри перечисленныхгрупп лакокрасочные материалы классифицируют по преимущественному назначению материала. Условные обозначения лакокрасочных материалов следующие: атмосферостойких- 1; ограниченно атмосферостойких- 2; водостойких- 4; специальных- 5;маслобензостойких-6; химически стойких- 7; термостойких- 8; электроизоляционных- 9; грунтовок- 0; шпатлевок- 00.
В результате марка лакокрасочного материала(ГОСТ 9825-73) указывает химимческую природу пленкообразователя этого материала и его назначения, например, ХВ- 16 -перхлорвиниловая атмосферостойкая эмаль с регистрационным номером 6; ЭП-0026- эпоксидная шпатлевка с регистрационным номером 26.
2.3 ПРОЦЕССЫ ПЛЕНКООБРАЗОВАНИЯ. ПРЕВРАЩАЕМЫЕ И НЕПРЕВРАЩАЕМЫЕ ПЛЕНКООБРАЗОВАТЕЛИ
Основная цель использования любого лакокрасочного материала- получение на защищаемой поверхности непрерывной сплошной пленки, состоящей из пленкообразователя и других компонентов и обладающей требуемыми свойствами.
В качестве пленкообразователей лакокрасочных материалов используются низкомолекулярные и высокомолекулярные природные и синтетические смолы.
Для получения на защищаемой поверхности пленок покрытий на основе этих смол используют следующие процессы: испарение растворителя, полимеризацию или поликонденсацию, сплавление, электроосаждение, испарение растворителя и полимеризацию или поликонденсацию. При этом для каждого пленкообразователя характерен свой процесс образования защитной пленки на поверхности, который зависит от химического строения, функциональности и относительной молекулярной массы пленкообразователя.
В зависимости от химического строения и функциональности пленкообразователи подразделяются на превращаемые, непревращаемые и смешанные.
К непревращаемым пленкообразователям относятся низкомолекулярные и высокомолекулярные природные и синтетические смолы, которые после удаления растворителя или сплавления сохраняют растворимость и термопластичность, в том числе и после воздействия повышенных температур, не превышающих температур их термическиой или термоокислительной деструкции.
Непревращаемыми пленкообразователями являются акриловые, нитроцеллюлозные, этилцеллюлозные, перхлорвиниловые, сополимерновинилхлоридные, фторопластные, канифольные, бутимные, полиамидные, а также некоторые типы кремнийорганических смол.
Функциональность пленкообразователя показывает, склонен ли он к превращению в неплавкий и нерастворимый полимер после удаления растворителя или воздействия
Повышенных температур или каких-либо других воздействий(например, радиации). Превращаемыми пленкообразователями являются масляные, глифталевые, пентафталевые, меламинные, мочевинные, фенольные, фенолалкидные, эпоксидные, полиэфирные, ненасыщенные эпоксидные, алкидно- и масляностирольные, полиуретановые, каучуковые, поливинилацетальные, а также некоторые типы кремнийорганических и акриловых смол. Применяют лакокрасочные материалы на основе смешанных пленкообразователей, в состав которых входят смолы непревращаемого и превращаемого типа. В этом случае лакокрасочный материал по классификации относится к той группе пленкообразователей, свойства которого определяют свойства лакокрасочного материала.
.4 ЗАЩИТНЫЕ ОКИСНЫЕ ПЛЕНКИ
Защитные окисные пленки наносят на поверхность стальных и чугунных деталей после их травления вкислотах или после пескоструйной обработки. И та, и другая подготовка выполняется с целью удаления загрязнения.
ОКСИДИРОВАНИЕ ИЛИ ВОРОНЕНИЕ, производится в сильно окислительной среде. Раствор состоит из 650 гр. едкого натрия, 250 гр. селитры и 1 л. воды. Детали выдерживаются в растворе 1-2 часа при температуре 135-145. На их поверхности образуется черная пленка окислов железа, хорошо удерживающая смазку и препятствующая ржавлению.
ФОСФАТИРОВАНИЕМ создается защитная пленка из нерастворимых солей фосфорной кислоты, фосфатов железа и марганца. Подготовленные детали обрабатывают в течение 0,5-3 ч. в водном растворесложной соли фосфорнокислого железа и марганца при температуре 95-98. Фосфатированная поверхность приобретает черный цвет. Покрывающую её пленку пропитывают минеральным маслом, в итоге поверхность приобретает высокую коррозионную стойкость.
На магниевых, медных и цинковых сплавах защитные окисные пленки получают хроматированием, т. е. обработка в течение 2-5 мин. в растворе, состоящем из хромпика, азотной кислоты, хлористого аммония и воды. Пленка, имеющая сероватый(золотистый) цвет, в десятки раз повышает коррозионную стойкость деталей в воде и во влажной атмосфере.
Детали из алюминевых сплавов, для получения на них защитной окисной пленки, обрабатывают в 20 % растворе серной кислоты электрическим током плотностью 2,0 а/дм в течение 10 мин. В этой ванне детали являются анодами(соединены с положительным полюсом источника тока, поэтому данный процесс называют анодированием. Извлеченные из ванны детали окончательно обрабатывают в растворе хромпика.
Металлические покрытия наносятся на детали различными способами. Простейший способ-погружение этих деталей в расплавленный металл; так производят ацинкование, лужение, освинцовывание, кадмирование и алитирование листов, ленты, проволоки.
Другой способ - гальванический - заключается в том, что на поверхности деталей отлагают с помощью электрического тока тонкий слой какого- либо металла, получаемого из растворов его солей. Гальванические покрытия осуществляются хромом, никелем, оловом, цинком, кадмием и другими металлами.
Металлические покрытия наносятся также диффузионным методом. Он состоит в насыщении поверхностных слоев деталей хромом, алюминием, цинком или каким-нибудь другим металлом путем нагрева деталей в соответствующем металлической м порошке. Данным методом повышают не только коррозионную стойкость деталей, но и другие их показатели. Например известно, что хромированием увеличивают поверхностную стойкость деталей, их сопротивление износу и жаростойкость.
Защитные покрытия создают и набрызгиванием (распылением) расплавленного металла, чаще всего цинка, кадмия или алюминия, на подготовленную поверхность детали. Набрызгивание производится специальными приборами типа пистолетов, в которых жидкий металл получают нагревом цинковой, кадмиевой или а люминевой проволоки до температуры плавления. Расплавленный металл наносится из пистолета на поверхность детали при помощи сжатого воздуха.
О ПЛАКИРОВАНИИ, т.е. покрытие одного металла другим совместной горячей прокаткой, уже говорилось выше. Этим способом получают так называемые биметаллы: дюралюминий, покрытий алюминием, сталь, покрытую железом, томпаком, нержавеющей сталью, алюминием или другим металлом.
Условия хранения лакокрасочных материалов имеют большое значение для сохранения их исходного качества. Поэтому при хранении лакокрасочных материалов должны выполняться следующие основные требования: лакокрасочный материал должен храниться в чистой таре, изготовленной из материала, который считается нейтральным по отношению к нему; загрузочные отверстия тары должны быть направлены вверх во избежание вытекания лакокрасочного материала или его жидкой фазы и плотно закрыты во избежание улетучивания растворителей; недопустимо попадание влаги в зону загрузочного отверствия тары; необходимо защитить емкость или тару с лакокрасочным материалом от воздействия солнечных лучей, так как это может вызвать местный перегрев лакокрасочного материала; необходимо обеспечить те температуры хранения лакокрасочного материала, которые оговорены в технических условиях; при отборе только части пигментированного лакокрасочного материала из тарного места должно быть предварительно осуществлено его тщательное перемешивание до достижения полной гомогенности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из всего вышеперечисленного можно сделать следующий вывод, что только при соблюдении всего технологического процесса окраски(подготовка, чистка, окраска и сушка), можно достичь положительного результата, и, как следствие, металлическая конструкция будет служить намного дольше.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.А.Д. Хреновым.
2.В.В. Чеботаревский.
.Э.К. Кондратов.
.М.Я. Билинский.