Дефекти, викликані дегазацією в порошкових покриттях, можуть бути раптовими, і, здавалося б, з'являються з нізвідки. Їхнє усунення ні до чого не приведе, якщо докладно не розібратися в причинах самої дегазації.

Давайте розглянемо, які поверхні найбільш схильні до дегазації, які стратегії можна застосувати для її мінімізації і як відрізнити просте виділення газу від справжньої дегазації.

                                                                                                                                                                   Фото. 1. Точкові отвори - це круглі мікропорожнини на поверхні покриття. При
найближчому  розгляді  вони  помітні
неозброєним оком, а при слабкому збільшенні
здаються ідеально концентричними отворами
на поверхні покриття. Фото надане компанією
TCI Powder Coatings

Просте виділення газу та дегазація – що є що?
Виділення газу – це вивільнення летких  речовин  зсередини  самого порошкового покриття. З іншого боку, дегазація – це макровикиди газів із основи, які проходять через плівку  розплавленого  порошкового покриття. Спочатку розглянемо газовиділення.

Порошкові покриття за своєю природою виділяють леткі речовини декількома способами. Частинки порошку з'єднуються при утворенні плівки у процесі плавлення у печі. Коли частинки сплавляються одна з одною, повітря з-поміж них виштовхується через плівку назовні, в атмосферу печі. Крім витіснення проміжного повітря також виділяється невелика кількість рідини. Тому до складу порошкових покриттів включають дегазатори, щоб швидко та повністю видаляти повітря та вологу з плівки до її затвердіння.

Деякі порошкові фарби, залежно від свого складу, також виділяють леткі речовини під час затвердіння. Поліестерні порошкові покриття, що затверджуються гідроксиалкіламідом (HAA), виділяють воду як побічний продукт  затвердіння.  Крім  того, більшість поліуретанових порошкових покриттів виділяють є-капролактам, блокуючий агент. Дегазатори у складі мінімізують  виникнення  дефектів, викликаних леткими речовинами, що виділяються при затвердінні. Тим не менш, у товстих плівках, близько 120 мікрон і більше, можуть утворюватися точкові отвори через виділення летких речовин при затвердінні. Точкові отвори – це круглі мікропорожнини на поверхні покриття. При найближчому розгляді вони помітні неозброєним оком, а при слабкому збільшенні здаються ідеально концентричними отворами на поверхні покриття. Тому надзвичайно важливо контролювати товщину плівки при використанні таких порошкових покриттів. Товщина повинна становити не більше 120 мкм, а бажано - менше 100 мкм.

Леткі речовини з основи
Тепер, коли ми знаємо, що таке виділення газу, розглянемо дегазацію. Це гази, що виділяються з поверхонь, які можуть викликати появу дефектів. Зокрема, гази можуть виділятися з деталей із гарячеоцинкованої сталі та литого металу. Виділення газу з таких поверхонь при затвердінні порошку може викликати появу різних дефектів, від точкових отворів до великих непривабливих бульбашок. Обидва типи поверхонь неймовірно непередбачувані. Все залежить від їх віку та методу обробки. Спочатку розглянемо цинкування.

Цинкування
Металеві конструкції іноді покривають цинком, щоб захистити залізо від окислення і утворення оксиду заліза (Fe2O3-nH2O), відомого як іржа. Цей процес полягає в зануренні деталі в розплав цинку з такими добавками, як магній та алюміній. Потім оцинкований виріб виймають з ванни і охолоджують, найчастіше - загартуванням у воді. Від швидкості охолодження залежать "блискітки" або розмір кристалітів, який може змінюватись від менше міліметра до декількох сантиметрів. Оцинковане покриття з високим вмістом блискіток є більш проблематичним для дегазації та адгезії верхнього шару порошкової фарби.

Вода може потрапити в цинкове покриття в процесі загартовування, а також з вологого довкілля. Крім того, водні розчини, які часто використовуються для обезжрення та попередньої обробки оцинкованих поверхонь перед нанесенням порошкового покриття, можуть залишитися в поверхні цинку і стати джерелом дегазації. Деякі експерти також вважають, що водень може виділятися із оцинкованих поверхонь під впливом підвищених температур. Це також може призвести до дефектів, викликаних дегазацією.

Фото. 2

Щоб усунути потенційну присутність води в оцинкованій поверхні, деталі необхідно  піддавати  попередній термообробці перед нанесенням порошкового  покриття.  Температури на 5-10°С нижче, рекомендованої для сушіння, як правило, достатньо, щоб позбавитися від всіх летких речовин в оцинкованій поверхні. Вкрай важливо, щоб сам метал нагрівся до такої підвищеної температури, а не лише повітря в печі. Таким чином, слід переконатися, що деталі досягли зазначеної температури, перш ніж виймати їх із печі. Перед нанесенням порошкового покриття потрібно, щоб деталі охолонули до температури навколишнього середовища. Цей процес описаний у стандарті ASTM D7803; він перешкоджає утворенню точкових отворів, викликаних леткими речовинами, що вивільняються з оцинкованої поверхні.

Третій метод — використання порошкового покриття, спеціально розробленого  для  мінімізації газовиділення в процесі затвердіння покриття. По суті, розробники рецептур включають до складу воскоподібну речовину, яка забезпечує плавний вихід газу. Оскільки ця добавка в печі розм'якшується і стає плинною, вона заповнює собою порожнечі, залишені леткими речовинами. Постачальники порошкових покриттів називають такі добавки продуктами компенсації дегазації в порошкових покриттях. Крім того, деякі виробники порошкових покриттів пропонують добавки, які можна вводити вже на місці, у вашому фарбувальному цеху.

Фото. 3

Вироби з литого металу
Однією з найпоширеніших причин  появи  дефектів,  викликаних дегазацією, є нанесення порошкового покриття на деталі з литого металу. Процес лиття металу не новий і застосовується вже тисячі років. До цього дня його використовують при виробництві деталей складних форм, а також важких виробів, які складно виготовити іншим способом.

Розплавлений  метал  заливають у негативну відливну форму через вузький отвір. Формі та матеріалу в ній дають охолонути, а потім витягують готову деталь з литого металу. Сталь, алюміній та цинк, а також сплави магнію часто використовуються для лиття виробів для  автомобільної,  аерокосмічної, сільськогосподарської,  будівельної, землерийної,  медичної  галузей, а також для побутових приладів, трубопроводів та ін.

Оскільки  розплавлений  метал буквально вливають у порожнечі усередині форми, у його структурі можуть утворюватися пори. Залежно від якості процесу лиття ці пори часто поширюються і на зовнішню поверхню виробу. У них може накопичуватися волога, засоби для чищення, хімічні речовини для попередньої обробки і повітря. Якщо використовується порошкова фарба, такі забруднювачі в процесі затвердіння вивільняються, у результаті утворюються великі бульбашки на поверхні. Вирішувати такі проблеми можна по-різному.

Для початку можна зв'язатися з постачальником литих деталей. Є способи зменшення чи усунення пористості металу. Склад сплаву, температура металу, якість форми та особливості процесу,  наприклад,  вібрація  та швидкість вливання можуть вплинути на пористість. У деяких випадках у процесі лиття можна використовувати азот для зниження пористості. Якщо ми не маємо можливості впливати на процеси виробника, можна застосувати інші стратегії.

Під час охолодження деталей із розплавленого металу на їх зовнішній поверхні можуть утворюватися пори, в яких накопичуються забруднення, через що при затвердінні можуть з'явитися бульбашки.

Найкраще  внутрішньозаводське рішення – попередня термообробка деталей до нанесення порошкових покриттів. Вона спрямована на видалення всіх потенційно присутніх летких речовин до нанесення порошкового покриття. Термообробка може полягати у нагріванні деталі до температури вище рекомендованої. Як правило, для цього потрібна температура, дещо нижча за температуру затвердіння порошку. Не слід вважати, що температура повітря в печі дорівнює температурі деталі; переконайтеся, що деталь нагріта до потрібної температури. Для цього можна використовувати сушильну піч в кінці процесу попередньої обробки. Порошкове покриття слід наносити, поки деталь ще тепла. Не дозволяйте деталям охолонути і не залишайте їх надовго, інакше в них, зрештою, знову потрапить волога та повітря з навколишнього середовища.

Третій спосіб - це використання порошкових покриттів з добавками для компенсації дегазації, описаними вище в розділі цинкування деталей. Вони спеціально розроблені для зниження газовиділення в процесі затвердіння покриття. Такі порошкові покриття містять воскоподібну речовину,  яка  дозволяє  газу,  що виділяється, вийти без утворення таких дефектів, як точкові отвори або бульбашки. Ви також можете розглянути використання добавки, що запобігає дегазації, яку можна додавати в порошкову фарбу прямо на місці.

Використання  порошкового  покриття, що твердне при низьких температурах, — ще один, хоч і частковий, спосіб запобігання виникненню дефектів. Затвердіння порошкового покриття при низькій температурі знизить обсяг вивільнення летких речовин з пор. Можливо, вам слід розглянути доцільність використання порошкового покриття, яке твердне при температурі 160°С, а не 190-200 °С. Це не повноцінне рішення, хоч воно скорочує появу дефектів від дегазації.

Дефекти, спричинені дегазацією, на фарбувальній лінії можуть бентежити. Розуміння причин їх виникнення, особливо пов'язаних з оцинкованими деталями та виробами з литого металу, може позбавити вас багатьох проблем. Якщо ви вперше стикаєтеся з такими деталями, краще спочатку нанести покриття лише на кілька з них, щоб не дістати з печі цілу партію бракованих виробів. Внесіть коригування в процес та матеріали перед тим, як фарбувати великі обсяги деталей.

Кевін Біллер
технічний редактор журналу Powder Coated
Tough, президент компанії Powder Coating
Research Group.

Профессиональная покраска” № 6 (116) 2021