Назначение и виды термической обработки материалов. Подготовка поверхности металла к нанесению лакокрасочного покрытия

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Защитные атмосферы в печах для нагрева заготовок под обработку давлением и термическую обработку. Составы и защитные свойства атмосферы

1.1 Термическая обработка

1.2 Назначение и виды термической обработки

1.3 Методы поверхностного упрочнения

2. Подготовка поверхности металла к нанесению лакокрасочного покрытия. Влияние качества подготовки поверхности на защитные свойства и срок службы лакокрасочных покрытий

2.1 Подготовка поверхности металла к нанесению лакокрасочного покрытия

2.2 Влияние качества подготовки поверхности на защитные свойства и срок службы лакокрасочных покрытий

Список литературы



1. Защитные атмосферы в печах для нагрева заготовок под обработку давлением и термическую обработку. Составы и защитные свойства атмосферы

Защитные покрытия самых разнообразных составов и назначений широко применяют в современном машиностроении и металлургии. Особое развитие в последние десятилетия получила проблема высокотемпературных покрытий для защиты металлов и сплавов от газовой коррозии. Если раньше высокотемпературные защитные покрытия применяли в основном при эксплуатации машин и аппаратов, то в последнее время разработаны новые типы высокотемпературных покрытий, предназначенных для защиты металлических заготовок при нагреве перед ковкой, штамповкой, прокаткой, прессованием, закалкой, при отжиге и т.п. Эти покрытия иногда называют защитно-технологическими, временными, кратковременного действия, разового применения, технологическими и т.п.

Практика показывает, что потери металла, металлоемкость и трудоемкость изготовления деталей машин можно существенно сократить применением при нагревах специальных защитных покрытий.

Успешное развитие этого направления научных исследований стимулировано широким внедрением в промышленности новых дорогостоящих сталей и сплавов с высокими физико-механическими свойствами, которые достигаются как за счет легирования, так и за счет применения многоступенчатой высокотемпературной термообработки. Работы по созданию высокотемпературных защитно-технологических покрытий приобрели значение в связи с широким распространением в машиностроении титановых и жаропрочных сплавов, тугоплавких металлов и сплавов на их основе.

Высокая технико-экономическая эффективность применения защитно-технологических покрытий при нагреве металлов и сплавов является подтверждением прогрессивности этого направления материаловедения и технологии обработки металлов.

В книге на основании работ авторов, а также новых данных научных исследований изложены все основные процессы получения и применения защитных покрытий при нагреве металлических заготовок и деталей.

Авторы признательны всем, кто участвовал в исследованиях покрытий и помогал при подготовке книги.

Многие сплавы, а также тугоплавкие металлы при воздействии высоких температур в обычных атмосферных условиях подвергаются поверхностному окислению.

При таких операциях, как прокатка, ковка, штамповка, нормализация, закалка и отжиг, необходим нагрев заготовок до высоких температур. В результате взаимодействия металла с кислородом в процессе нагрева поверхностные слои металла окисляются, на поверхности заготовок образуется слой окалины. Чем продолжительнее нагрев и выше температура, тем больше угар металла. При прокатке заготовок окалина закатывается в поверхность листов, что приводит к образованию поверхностных дефектов и является причиной брака металла. Не удаленная с поверхности окалина, обладающая высокой твердостью, ускоряет износ прокатных валков. Потери металла в виде окалины в металлургическом производстве в среднем составляют около 4%, на машиностроительных заводах эти потери дополнительно составляют при ковке до 7 и штамповке до 3% массы заготовки.

Вредные последствия окисления при нагреве металла не ограничиваются образованием окалины. Одновременно с этим процессом происходит обеднение сплавов легирующими элементами. В результате изменяется химический состав поверхностных слоев сплавов, снижаются их механические и коррозионные свойства. При нагреве титановых сплавов может иметь место растворение в их поверхностных слоях кислорода, азота, водорода. Поверхность титановых сплавов становится хрупкой, склонной к образованию трещин при ковке, штамповке, прокатке.

Окисленный слой металла с поверхности поковок и штампованных заготовок удаляют механической обработкой или травлением в кислотах и щелочах, что требует больших затрат рабочего времени и большого количества металлорежущих станков.

Необходимо отметить, что в результате окисления при нагреве резко снижается коэффициент использования металла (к. и. м.), который является важнейшим показателем технического прогресса и культуры в металлообрабатывающих отраслях промышленности.

Получение штамповок высокой точности, в том числе без припуска на механическую обработку, позволяет уменьшить металлоемкость изделий и снизить трудоемкость их изготовления.

Проблема защиты покрытиями металлических деталей и заготовок при их горячей обработке долгое время не находила развития, несмотря на огромные материальные потери. Это можно объяснить тем, что относительная доля деталей и заготовок, изготовляемых методами горячей штамповки, прессования, вальцовки, была сравнительно невелика. С развитием отраслей промышленности, таких как авиационная, автомобильная, нефтехимическая, тяжелого, энергетического, транспортного машиностроения, возникла необходимость применения защитных покрытий в различных процессах термообработки и горячей обработки металла.

Применение защитных покрытий весьма эффективно при термообработке деталей, полученных точным литьем. Они защищают поверхность деталей от окисления и дают возможность их использовать без какой-либо механической обработки, за исключением отрезки прибылей.

С целью защиты от окисления термообработку заготовок осуществляют в специальных печах с контролируемой атмосферой и в вакуумных печах. Однако такие печи пока еще дефицитны. Небольшой объем рабочего пространства печей безокислительного нагрева позволяет производить термообработку небольших партий мелких деталей. При работе таких печей расходуется значительное количество нейтрального газа аргона. Обработка деталей в вакууме - сложный технологический процесс, требующий в 2-3 раза больше времени, чем обработка в обычных печах. Термообработка в вакууме вдвое снижает себестоимость деталей по сравнению с термообработкой на воздухе.

Безокислительный нагрев небольших по размерам деталей из легированных сталей в контейнерах из коррозионно-стойкой стали, заполненных аргоном, применяемый на некоторых заводах, требует расхода дефицитных материалов, значительных затрат труда на изготовление

Контейнеров, срок службы которых ограничен двумя-тремя садками. Мелкие детали подвергают термообработке в расплавах солей, в печах с азото-водородной и другими нейтральными атмосферами.

В металлургическом производстве окисление металла при нагреве удается снизить с помощью скоростного нагрева, регулированием состава топочных газов и другими методами. Однако защиту от образования окалины, обезлегирования, обезуглероживания обеспечить в полной мере пока не удается.

С учетом приведенного выше можно сказать, что применение защитных покрытий при горячей обработке металлов становится одним из немногих эффективных способов, обеспечивающих получение качественной поверхности заготовок и деталей при минимальных отходах металла. Однако решение этой задачи и ее практическая реализация стали возможными в последнее время в связи с новыми достижениями отечественных исследований в области создания жаростойких защитных покрытий.

В США, Японии, а также в странах Западной Европы покрытия и смазки на основе окислов, стекол и сложных смесей самых разнообразных компонентов применяют для защиты от окисления при прессовании, экструзии, штамповке, прокатке, термообработке как высоколегированных, так и простых углеродистых сталей и сплавов.

В ФРГ проведено исследование различных способов устранения обезуглероживания кузнечных заготовок. Отмечается, что применение без окислительного нагрева позволило бы (при производстве в ФРГ около 1 млн. т поковок в год) сэкономить 15 000--20 000 т стали в год. Кроме того, окалина на заготовках повышает износ штампов и пода печей. Установлено, что из трех способов защиты стали от окисления и обезуглероживания: 1) применение защитной атмосферы; 2) скоростной нагрев; 3) покрытия - эффективными являются только покрытия. Применение защитных атмосфер и скоростного нагрева не дало положительных результатов из-за окисления металла.

Особенность разработанных нашими учеными защитные - технологические покрытия состоят в том, что эти покрытия являются временными - перед нагревом заготовки покрытие наносят, а после нагрева и выполнения технологических операций удаляют с поверхности металла.

Применяют покрытия нескольких типов: эмалевые (стекловидные), стеклокерамические, стеклометаллические, керамические. Предназначены они для защиты сталей и сплавов при температурах 500--1600ш С. Наиболее распространены силикатные эмали, представляющие собой сплав окислов, получаемый из смеси песка, мела, соды, глинозема и других недорогих компонентов.

Эмаль наносят на поверхность деталей окунанием, обливанием или напылением. При нагреве детали слой эмали оплавляется, образуя сплошную газонепроницаемую пленку, прочно сцепленную с металлом, которая и обеспечивает защиту детали.

Технологический процесс эмалирования является простым, он не требует сложного оборудования. Расход эмали на 1 м2 площади не превышает 0,2--0,5 кг. При некоторых технологических операциях эмаль в процессе охлаждения (в результате значительной разницы коэффициентов теплового линейного расширения эмали и металлов) самопроизвольно удаляется с поверхности деталей, что исключает химическое травление или другую очистку. Поверхность металла остается светлой без заметных следов окалины. Детали, полученные таким методом, можно ставить в машины, подвергая механической обработке лишь места их сопряжения.

Применение покрытий при нагреве конструкционных и углеродистых сталей позволяет уменьшить глубину обезуглероженного слоя в 10--15 раз и обеспечить высокое качество проката.

Эмали весьма эффективны как высокотемпературные смазки при штамповке и прессовании коррозионно-стойких и конструкционных сталей и сплавов, снижают сопротивление деформированию, уменьшают теплопередачу между заготовкой и штампом, а также скорость охлаждения. В результате повышается точность заготовок, увеличивается в 1,5--2,5 раза стойкость штампов.

Эффективность покрытий подтверждается быстрым внедрением их в производство. Эмалирование титановых штамповых заготовок повышает производительность труда на 10% и увеличивает выход годного на 5-25%. Применение эмали позволяет использовать для штамповки оборудование в 1,5--2 раза меньшей мощности, чем без эмали. Экономия металла на одной детали в среднем составляет 10--15% массы штампованной заготовки.

При изотермической штамповке лопаток с применением покрытия производительность труда повышается на 20--30% в результате исключения механической обработки деталей на токарных и фрезерных станках.

Использование эмали позволяет увеличить в 3--5 раз производительность труда при изготовлении деталей за счет сокращения продолжительности операций механической очистки поверхностей деталей и применения обычных печей вместо печей с контролируемой атмосферой. Внедрение эмали на одном металлургическом заводе позволило снизить расходный коэффициент металла на 25--30% и повысить качество проката из высокопрочной коррозионно-стойкой стали.

Внедрение эмалей для защиты сталей и сплавов неизменно сопровождается получением значительного технико-экономического эффекта, исчисляемого миллионами рублей в год.

Следует отметить экономическую эффективность использования эмалей на металлообрабатывающих и металлургических заводах. Например, на одном из заводов себестоимость одной титановой штамповой заготовки в результате применения эмали снизилась примерно на 20%.

Харьковским политехническим институтом им. Ленина разработаны покрытия для защиты изложниц, фурм мартеновских и доменных печей, слитков и слябов из обычных углеродистых сталей. Применение этих покрытий исключает механическую очистку изложниц перед заливкой и значительно улучшает условия труда.

В результате применения покрытий для защиты изложниц их стойкость увеличилась в среднем на 20%, кроме того, появилась возможность замены медных шлаковых фурм чугунными с защитными покрытиями.

Образование окалины заставляет в прокатном производстве зачищать 30--70% поверхности листов из некоторых легкоокисляющихся сталей. Защита покрытиями слитков и слябов при нагреве перед прокаткой позволит снизить угар стали в 10--30 раз, резко уменьшить обезуглероживание и улучшить качество поверхности листов, существенно снизить трудоемкость отделки листов, количество брака.

За сравнительно небольшой период защитные покрытия, нашли применение на многих заводах страны.

1.1 Термическая обработка

Термическую обработку применяют на различных стадиях производства деталей машин и металлоизделий. В одних случаях она может быть промежуточной операцией, служащей для улучшения обрабатываемости сплавов давлением, резанием, в других - является окончательной операцией, обеспечивающей необходимый комплекс показателей механических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов. Полуфабрикаты подвергают термической обработке для улучшения структуры, снижения твердости (улучшения обрабатываемости), а детали - для придания им определенных, требуемых свойств (твердости, износостойкости, прочности и других).

В результате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широких пределах. Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения.

1.2 Назначение и виды термической обработки

Термической (тепловой) обработкой называются процессы, сущность которых заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала, без изменения химического состава.

Назначение термической обработки металлов - получение требуемой твердости, улучшение прочностных характеристик металлов и сплавов. Термическая обработка подразделяется на термическую, термомеханическую и химико-термическую. Термическая обработка - только термическое воздействие, термомеханическая - сочетание термического воздействия и пластической деформации, химико-термическая - сочетание термического и химического воздействия. Термическая обработка, в зависимости от структурного состояния, получаемого в результате ее применения, подразделяется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

Отжиг

Отжиг - термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

Отжиг первого рода. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

Гомогенизационный - это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950 С (обычно 1100-1200 С) с целью выравнивания химического состава.

Рекристаллизационный - это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепанной стали получение определенной величины зерна.

Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит).

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30-50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400-500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100 °С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием

Диффузионный отжиг. Металл нагревают до температур 1100-1200єС, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.

Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50-100єС. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13 - 15) ч, а изотермического отжига (4 - 6) ч

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20 - 30 ° С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.

Нормализация - заключается в нагреве металла до температуры на (30-50 С) выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые стали подвергают нормализации. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Нормализацию с последующим высоким отпуском применяют вместо отжига для исправления структуры легированных сталей. Нормализация по сравнению с отжигом - более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью.

Закалка

Закалка - это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость и понжается пластичность стали. Основные параметры при закалке - температура нагрева и скорость охлаждения. Критической скоростью закалки называется скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры - мартенсит или мартенсит и остаточный аустенит.

В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств, применяют различные способы закалки.

Закалка в одном охладителе. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

Закалка в двух средах (прерывистая закалка) - это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда - охлаждающая жидкость (вода), вторая - воздух или масло.

Ступенчатая закалка. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.

Изотермическая закалка так же, как и ступенчатая, производится в двух охлаждающих средах. Температура горячей среды (соляные, селитровые или щелочные ванны) различна: она зависит от химического состава стали, но всегда на 20-100° С выше точки мартенситного превращения для данной стали. Окончательное охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе. Изотермическая закалка широко применяется для деталей из высоколегированных сталей. После изотермической закалки сталь приобретает высокие прочностные свойства, то есть сочетание высокой вязкости с прочностью.

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.

Отпуск

Отпуск стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и свойства стали. Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями. Назначение отпуска - снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру.

В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: высокий, средний и низкий.

Высокий отпуск производится при температурах нагрева выше 350-600 °С, но ниже критической точки; такой отпуск применяется для конструкционных сталей.

Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 - 500 °С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей.

Низкий отпуск производится при температурах 150-250 °С., Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость.

Контроль отпуска осуществляется по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

Старение

Старение - это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Известны два вида старения: термическое и деформационное.

Термическое старение протекает в результате изменения растворимости углерода в железе в зависимости от температуры.

Если изменение твердости, пластичности и прочности протекает при комнатной температуре, то такое старение называется естественным.

Если же процесс протекает при повышенной температуре, то старение называется искусственным.

Деформационное (механическое) старение протекает после холодной пластической деформации.

Обработка холодом

Новый вид термической обработки, для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Это выполняется при охлаждении стали до температуры нижней мартенситной точки.

1.3 Методы поверхностного упрочнения

Поверхностной закалкой называют процесс термической обработки, представляющий собой нагрев поверхностного слоя стали до температуры выше критической и последующее охлаждение с целью получения в поверхностном слое структуры мартенсита.

Различают следующие виды: индукционная закалка; закалка в электролите, закалка при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ), закалка с газопламенным нагревом.

Индукционная закалка основана на физическом явлении, сущность которого заключается в том, что электрический ток высокой частоты, проходя по проводнику, создает вокруг него электромагнитное поле. На поверхности детали, помещенной в этом поле, индуцируются вихревые токи, вызывая нагрев металла до высоких температур. Это обеспечивает возможность протекания фазовых превращений.

В зависимости от способа нагрева индукционная закалка подразделяется на три вида:

одновременный нагрев и закалка всей поверхности (используется для мелких деталей);

последовательный нагрев и закалка отдельных участков (используется для коленчатых валов и подобных им деталей);

непрерывно-последовательный нагрев и закалка перемещением (используется для длинных деталей).

Газопламенная закалка. Процесс газопламенной закалки заключается в быстром нагреве поверхности детали ацетиленокислородным, газокислородным или кислородно-керосиновым пламенем до температуры закалки с последующим охлаждением водой или эмульсией.

Закалка в электролите. Процесс закалки в электролите заключается в следующем: в ванну с электролитом (5-10% раствор кальцинированной соли) опускают закаливаемую деталь и пропускают ток напряжением 220-250 В. В результате чего происходит нагрев детали до высоких температур. Охлаждение детали производят или в том же электролите (после выключения тока) или в специальном закалочном баке.



2. Подготовка поверхности металла к нанесению лакокрасочного покрытия. Влияние качества подготовки поверхности на защитные свойства и срок службы лакокрасочных покрытий

2.1 Подготовка поверхности металла к нанесению лакокрасочного покрытия

Производители лакокрасочных материалов давно поняли важность подготовки поверхности для успешного использования их покрытий. Несоответствующая очистка стальной поверхности может стать причиной преждевременного разрушения покрытия. Именно поэтому производители лакокрасочной продукции детально излагают требования по подготовке поверхности перед нанесением их продукции. Кроме того, при отказе выполнять данные требования гарантия на качество покрытия может быть аннулирована.

Требования к подготовке стальной поверхности включают в себя два важных параметра: профиль поверхности и степень очистки.

Профиль поверхности

Производители лакокрасочных материалов и профессиональные пескоструйные фирмы испытывают лакокрасочные покрытия, применяя их при различных профилях поверхности и условиях окружающей среды. В результате исследований обнаружено, что для гарантированной адгезии и абсолютной защиты субстрата перед нанесением покрытия требуется обеспечить соответствующий профиль. Насечка обеспечивает прочное однородное сцепление между поверхностью и покрытием.

Частицы абразивного материала образуют на стальной поверхности крошечные пики и углубления. Глубина профиля зависит от размера, типа и твердости абразива, давления воздуха, расстояния и угла наклона сопла к очищаемой поверхности.

Когда профиль превышает допустимый уровень, то пики появляются над поверхностью покрытия, приводя к его разрушению.

При увеличении слоя лакокрасочного покрытия для выравнивания глубокого профиля увеличивается себестоимость выполняемой работы. Более детальное описание профилей, образованных при использовании различных абразивов, изложено в статье «Абразивные материалы».

Профиль выражается в милах, микронах и миллиметрах.

1 мил = 1/1000 дюйма.

25 микрон = 1 мил.

25,4 миллиметра = 1 дюйм.

39 мил = 1 миллиметр.

В Соединенных Штатах Америки обозначение в милах используют как единицу измерения толщины покрытия и профиля поверхности. Обычно в спецификации указана средняя высота профиля. Например, средний профиль в 2 мила (50 микрон) может включать в себя профили от 1 мила (25 микрон) до 3 мил (75 микрон). Данная классификация профилей вполне приемлема, т.к. нет практического метода производства абразивных частиц одинакового размера.

Отклонения в давлении воздуха, расстоянии до поверхности или в угле наклона сопла также влияют на глубину профиля. Уменьшенное давление воздуха или увеличенное расстояние сопла от обрабатываемой поверхности является причиной небольшого размера профиля. При большом угле отклонения сопла будет лишь поверхностная пескоструйная обработка субстрата без отчетливых пиков и углублений. Для пескоструйной обработки стали угол наклона сопла к поверхности должен быть 80-90 градусов.

Для определения глубины профиля поверхности используйте специальные измерительные приборы для того, чтобы документально подтвердить соответствие данного профиля заданному. Тщательный контроль глубины профиля поверхности поможет избежать дорогостоящей вторичной пескоструйной обработки.

Степень очистки

Требование к качеству подготовки металлической поверхности перед операциями окрашивания, нанесения металлизационных покрытий устанавливает ГОСТ 9.402-80 «Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием». В ГОСТе выделяются четыре степени очистки поверхности черных металлов от окалины и продуктов коррозии:

1 - при осмотре с 6 - кратным увеличением окалина и ржавчина не обнаруживаются.

2 - при осмотре невооруженным глазом не обнаруживаются окалина, ржавчина, остатки формовочной смеси и другие неметаллические слои.

3 - не более 5 % поверхности имеются пятна и полосы плотно сцепленной окалины и литейная корка, видимые невооруженным глазом. На любом из участков поверхности изделия окалиной занято не более 10% площади пластины 25х25мм.

4 - с поверхности удаленны ржавчина и отслаивающая окалины. Этим степеням подготовки поверхности в основном соответствуют степени Sa3, Sa -2 ?, Sa 2, Sa1, устанавливаемые международным стандартом ISO 8501-1:1988: «Подготовка стальной основы перед нанесением красок и подобных покрытий. Визуальная оценка чистоты поверхности. Степени коррозии и степени подготовки непокрытой стальной основы после удаления прежних покрытий».

Организация SSPC «Исследования защитных покрытий» (США) установила пять степеней очистки при пескоструйной обработке, классифицирующихся от полного удаления всех загрязняющих веществ до удаления только остаточных материалов с обрабатываемой поверхности. К данным пяти степеням очистки относятся: очистка до «белого металла», очистка до почти «белого металла», коммерческая очистка, промышленная очистка, поверхностная очистка. Данные стандарты могут быть пересмотрены и исправлены. Но, несмотря на все это, они используется, как основные принципы. Для более подробного описания каждого из них можно обратиться к статье «Визуальным стандартам очистки стали с помощью пескоструйной обработки».

Очистка до «белого металла» - это очистка, видимая без увеличения. Очищенная поверхность до «белого метала» представляет собой поверхность, с которой удалены все видимые загрязнения, а именно: ржавчина, вторичная окалина, краска и посторонние включения. Обычно данная степень очистки требуется при нанесении сложных покрытий (цинкосодержащие краски) на поверхности, подвергшаяся агрессивному воздействию коррозионной среды - химические установки, морские буровые установки и мосты над водой с повышенным содержанием соли.

Очистка до почти «белого металла» - это очистка, видимая без увеличения. Это поверхность, свободная от всех типов видимых загрязнений (ржавчины, вторичной окалины, краски и посторонних веществ). Данный вид очистки похож на очистку до «белого металла». Единственное различие заключается в том, что на очищаемой поверхности допустимо не более 5 % загрязнений. Данный вид очистки применяется при использовании высокоэффективных покрытий на стальной поверхности, подвергающейся воздействию жесткой среды и использованию.

Коммерческая очистка - это очистка, видимая без увеличения. Поверхность очищается от видимых нефтепродуктов, смазочных материалов, пыли, окалины, грязи, вторичной окалины и старых покрытий. Для большинства применений используются стандартные покрытия.

Промышленная очистка - это очистка, видимая без увеличения. Поверхность освобождается от видимых нефтепродуктов, смазочных материалов, пыли и грязи. Однако допускается до 10 % плотно прилипшей вторичной окалины, ржавчины и остатков покрытия, если они равномерно распределены. Оставшаяся часть поверхности может содержать следы загрязнений, полосы и обесцвечивания, вызванные пятнами ржавчины, вторичной окалины или старого покрытия.

Там, где требуется коммерческая или промышленная очистка, следует убедиться в том, что новое покрытие совместимо со старым. Несовместимые покрытия могут вызвать окалину или отслаивание.

Организация SSPC предлагает серию фотографий, которые иллюстрируют четыре существующих состояния стальной поверхностей и степени очистки каждой. К существующим состояниям относятся: вторичная окалина, вторичная окалина и ржавчина, полная коррозия и коррозия с образованием углублений.

Национальная ассоциация инженеров - коррозионистов (NACE) предлагает набор герметизированных металлических купонов, которые служат в качестве образцов степеней пескоструйной очистки.

Печатное издание Шведского Института Стандартов (SIS) наглядных компараторов широко используется в Европе. Данные о степенях очистки и стандарта профессиональных организаций показаны в следующей таблице:

Степень очистки Стандарт SSPC Стандарт NACE Стандарт SIS Очистка до белого металла SSPC-SP 5 NACE 1 SA-3 очистка до почти белого металла SSPC-SP 10 NACE 2 SA-2 1/2 коммерческая SSPC-SP 6 NACE 3 SA-2 очистка промышленная очистка SSPC-SP 14 NACE 8 SA-1-1/2 поверхностная очистка SSPC-SP-7 NACE 4 SA -1.

Термины «белый металл» или почти «белый металл» иногда создают путаницу между подрядчиками и инспекторами.

Очищенная стальная поверхность - всегда серого цвета, а не белого. При очистке абразивом, имеющим светлую окраску, у поверхности может появиться белый оттенок. Абразив черного цвета обычно создает темный оттенок поверхности.

Неопытный инспектор может ошибочно забраковать работу, так как поверхность не «белая». До проведения очистки обязательно проинформируйте ревизора, каким абразивом вы планируете очищать, и спросите его, будет ли это влиять на оценку очистке поверхности.

В дополнение к обучению технике безопасности операторы пескоструйного оборудования должны быть проинструктированы по стандартам подготовки поверхности. Причем, не только для того, чтобы успешно пройти контроль, а прежде всего, для того, чтобы гарантировать, что покрытие будет нанесено на качественно подготовленную поверхность.

2.2 Влияние качества подготовки поверхности на защитные свойства и срок службы лакокрасочных покрытий

лакокрасочный термический атмосфера заготовка

Технологические процессы получения лакокрасочных покрытий разнообразны. Это связано с функциональным назначением окрашиваемого изделия, условиями его эксплуатации, характером окрашиваемой поверхности, применяемыми методами окрашивания и формирования покрытия.

Процесс получения лакокрасочного покрытия заключается в выполнении следующих обязательных стадий:

- подготовка поверхности перед окрашиванием

- нанесение ЛКМ на окрашиваемую поверхность

- отверждение ЛКМ

Каждая из стадий оказывает влияние на качество получаемого лакокрасочного покрытий и его долговечность.

Немаловажное значение в обеспечении защитного действия лакокрасочного покрытия при прочих равных условиях имеет природа применяемого грунтовочного слоя как фактора обеспечения хорошей адгезии комплексного лакокрасочного покрытия и общая толщина покрытия. В связи с этим при разработке конкретных технологических процессов окрашивания для получения долговечного покрытий нужен оптимальный выбор каждой стадии процесса окрашивания, грунтовочного слоя и толщины покрытия. Рассмотрим влияние указанных факторов на долговечность лакокрасочных покрытий в отдельности.

Влияние подготовки поверхности перед окрашивание на долговечность покрытия

Подготовка поверхности перед окрашиванием играет важную роль в обеспечении долговечности всего лакокрасочного покрытия. Многолетний опыт применения покрытий в различных отраслях промышленности показывает, что их долговечность на 65-75% определяется качеством подготовки поверхности перед окрашиваем.

Недостаточная подготовка поверхности металла перед окрашиванием вызывает ряд нежелательных последствий:

- ухудшение сцепления покрытия с основой (адгезия)

- развитие под покрытием коррозионных процессов

- образование в покрытии пузырьков

- растрескивание и расслоение покрытия

- ухудшение декоративных свойств покрытия

Все это приводит к ухудшению защитных свойств покрытия.

Между долговечностью покрытия и степенью очистки поверхности существует четко проявляющаяся зависимость.

В случае применения механических способов подготовки поверхности ориентировочные коэффициенты повышения сроков службы системы ПК в зависимости от подготовки поверхности можно представить следующим образом:

окрашивание по ржавой или неподготовленной поверхности -- 1,0;

очистка ручным способом -- 2,0-1,5;

абразивная очистка -- 3,5-4,0.

В качестве примера можно провести данные по долговечности комплексного покрытия на основе хлорвинилового пленкообразователя толщиной 120 мкм в зависимости от способа подготовки поверхности перед окрашиванием, представленные в таблице. Данные получены при проведении испытаний покрытий эмалью ХВ-16 (4 слоя) по грунтовке ФЛ-03К (2 слоя) на атмосферной измерительной станции в Хотьково.

В таблице показаны так же данные по влиянию способа подготовки поверхности на долговечность системы покрытий грунтовкой ГФ-017 и эмалью МЛ-12 красной толщиной 80 мкм в условиях умеренного климата.

Влияние способов подготовки поверхности на защитные свойства покрытия объясняется тем, что в случае применения механической и тем более пескоструйной очистки повышается адгезия покрытия к поверхности металла. В случае применения фосфатных слоев наряду с повышением адгезионной прочности покрытия наблюдается сохранение ее стабильности в процессе эксплуатации. Имеющийся на поверхности металла фосфатный слой препятствует распространению подпленочной коррозии при воздействии агрессивных факторов. При этом фосфатирование с активатором способствует образованию на поверхности металла малопористого кристаллического слоя, что также повышает физико-механические показатели покрытия.

Таким образом, по степени увеличения защитных свойств комплексных лакокрасочных покрытий способы подготовки поверхности располагаются в следующий ряд:

обезжиривание;

ручная очистка;

механическая очистка;

пескоструйная очистка;

фосфатирование;

фосфатирование с активатором.

Влияние методов окрашивания на долговечность лакокрасочного покрытия

Метод окрашивания и условия нанесения существенно влияют на долговечность лакокрасочного покрытия. Определение долговечности лакокрасочного покрытия на основе эмали ПФ-115, полученного разными методами при эксплуатации в атмосферных условиях показало следующее. Более высокая устойчивость декоративных и защитных свойств наблюдается у покрытий, нанесенных методом электростатического распыления. Затем, по убыванию долговечности покрытия следуют: пневматическое распыление безвоздушное распыление, струйный облив, окунание. Разница в сроках службы покрытия при переходе от одного метода окрашивания к другому может составлять 15-25%.

Влияние условий нанесения ЛКМ на долговечность покрытия

Условия нанесения ЛКМ (влажность и температура окружающего воздуха) влияют на качество и долговечность лакокрасочных покрытий. При несоблюдении температурно-влажностных параметров процесса окрашивания на поверхности сформированного покрытия появляются различные дефекты (шагрень, проколы), которые приводят не только к ухудшению внешнего вида покрытия, но и значительно снижают его долговечность. Температурно-влажностные параметры окрашивания регламентируются ГОСТ 9.105 «Покрытия лакокрасочные. Классификация и основные параметры методов окрашивания». Согласно указанному стандарту, температура воздуха при окрашивании должна быть не менее 15 и не более 30°C, относительная влажность -- не выше 80%. Тем не менее, часто возникает вопрос о возможности окрашивания при другой влажности и температуре. Стандартом допускаются другие значения указанных параметров при достижении требуемого качества лакокрасочного покрытия.

Влияние режима отверждения на защитные и физико-механические свойства лакокрасочного покрытия

Режим отверждения также влияет на защитные и физико-механические свойства лакокрасочных покрытий. Покрытия, сформированные в результате горячей сушки, более устойчивы к воздействию климатических факторов и агрессивных сред. Это объясняется тем, что при формировании покрытия при повышенных тепературах образуется более плотная сшивка покрытия. Физико-механические свойства неоднозначно зависят от применяемой температуры сушки ЛКМ. Часто при горячей сушке наблюдается охрупчивание покрытия, что приводит к снижению их прочностных свойств.

Влияние грунтовочного слоя на защитное действие лакокрасочных покрытий

Природа грунтовочного слоя определяет защитное действие лакокрасочных покрытий. Грунтовочный слой обеспечивает прочную адгезионную связь покрытия с металлом, изоляцию его от проникновения коррозионно-активных реагентов, пассивацию металла.

Механизм действия грунтовок разнообразен, В соответствии с механизмом защитного действия грунтовки, долговечность комплексного покрытия различна в одних и тех же условиях эксплуатации. По механизму защитного действия грунтовки подразделяют на:

изолируюшие (ГФ-020, ГФ-021);

фосфатирующие (ВЛ-02, ВЛ-08);

пасивирующие (ГФ-017, ФЛ-03К, ГФ-0119);

пртекторные (ЭП-057);

модификаторы ржавчины (ЭП-0199, ЭП-0180);

Пасивирующие грунтовки имеют лучшие защитные свойства по сравнению с изолирующими грунтовками, так как наряду с барьерной защитой металлической поверхности обладают и ингибирующим действием.

Исследовано влияние грунтовок различной природы на долговечность покрытия эмалью ХВ-774 при воздействии уксусной кислоты. Полученные экспериментальные данные приведены в таблице. В данном случае влияние природы грунтовочных слоев на долговечность комплексного покрытия связано с развитием подпленочных коррозионных процессов и характером его подавления грунтовочным слоем.

Влияние толщины лакокрасочного покрытия на долговечность покрытия

Толщина лакокрасочных покрытий, обеспечивающих противокоррозионную защиту, должна быть достаточно большой. Толщина покрытия влияет на скорость проникновения агрессивных агентов к поверхности металла. Поэтому, для условий эксплуатации с различными параметрами агрессивности толщина покрытия устанавливается в соответствии со степенью агрессивности среды: Агрессивная среда

Рекомендуемая толщина покрытия, мкм

Сельская атмосфера 120

Промышленная атмосфера150

Морская атмосфера 200

Химическая атмосфера 300

Вместе с тем существует мнение, что не всегда наращивание толщины покрытия приводит к повышению его противокоррозионных свойств. При значительной толщине покрытия могут возникать внутренние напряжения, приводящие к расслаиванию. Толщина покрытий должна гарантировать отсутствие капиллярной проницаемости, т.е. быть несколько больше критической толщины покрытия. Для различных условий эксплуатации превышение толщины покрытия сверх критической колеблется в 1,5-5 раз. В идеальном случае этот коэффициент подбирается опытным путем.



Список литературы

1. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 648 с.

2. Войнаш Л.Г., Дудла І.О. та ін. Товарознавство непродовольчих товарів. Частина 1. - К.: НМЦ „Укросвіта, 2004. - 436 с.

3. Войнаш Л.Г., Дудла І.О. та ін. Товарознавство непродовольчих товарів. Частина 1. - К.: НМЦ „Укросвіта, 2004. - 532 с.

4. Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1988. - 702 с.

5. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учебник для вузов. Стройиздат. 1986.

6. Гуляев А.П. Материаловедение. - М.: Металловедение, 1986 . - 542 с.

7. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1986. - 208 с.

8. Карапетьянц М.X., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1981. - 632 с.

9. Основы материаловедения. / Под ред. И.И. Сидорина. - М.: Машиностроение, 1976. - 436 с.

10. Рыбьев И.А. Общий курс о строительных материалах. Учебник для вузов. Москва. 1987.

Размещено на Allbest.ru