4. Защитные покрытия

Долговечность машин и аппаратов химических производств зависит от коррозионной стойкости их при эксплуатации. Основной метод борьбы с коррозией химического оборудования состоит в нанесении на его поверхность, подвергающуюся воздействию агрессивной среды, защитного покрытия из химически стойкого в этой среде материала. Для обеспечения надежной и длительной работы машин и аппаратов с защитным покрытием необходимо соблюдать следующие условия.

1. Правильный выбор материала защитного покрытия, обладающего необходимой стойкостью в заданной среде.

2. Строгое выполнение технических условий при нанесении защит­ного покрытия.

Рассмотрим некоторые распространенные на практике методы за­щитных покрытий оборудования.

4.1 Защита от атмосферной коррозии. Для защиты металлоконструкций, сооружений, наружных поверхностей аппаратов и трубопроводов от атмосферной коррозии их покрывают лаками. Наиболее пригодны для этой цели, следующие лакокрасочные материалы: а) перхлорвиниловые эмали; б) алюминиевая краска АЛ-177. Покрываемую метал­лическую поверхность предварительно очищают от окалины, ржавчины, старой краски, масла и загрязнений, затем грунтуют и лишь после этого красят. Наиболее распространена на практике механи­ческая очистка поверхностей, которая производится с помощью пес­коструйного аппарата, отбойного молотка, круглой проволочной щетки с приводом от электродвигателя через гибкий вал и вручную, скреб­ками и проволочными щетками.

Наилучшее качество очистки и наибольшая производительность достигается при пескоструйной очистке. Воздух, подаваемый в песко­струйный аппарат под давлением 0,30,4 МПа, предварительно про­пускают через масловодоотделитель, где масло задерживается вой­лочным фильтром, а влага поглощается коксовой или лучше силикагелевой набивкой. Воздух считается вполне очищенным, если на белой бумаге, подставленной на 2030 сек. под его струю, не оста­ется следов масла или влаги.

Для пескоструйной обработки рекомендуется применять горный кварцевый песок, хорошо просушенный и однородный по величине зерен (1,52 мм). Абразивное действие речного песка значительно ниже, чем кварцевого. При работе с пескоструйным аппаратом сопло следует располагать под углом 1530° к поверхности, на расстоянии 100150 мм от нее.

Грунтовку и покраску можно производить краскораспылителем или кистью. Краскораспылитель представляет собой портативный, руч­ной аппарат, распыляющий краску при помощи воздуха, подаваемого под давлением 0,40,6 МПа. Воздух должен быть тщательно очищен от влаги и масла. Для получения необходимой рабочей вязкости краску разводят растворителем. Перхлорвиниловые эмали разводят раствори­телем Р-4, алюминиевую краску АЛ-177 – ксилольной фракцией, сольвент-нафтой или бензином. Для грунтовки применяют грунт глифталевый № 138, разжижаемый сольвент-нафтой, ксилольной фракцией или скипидаром. Грунтовка производится в один слой. Покраска про­изводится в 23 слоя. Новый слой краски следует наносить только после высыхания предыдущего.

4.2 Защита от действия агрессивных рабочих сред.

Футеровка поверхностей плитками из каменного литья и плотной керамики. Каменное литье (диабазовые и базальтовые плитки) и плот­ная керамика (метлахские плитки и кислотоупорный кирпич) широко применяются в качестве антикоррозионных покрытий. Перед футеров­кой поверхность аппарата очищают, просушивают, а имеющиеся на ней неровности прошпаклевывают. Плитки укладывают на замазке, в состав которой входят: порошок из каменного литья (100 вес. ч), кремнефтористый натрий (5 вес. ч.) и жидкое стекло (350 вес. ч.). При­готовленная замазка сравнительно быстро схватывается, поэтому ее надо готовить в небольших количествах и расходовать в течение 2025 мин. Обычно аппараты футеруют двумя слоями плиток. Плитки второго слоя размещают так, чтобы швы первого и второго слоя нигде не совпадали. Перед укладкой одну плоскость плитки и все ее ребра покрывают ровным слоем замазки толщиной 710 мм. Затем плитку кладут на место и прижимают к футеруемой поверхности и к соседним, уже уложенным плиткам. Обычно при эксплуатации аппаратуры плитки изнашиваются незначительно, швы же размываются сравнительно быстро. Вследствие этого для увеличения срока службы аппарата следует делать швы как можно тоньше. Продолжительность сушки: шпаклевки внутренней поверхности аппарата – 12 ч.; каждого слоя футеровки – 16 ч, готовой футеровки всего аппарата – 25 суток. После просушки футеровки производится ее оксиловка 1012%-ным раствором H₂S0₄. Наиболее простые способы оксиловки – налив кис­лоты в аппарат, орошение боковых стенок путем двукратного облива с промежутками в 23 ч или промазка швов (также за два приема). После оксиловки футеровку нужно еще раз просушить в течение 812 ч. Зафутерованный аппарат нельзя опробовать водой или раствором щелочи, поскольку замазка устойчива только в кислых средах. Промывка водой проработавшего некоторое время аппарата допускается. При пуске зафутерованного аппарата в эксплуатацию температуру нужно повышать постепенно.

В последние годы все большее распространение получают замазки арзамит. Эти замазки выпускаются двух видов: стойкие против кис­лот и стойкие против кислот и щелочей. Замазки обладают высокой прочностью и сцепляемостью с поверхностью многих материалов, почти полной непроницаемостью и устойчивостью при резких пере­падах температуры. Применение замазок арзамит позволяет в не­сколько раз удлинить межремонтные периоды.

Покрытие поверхностей бакелитовым лаком.

Бакелитовые лаки обладают химической стойкостью к большинству агрессивных сред и широко применяются для защиты поверхностей аппаратов от коррозии. Покрытие внутренней поверхности труб кожухотрубных теплообменников бакелитовым лаком предотвращает кор­розию труб, в несколько раз сокращает ремонт их, позволяет под­держивать высокий и устойчивый коэффициент теплопередачи. Внут­ренняя поверхность труб, покрытых бакелитовым лаком, не загрязняется и, следовательно, отпадает необходимость в остановках аппарата для чистки. Перед покрытием труб бакелитовым лаком необходимо про­извести зачистку поверхностей с помощью пескоструйного аппарата до серо-матового цвета. Зачищенную поверхность затем обдувают сухим воздухом, обезжиривают при помощи волосяного ерша чистым бензолом или техническим спиртом и в течение 2030 мин. сушат при 100140 °С. На охлажденную поверхность наносят 56 слоев раствора бакелитового лака № 86 в этиловом спирте. Для улучшения коэффициента теплопередачи к растворенному лаку добавляют 3 % (по весу) алюминиевой пудры. Лак наносят на внутреннюю поверх­ность труб ершом, укрепленным на конце длинного прута.

После нанесения каждого слоя лака его сушат при 2530 °С в течение 12 ч, затем постепенно (за 34 ч) повышают температуру до 100 °С, выдерживают при этой температуре 23 ч, затем посте­пенно (за 3 ч) снижают температуру до 2530 °С. После нане­сения последнего слоя температуру повышают до 150170 °С и дают выдержку при этой температуре 24 ч; нагрев и охлаждение при этом ведут с той же скоростью, что и при обработке остальных слоев покрытия. Постепенное повышение температуры, выдержку и после­дующее охлаждение удобно проводить введением через смеситель и межтрубное пространство аппарата воды и пара.

Термодиффузионное оцинкование и хромирование трубок теплообменников.

Для защиты от коррозии трубок теплообменников, работающих при температуре до 450 °С, давлениях до 70 МПа, вследствие большого содержания сероводорода в сырье и проходящих газах применяют­ся процессы термодиффузионные – оцинкование и хромирование. Оба процесса проводятся обычно в газовых муфельных печах со съемным или раздвижным верхом.

Термодиффузионное оцинкование малоугле­родистых или низколегированных стальных труб представляет собой процесс воздействия паров цинка в восстановительной среде муфель­ной печи при температуре около 870 °С. Для заполнения труб при­меняют смесь, состоящую из 27 % цинковой пыли и 73 % глинозема, а для муфеля – из 65 % цинковой пыли и 35 % глинозема. В нижнюю часть муфеля кладут металлический цинк в слитках или обрезках. Глинозем, добавляемый к цинковой пыли, представляет собой сухую, тонко измельченную глину и служит наполнителем, предотвращающим слипание частичек цинковой пыли. Образующийся на поверхности труб железоцинковый сплав, начинающий размягчаться при 647 °С и пла­виться при 675 °С, является весьма стойким при содержании серо­водорода в парообразных средах до 2 %, при температурах до 500  С и высоких давлениях.

При содержании сероводорода более 2 % для защиты трубок теплообменников от коррозии применяют термодиффузионное хроми­рование. Трубы заполняют смесью порошкообразного феррохрома и речного песка, предохраняющего смесь от спекания, и выдерживают в печи при высокой температуре в атмосфере азота, хлороводорода или хлора. Получаемый при термохромировании железоуглеродистых сплавов поверхностный слой представляет собой твердый раствор Fe–Сг, содержащий до 10 % Сг. Насыщение поверхности труб хромом способствует повышению их жаростойкости и твердости.

Толщина диффузионного слоя цинка или хрома колеблется в пре­делах 0,020,2 мм и зависит от температуры, при которой прово­дится процесс, его продолжительности и процентного содержания цинка или хрома в смеси. Трубы, подвергнутые термодиффузионному оцинкованию и хромированию, могут изгибаться, вальцеваться и де­формироваться без значительного нарушения защитного слоя. Наибо­лее экономичным является процесс термодиффузионного хромирования в присутствии хлороводорода, наиболее дорогим — процесс термодиф­фузионного оцинкования.

Однако оба метода нанесения покрытий дешевле, чем изготовление труб из высоколегированных сталей, по­скольку их приходится часто сменять вследствие коррозии.

Асбовиниловые покрытия.

Асбовинил – пластическая масса, применяемая в качестве футеровочного материала для защиты аппаратов химических производств от воздействия агрессивных сред (кислот и щелочей). Асбовинил пред­ставляет собой пластическую массу, изготовляемую из смеси лака этиноль и измельченного асбеста. Асбовиниловая масса обладает почти такими же физико-механическими свойствами, как и фаолит, и, кроме того, имеет следующие преимущества по сравнению с фаолитом и дру­гими пластическими массами:

- хорошая адгезия к металлу, бетону,дереву, керамике;

- возможность нанесения футеровочного слоя шпа­телем или кистью (в зависимости от консистенции асбовиниловой массы), а также покрытие защитным слоем аппаратов и деталей сложной кон­фигурации;

- способность затвердевать и переходить в необратимую форму (свойство термореактивных пластмасс), не только при повышенных температурах, но и при комнатной температуре (1820 °С), что явля­ется весьма важным обстоятельством при защите крупногабаритных объектов или емкостей, находящихся вне помещений, где бывает трудно осуществить обогрев;

- защитные свойства сохраняются в пределах температур от -50 до +110 °С.

Недостатками асбовиниловой массы являются неприятный запах и токсичность (свойства, связанные с присутствием в асбовиниловой массе ксилола), огнеопасность, медленное отвердение при комнатной температуре и недостаточно высокая предельная эксплуатационная температура.

Подготовка поверхности аппарата.

Перед нанесением асбовиниловой массы поверхность аппарата очи­щают от ржавчины, жировых и других загрязнений, обезжиривание производят острым паром давлением 0,250,3 МПа при заглушенных штуцерах в течение 12 ч.

В случае сильного загрязнения аппарата жиром или маслом по­верхности, подлежащие защите, обрабатывают органическими раство­рителями или раствором щелочи. Очистку металлических поверхностей от ржавчины и окалины производят пескоструйным аппаратом. Поверхность после такой обра­ботки тщательно обдувают воздухом. При отсутствии пескоструйного аппарата металлическую поверхность очищают ручным способом – проволочными щетками или травлением кислотами с последующей нейтрализацией и промывкой.

Очищенную поверхность покрывают слоем грунта не позже, чем через 1 ч. после очистки, во избежание окисления очищенной поверх­ности. Грунтовый слой наносят в виде жидкой асбовиниловой массы (кистью) и просушивают. Затем наносят первый слой асбо­виниловой массы толщиной 1,52 мм. После нанесения его под­вергают воздушной сушке в течение 2448 ч. Затем осматривают и непокрытые участки заделывают. После сушки поверхность покры­вают при помощи кисти лаком этиноль. Через 34 ч. после лакировки наносят второй слой асбовиниловой массы толщиной до 3 мм. Через 35 суток поверхность осматривают, выравнивают, уплотняют, лакируют и через 34 ч после ла­кировки наносят третий слой, а в случае необходимости – последующие слои. Общая толщина покрытия составляет обычно 1012 мм. Через 35 суток после нанесения последнего слоя производится оконча­тельная двукратная лакировка.

Гуммирование химической аппаратуры.

В химическом аппаратостроении для защиты от коррозии металли­ческих аппаратов, различных емкостей, трубопроводов нашли широкое применение специальные марки резины и эбонитов (твердая резина). Процесс обкладки химической аппаратуры, арматуры резиновыми лис­тами и эбонитом называется гуммированием.

Следует, однако, отметить, что гуммированную аппаратуру и емкости нельзя эксплуатировать при t>7080 °С, в условиях воздействия окислительных сред (азотная кислота, концентрированная серная кис­лота, перекись водорода и т.п.), а также некоторых органических растворителей. В табл. 1.6 приведены агрессивные среды, для которых рекомен­дуется применять резину и эбонит, указаны температурные режимы и сроки службы.

Таблица 1.6 – Агрессивные среды, для которых рекомен­дуется применять резину и эбонит

Агрессивная среда	Предельно допустимые концентра­ции	Температура	Срок службы	Тип резины
	%	°С	в годах
Серная кислота	60	4050	7	Эбонит
» »	60	60	—	Мягкая
Соляная кислота	Концентрированная­	4050	7	Эбонит
» »	2530	2530	3	Мягкая
» »	2530	5060	—	»
Азотная кислота	5	20	—	»
» »	15	20	—	Эбонит
Фосфорная кислота	Концентрированная	20	5	Эбонит
» »	85	65	3	Мягкая
Уксусная кислота	10	20	6	Эбонит
» »	10	60	—	Мягкая
Раствор хлорида натрия	Концентриро­ванная	30	7	Эбонит
Раствор едкого натра	»	50	6	»
То же	»	80	6	Мягкая
Водный раствор аммиака	Любой концентрации­	75	—	»
Хлороводород	9798	3040	3	Эбонит
Хлор газообразный влажный	9798	25	3	»
Хлороводород	9798	4050	2	Мягкая
Раствор хлорида кальция	25	20	7	Эбонит
Вода	—	30	6	Эбонит

Резину применяют для аппаратов, которые могут подвергаться сотрясениям, ударам или частым изменениям температуры. Эбонит употребляют в тех случаях, когда аппараты, работающие при пос­тоянной температуре и при отсутствии механических воздействий, должны обладать повышенной химической стойкостью. Следует иметь в виду, что эбонит менее эластичен, чем мягкая резина, и склонен при резких сменах температуры к растрескиванию.

Для создания хорошего сцепления между металлической поверх­ностью и резиновой или эбонитовой обкладкой, а также для скле­ивания листов между собой применяют различные составы клеев. В качестве таких клеев применяют термопреновый, эбонитовый, хлоркаучуковый и другие, представляющие собой растворы материалов на основе каучука в бензине, и т.п. При выборе клея следует учитывать их теплостойкость. Существуют различные способы покрытия химической аппаратуры резиной. Основным из них является обкладка защищаемой поверхности одним, двумя или несколькими слоями ли­стовой резины с последующей ее вулканизацией,

Металлическую поверхность, подлежащую покрытию, очищают от грязи, органических примесей и ржавчины. Очистку осуществляют пескоструйным аппаратом до образования шероховатой поверхности металла; это нужно для лучшего сцепления его с резиновой обклад­кой. Очищенную поверхность металла промывают бензином и после его испарения наносят на металл слой резинового клея. На прома­занную клеем и просушенную поверхность металла накладывают плас­тинку сырой резины, которую прокатывают деревянными роликами для удаления воздуха и устранения неплотностей между металлом и резиной.

Вулканизация сырой резиновой смеси, нанесенной в виде обкладок на аппараты, может быть произведена двумя способами – закрытым и открытым. При закрытом способе вулканизация производится в спе­циальных котлах, обогреваемых острым паром при давлении 0,3÷0,4 МПа. Длительность процесса вулканизации зависит от состава и толщины резинового покрытия, толщины и формы аппаратов. Круп­ные полые аппараты, которые обкладывают резиной только с внут­ренней стороны и для которых в данном производстве не имеется соответствующих вулканизационных котлов, сами используются в ка­честве вулканизационных аппаратов и являются пароприемниками (цистерны, автоклавы и тому подобные аппараты). Резиновые обкладки, нанесенные на большие аппараты, которые не могут служить паро­приемниками, вулканизируются открытым способом без давления. Вулка­низация открытым способом может быть произведена путем заполне­ния аппарата кипящей водой, водными растворами солей (хлорид каль­ция и др.), имеющими температуру кипения выше 100 °С, при помощи перегретого пара или горячим воздухом.

Прочность сцепления резины с металлом при открытом способе низка и не превышает 1,52,5 МПа (вместо 56 МПа при вулка­низации под давлением). При открытом способе вулканизации приме­няется однослойная обкладка резиной толщиной 36 мм (крепление через термопреновый клей) и трехслойная: первый слой резины толщиной 1,5 мм; второй слой эбонита толщиной 1,53 мм, и третий слой резины толщиной 1,8 мм.

При закрытом способе вулканизации однослойная эбонитовая обкладка толщиной 45 мм применяется для сборников, мерников, хранилищ и т.д.; однослойная эбонитовая обкладка общей толщиной 36 мм применяется для насосов, вентиляторов, корзин центрифуг, плит фильтрпрессов. Двухслойная обкладка, состоящая, из слоя эбонита толщиной 1,5 мм и слоя мягкой резины толщиной 3 мм поверх него, применяется в тех случаях, когда агрессивная среда содержит твердые частички, под действием которых поверхность истирается. Двухслойная обкладка, состоящая из слоя мягкой резины толщиной 12 мм и верхнего слоя эбонита толщиной 35 мм, применяется в тех случаях, когда аппарат может подвергаться ударам по наружной поверхности. Трехслойная обкладка состоит из слоя резины толщиной 1,52 мм, промежуточного эбонитового слоя 34 мм и наружного слоя мягкой резины толщиной 1,52 мм. Трехслойная обкладка ком­пенсирует термическую деформацию эбонита.

Следует иметь в виду, что гуммированию подвергается преиму­щественно аппараты, изготовляемые из углеродистой стали марок: Ст. 3 и Сталь 20. При гуммировании чугунных отливок получают менее прочные покрытия. Стальное литье часто имеет пористую поверхность, и поэтому его не рекомендуется гуммировать.

В химическом аппаратостроении гуммирование аппаратуры из цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов (древесины, не содержащей смолы, и бетона) применяется редко.

Эмалирование стальных и чугунных сосудов.

Процесс нанесения эмали на изделия называется эмалированием. Эмаль представляет собой стекло, наплавленное на металл. Эмалевое покрытие является антикоррозийным, обладающим высокой термичес­кой стойкостью, хорошей механической прочностью, красивым внеш­ним видом и относительной дешевизной. Для химической промыш­ленности требуются эмалированные сосуды, хорошо противостоящие агрессивному действию кислот и щелочей. Поверхность крупных сталь­ных аппаратов подготавливают к нанесению на них грунтовой эмали при помощи пескоструйного аппарата. Грунтовая эмаль обеспечивает качественное сцепление эмали с металлом и наносится на изделие пуль­веризатором. Обжиг грунтового покрытия больших сосудов ведут в безмуфельных печах в окислительной атмосфере при температуре 900 °С. Опыты показывают, что если в печи, где обжигают грунт, содержа­ние кислорода падает ниже 4 %, прочность сцепления грунта с ме­таллом значительно ослабляется. После обжига грунтового покрытия наносят один или несколько слоев покровной эмали; изделие опять сушат и обжигают. Покровная эмаль должна обладать свойствами, соответствующими назначению эмалированного изделия.

Эмалью покрывают только внутреннюю поверхность аппарата. Такое одностороннее покрытие эмалью предупреждает появление пузырей и других дефектов. Наружную поверхность аппарата окрашивают соот­ветствующими красками или лаками. Отсутствие эмалевого покрытия на наружной стороне дает возможность пользоваться различными приспособлениями для обжига аппаратуры. После обжига изделия тща­тельно осматривают и, если отсутствуют видимые дефекты, подвер­гают электрическому испытанию, которое заключается в следующем.

В сосуд наливают 1 %-ный раствор поваренной соли; к наружной по­верхности изделия, не покрытой эмалью, присоединяют анод; в раствор соли опускают катод и держат изделие под током при напряжении 220 В. Если амперметр, включенный в цепь, не покажет тока или покажет силу тока не больше 2 мА, считают, что аппарат выдержал испытание.

Для эмалированных аппаратов, работающих под давлением, про­водят гидравлическое или пневматическое испытание. Если при осмотре аппаратов обнаруживаются дефекты, присутствие которых не дает возможность использовать аппарат по назначению, эмаль снимают дро­беструйным аппаратом и на очищенную поверхность вновь наносят грунт и эмаль. Чугунные изделия эмалируют несколько иначе, чем стальные. Качество эмалевого покрытия в значительной мере зависит от соотношения коэффициентов температурного расширения эмали и чугуна. Эти коэффициенты должны соответствовать друг другу, иначе после охлаждения эмали или при нагревании и охлаждении изделия на эмали появляются отколы. Рекомендуется выбирать для покрытия такие эмали, у которых коэффициент температурного рас­ширения был бы ниже идентичного коэффициента чугуна. Для по­крытия кислотоупорной аппаратуры применяют эмали с коэффициентом расширения, лишь немногим меньше коэффициента расширения чугуна. Эмаль должна покрывать поверхность аппарата ровным, по воз­можности тонким слоем. Поверхность эмали должна быть блестящей, гладкой, без пузырьков, вскипов, видимых отколов, она не должна разрушаться при обработке ее соляной и серной кислотами, способна выдерживать нагревание до 300400 °С.

Применение порошков пластмасс для защитных покрытий металлов от коррозии.

В настоящее время различают три основных метода покрытий метал­лов пластическими массами в порошкообразной форме: метод газо­пламенного напыления, метод вихревого напыления и метод суспензий.

Нанесение покрытий способом газопламенного напыления. Сущ­ность данного метода состоит в том, что наносимый материал в виде мелкого порошка пропускается через пламя распылительной горелки. При прохождении через пламя, частички материала нагреваются до размягчения или расплавления и в таком состоянии, при ударе о по­верхность, сцепляются с ней, образуя покрытие. Для напыления покрытий применяют различные термопластические и термореактивные высокомолекулярные органические материалы.

Для газопламенного напыления могут применяться только мате­риалы, которые способны плавиться и в расплавленном или размяг­ченном состоянии смачивать покрываемую поверхность и образовывать на ней хорошие сплошные покрытия. При этом температура плав­ления материалов должна быть более низкой, чем температура дест­рукции (разложения), при которой начинается выделение продуктов разложения. К числу распыляемых пластиков, применяемых на практике, следует отнести: полиэтилен (при высоком и низком давлениях), поливинилхлорид, полиамиды, полиметакрилаты, полиуретаны, поли­стирол и эпоксидные смолы.

Полиэтилен является наиболее освоенным и нашедшим широкое при­менение напиливаемым пластиком. При напылении полиэтиленов при высо­ком и низком давлениях металлическую поверхность надо предварительно нагреть до температуры 200250 °С. Если до напыления полиэтиленов к ним прибавить примерно 1 % сажи или смешать с полиизобутиленом, то при этом улучшаются свойства и адгезия напыленных на металл покрытий.

Поливинилхлорид применяется в виде смеси 50 частей порошка поливинилхлорида с 50 частями пластификатора (например, трикрезилфосфата). Смесь поливинилхлорида с пластификатором представляет собой сметанообразную массу. При напылении она нагревается и от частичного испарения содержание пластификатора в смеси уменьшается, благодаря чему химическая стойкость получаемого покрытия возрастает, Стойкость покрытия к повышенным температурам не превышает 60 °С. Напыленный поливинилхлорид, может применяться как защитное по­крытие против органических растворителей и масел.

Перед началом процесса напыления для улучшения адгезии на по­верхность, подлежащую покрытию, наносится клей – раствор перхлорвиниловой смолы в поливинилацетате. Толщина покрытия колеблется в пределах 23 мм При напылении полиамидов на металлическую поверхность ее следует предварительно нагреть до 220 °С. Покрытия из полиамидов рекомендуется по возможности подвергать закалке путем погружения изделия после напыления в холодную воду.

Технологический процесс напыления.

Процесс газопламенного на­пыления состоит из операций по подготовке изделия и его поверхности к напылению и последующего нанесения самого покрытия. Газопла­менному напылению можно подвергать любые изделия, имеющие от­крытую и удобную для напыления поверхность и допускающие нагрев до температуры плавления напыляемого материала.

При подготовке изделия к напылению необходимо предварительно зачистить заусеницы и сварные швы, снять фаски на гранях. Кроме того, покрываемая поверхность должна быть сухой, совершенно чистой и свободной от жировых загрязнений. Поверхность изделия должна быть достаточно шероховатой, без чего невозможно получить удовлет­ворительную прочность сцепления покрытия с изделием.

Покрытия из термопластов и стеклоэмалей можно наносить и на гладкие поверхности. Наиболее простым способом подготовки поверх­ности металлических изделий является способ пескоструйной очистки, после которого перед напылением покрытий изделие надо прогреть до температуры не ниже точки плавление напыляемого материала.

Подогрев изделий при напылении термопластов может производиться в обогревательных печах либо вручную, с помощью газовых горелок. Нагрев разностенных деталей начинают с участков, имеющих наиболь­шее сечение. Оптимальная температура предварительного подогрева поверхности при напылении термопластов, как правило, выше темпера­туры плавления термопласта и должна быть равна температуре его рас­текания. При этом термопласт приобретает хорошую текучесть, обеспечи­вающую слияние отдельных частичек друг с другом и образование однородного сплошного покрытия. Слияние частичек должно происходить не мгновенно, а в течение небольшого отрезка времени после падения на поверхность. При нанесении газопламенных покрытий основным фактором, влияющим на их качество, является тепловой режим напы­ления. Последний в зависимости от сорта порошка, его свойств и дис­персности устанавливается опытным путем. Аппаратура для газопламенного напыления порошков пластмасс.

В практике отечественных заводов широкое применение для газо­пламенного напыления получили установки порошкового напыления (УПН). К их числу относятся:

1. Установка УПН-1. Предназначена для нанесения покрытий из термопластов. Возможно также нанесение покрытий из легкоплавких металлов и сплавов с температурой плавления не выше 500° С.

2. Установка УПН-4С. Специализированная установка для напыле­ния пылевидных термопластов, отличающихся особо плохой сыпучестью.

При проведении работ по газопламенному напылению аппаратура установок использует сжатый воздух и горючий газ. В аппарат пода­ется сжатый воздух под давлением 0,30,6 МПа, в количестве около 20 м³/ч. В качестве горючего газа применяют ацетилен. Питание распылительных горелок ацетилена производится либо от баллонов с растворенным ацетиленом, либо от ацетиленовых газогенераторов, применяемых при газовой сварке.

Нанесение покрытий способом вихревого напыления. Вихревым напылением (наплавлением) называется технологический процесс нане­сения на поверхности металлических изделий покрытий из пластиче­ских масс. Для наплавления покрытий используются порошкообразные пластмассы, наносимые на- предварительно нагретые металлические поверхности в распыленном состоянии. Для распыления порошков используется сжатый воздух.

Процесс наплавления защитных покрытий вихревым методом про­текает следующим образом. В резервуар произвольной формы поме­щается плавящаяся порошкообразная пластмасса. Дно резервуара сет­чатое, выполненное из пористой керамики. Через это дно в резервуар подается сжатый воздух, который образует «вихревой слой» порошка, с увеличенным примерно вдвое первоначальным объемом. В образовав­шийся «вихревой слой» погружаются предварительно нагретые изделия, на которые необходимо нанести защитное покрытие.

Температура нагрева изделий должна обязательно превышать тем­пературу плавления пластмассового порошка. Находящиеся во взвешен­ном состоянии частички пластмассы попадают на горячие поверхности изделия, плавятся и, прилипая к ним, образуют плотное покрытие. В процессе нанесения покрытия изделие не должно висеть неподвижно. Его следует несколько раз вынимать из резервуара и погружать в него вновь. Это дает возможность следить за правильным течением процес­са наплавления.

Толщина получаемого покрытия зависит от продолжительности пре­бывания изделия в «вихревом слое», от степени его нагрева, а также от теплопроводности и теплоемкости изделия. После получения покрытия необходимой толщины изделие извлекается из резервуара, а при­ставшие нерасплавленные частички пластмассы сдуваются с него сжа­тым воздухом. Продолжительность охлаждения изделия с наплавлен­ным покрытием зависит от вида пластической массы. Например, при наплавлении полиэтиленовых покрытий охлаждение должно произво­диться медленно, а при наплавлении покрытий из полиамидов, наобо­рот, быстро. Перед покрытием металлическую поверхность необходимо опескоструить с последующей тщательной очисткой ее пылесосом. К подготовленной поверхности нельзя прикасаться пальцами. При случай­ном прикосновении поверхности должны обязательно промываться трихлорэтиленом. Нагрев изделия и наплавление покрытия рекомен­дуется производить немедленно после подготовки поверхностей. Это требование, прежде всего, относится к изделиям из стали, поверхности которых могут быстро окисляться.

Нагрев деталей целесообразно производить в нагревательных печах. Для нагрева можно использовать также открытое пламя. Температура предварительного нагрева изделий, на которые наплавляется пластмассовое покрытие, зависит от следующих условий: а) температуры плав­ления пластмассового порошка; б) теплопроводности материала, из которого изготовлено изделие; в) требуемой толщины наплавляемого покрытия.

Вихревым методом особенно успешно наплавляются покрытия из полиэтилена, полиамидов, полиметилметакрилата, полистирола и т.д. В зависимости от требований, предъявляемых к покрытию, подбираются порошкообразные пластмассы или смеси порошкообразных пластмасс. Получение цветных покрытий достигается путем добавления к порош­кообразным пластмассам соответствующих красителей. Применение метода вихревого наплавления в большинстве случаев, обеспечивает получение толщины покрытия от 0,4 до 0,6 мм, что является вполне достаточным для защиты изделия от коррозии.

Покрытия методом суспензий. Суспензия представляет собой взвесь тонко измельченного нерастворимого и не набухающего полимера в орга­нических жидкостях. Для таких целей подходит фторопласт-3. Сус­пензию этого полимера в органической жидкости наносят на покры­ваемый предмет кистью, окунанием или пульверизацией. После испа­рения органического растворителя на покрываемой поверхности остается слой сухого полимера, не обладающего ни прочностью, ни непрони­цаемостью. Для получения сплошного слоя высушенный слой необ­ходимо оплавить.

Суспензии можно изготовлять различными способами. Чаще всего применяют размол полимера в органической жидкости на коллоидных и других мельницах. Из фторопласта-3 изготавливаются суспензии трех марок: марка СК – приготовленная на смеси этилового спирта и кси­лола в соотношении от 70:30 до 90:10; марка СВ – приготовленная из смеси спирта с водой с добавлением поверхностно-активного ве­щества (стабилизованная суспензия) и марка С – приготовленная на чистом спирте. Марки СК и СВ предназначены для получения покры­тия на металлах и других теплостойких материалах, марка С – для изготовления свободных пленок.

Изготовление свободных пленок из фторопласта-3 осуществляется путем нанесения покрытий нужной толщины на такую подложку, от которой затем можно отделить пленку. Для этого можно использовать, например, алюминиевую фольгу, которую после нанесения покрытия растворяют в щелочи или кислоте. Можно использовать также спе­циальные теплостойкие подслои, к которым пленки фторопластов не пристают.

Суспензии фторопласта-3 пригодны для нанесения на такие металлы: сталь, алю­миний, никель, цинк и т.д.

Методика нанесения покрытий.

На покрываемой суспензией поверхности не должно быть острых кро­мок и резких переходов, все углы должны быть закруглены и все пе­реходы сделаны плавными, а сварные швы, подлежащие покрытию, тщательно опилены и зачищены. Покрываемая поверхность не должна иметь щелей, раковин, трещин и должна быть совершенно чистой. На ней не должно быть ржавчины или окалины, грязи, пыли и масляных или жировых загрязнений. Наилучшая очистка достигается при помощи пескоструйного аппарата, причем после очистки поверхности следует промыть растворителями. Подготовленную поверхность покрывают слоем суспензии (окунанием, кистью или пульверизатором). При этом надо стараться, чтобы толщина покрытия суспензией была по возможности одинаковой. Всякого рода подтеки и утолщения слоя покрытия необ­ходимо удалять при помощи кисти еще до того, как суспензия высох­нет. Сушка нанесенного слоя суспензии производят вначале на воздухе при комнатной температуре.

Изделие с нанесенным на него слоем суспензии после высушивания помещается для сплавления покрытия в термостат или печь, в которой строго поддерживают необходимую температуру. Оптимальная темпе­ратура сплавления суспензий равна температуре потери прочности дан­ного полимера (от 260 до 275°С). Отклонения от этой температуры допускаются только в пределах + 10°С. Продолжительность прогрева покрытия для сплавления полимера – 10 мин; в этот срок не включено время, необходимое для нагревания самого изделия до температуры, при которой сплавляется полимер. Общее время прогрева изделия устанавливается опытным путем. После нанесения и сплавления послед­него (обычно десятого) слоя покрытие надо закалить.

Закалка, т.е. резкое охлаждение покрытия от температуры сплав­ления до температуры ниже 100°С, уменьшает степень кристалличности полимера и делает покрытия эластичными. Закалка осуществляется путем охлаждения водой. Мелкие изделия просто целиком погружают в холодную воду, а крупные можно орошать водным душем. Закаленные изделия совершенно стабильны до 55^оС, а от 55 до 100^оС изменяются настолько медленно, что практически это трудно заметить. Использование покрытий из фторопласта-3 при температуре выше 100^оС не рекомендуется.

Л. 15