Яковлев АД 2020

ролизе хлороводород может вызвать коррозию изделий и аппарату¬ ры (ванн). Для локализации его действия в состав растворителей вводят ингибиторы коррозии и вещества, нейтрализующие хлорово­ дород, например аммиак, триэтаноламин, уротропин (0,001 г/л) и др.

Обработку растворителями проводят как в жидкой, так и в паро­ вой фазах. Особенно часто сочетают оба способа воздействия. Обез­ жиривать растворителями можно практически любые металлы. Не рекомендуется применять трихлорэтилен, не содержащий ингиби­ торов, для обезжиривания алюминия, магния и их сплавов во избе­ жание нежелательных реакций с металлической поверхностью.

Органические растворители эффективно удаляют с поверхности масляные и жировые загрязнения при комнатной температуре, но не обеспечивают должной очистки от твердых минеральных загрязне­ ний, таких как абразивы, остатки металлической стружки, песок. Ра­ бота установок неизбежно связана с рекуперацией растворителей и, соответственно, со значительными энергозатратами.

Эмульсионное обезжиривание ­ комбинированный способ, соче­ тающий многие достоинства очистки органическими растворителя­ ми и водными щелочными растворами. Эмульсионное обезжирива­ ние особенно эффективно при большом количестве механических загрязнений на поверхности. Вследствие пониженной токсичности и пожаробезопасности эмульсионные составы оправдали себя и при ручной очистке изделий взамен органических растворителей.

Применяют составы, представляющие собой эмульсии органиче­ ских растворителей в воде, стабилизированные ионогенными или неионогенными ПАВ.

Растворителями служат алифатические, ароматические или хло­ рированные углеводороды. Их массовая доля в готовых для приме­ нения эмульсиях колеблется от 5 до 50 %. Для стабилизации эмуль­ сий в их состав нередко вводят небольшое количество смешиваю­ щихся с водой растворителей (спиртов, эфиров). Моющие составы, в которых массовая доля растворителей не превышает 10 %, считаются неогнеопасными при применении. Ниже приводится рецептура од­ ного из составов на основе трихлорэтилена (в %):

Известность получили двухфазные моющие средства "Эмульсол" (Польша), позволяющие проводить обезжиривание поверхности де­ талей и изделий при пониженных температурах (35­40 °С), "Gardo­ c1ean 1672/1" (температура 15­25 °С), а также отечественный концен­

331

трат КФЭН (фирма ООО "Кемикс"), позволяющий производить обез­ жиривание металлов при температуре 18­25 °С. КФЭН представляет собой кислый многокомпонентный препарат, включающий раство­ рители, активаторы и ПАВ. Состав для обезжиривания готовят сме­ шением концентрата с водой. Рабочая концентрация 10­50 г/л, про­ должительность обезжиривания методом погружения 10­20 мин, ме­ тодом распыления 1­4 мин.

Технологический процесс обезжиривания включает следующие операции: обработка поверхности моющим составом, последующая промывка (в случае воднощелочных и эмульсионных составов) и сушка. Обработку водными растворами и эмульсиями проводят ли­ бо способом погружения, либо распылением (струйный способ). Струйное обезжиривание более эффективно (процесс ускоряется в 3­4 раза). Это объясняется тем, что к химическому воздействию до­ бавляется механическое действие струи жидкости; кроме того, при распылении достигается лучшее перемешивание раствора. Темпера­ тура рабочих растворов обычно составляет 50­60 °С.

Обезжиривание погружением проводят в стационарных ваннах, снабженных паровым, газовым или электрическим обогревом. Агре­ гаты струйной очистки работают в непрерывном и периодическом режимах. Наиболее распространены агрегаты непрерывного дейст­ вия. Изделия в них проходят на подвесных конвейерах последова­ тельно три зоны: обезжиривания, первой и второй промывок. Если обезжиривание поверхности является завершающей стадией подго­ товки поверхности, вторая промывка перед окрашиванием произво­ дится деминерализованной водой. Температура воды для промывки 20­70 °С. Вода, как и обезжиривающий состав, подается на изделия через специальные насадки под давлением 0,15­0,20 МПа; продолжи­ тельность обезжиривания 2­3 мин, промывки 1­2 мин.

Обезжиривание растворителями проводят в закрытых камерах или установках непрерывного действия. Загрязненные изделия на конвейере последовательно проходят через ванну с растворите¬ лем, зону облива и зону выдержки в парах. Общее время обезжи¬ ривания 2­5 мин. Загрязненный растворитель регенерируют пере¬ гонкой.

Ультразвуковое обезжиривание. Обезжиривание растворителями, щелочными и эмульсионными моющими составами ускоряется, а качество очистки поверхности возрастает, если процесс проводят в акустическом (ультразвуковом) поле. Ультразвуковая очистка нашла применение для изделий небольших размеров и сложной формы, от которых требуется высокая степень чистоты поверхности (детали часов и приборов, инструмент и т. д.). Крупные изделия требуют

332

больших по размерам ванн; входная мощность преобразователя при этом резко возрастает (на 4,5 л жидкости входная мощность состав­ ляет примерно 100 Вт), что делает способ экономически малооправ­ данным.

Ультразвуковую очистку проводят в специальных установках­ ваннах (УЗВ­15м, УЗВ­16м, УЗВ­18м), снабженных магнитострикци­ онными, пьезокерамическими или ферритовыми преобразователя¬ ми. Полезный объем ванн 15­150 л. Очистку проводят при следую¬ щем режиме:

Электрохимическое обезжиривание. Водные растворы, используе­ мые для электрохимического обезжиривания, содержат в основном те же компоненты, что и растворы, применяемые при химической очистке. Но, учитывая активную роль, которую играют в электрохи­ мическом процессе выделяющиеся на электроде пузырьки газов, концентрация компонентов (как и в случае ультразвукового обезжи­ ривания) может быть значительно понижена. Электрохимическим способом можно обезжиривать как черные, так и цветные металлы. Типовой состав электролита (в г/л):

Условия проведения процесса:

Проблемными вопросами при обезжиривании поверхности яв­ ляются снижение энергозатрат и повышение экологической чистоты применяемых материалов. Практика показывает, что обезжирива­ ние существующими водными составами при низких температурах (25­30 °С) не обеспечивает высокое качество очистки поверхности. Хорошие результаты достигаются лишь при применении органиче­ ских растворителей и эмульсионных составов, однако при этом страдает экология. Противоречие в известной степени снимается при применении пароводоструйного и термического способов обез­ жиривания.

333

Положительным является также применение составов, не тре­ бующих последующей промывки (например, БОК­5) или допускаю­ щих сброс промывных вод без предварительной их очистки.

Травление. Окалину, ржавчину и другие оксиды чаще всего уда­ ляют с поверхности металлов травлением в растворах кислот, кислых солей или щелочей. Очистка поверхности травлением сводится к растворению оксидов и поверхностного слоя металла, восстановле­ нию оксидных соединений и их отрыву выделяющимся водородом. Травлению подвергают изделия, предварительно очищенные от ме­ ханических и жировых загрязнений.

Травление черных металлов. В качестве травильных растворов для черных металлов наиболее широко используют серную, соляную и ортофосфорную кислоты с различными добавками и присадками.

При травлении кислотами на кинетической кривой уменьшения массы образца (рис. 9.2) можно выделить три периода: I ­ растворе­ ние оксидов (окалины); II ­ появление анодных участков поверхно­ сти, сопровождаемое одновременным растворением оксидов и ме­ талла; III ­ растворение металла. Значения tg а и tg в характеризуют скорость травления и растворения (коррозии) металла соответствен­ но. Наилучшей является технология, при которой tg а максимален, а tg в минимален.

Серная кислота более активно взаимодействует с железом, чем с безводными ее оксидами (при травлении растворяется не более 20 % окалины). Проникая в поры и трещины окалины, кислота растворяет поверхностный слой металла и тем самым нарушает его связь с ока­ линой. Поэтому травление в серной кислоте связано с образованием значительного количества шлама, наводораживанием стали, ее ох­ рупчиванием. Поверхность металла в результате "растравливания" имеет высокоразвитый рельеф. Наиболее часто используют кислоту

сконцентрацией 150­200 г/л, процесс травления ведут при 50­80 °С.

Всоляной кислоте удаление окалины происходит преимущест­ венно в результате ее растворения (снижение массы окалины дости­ гает 50 % и более). Вследствие этого поверхность металла после трав­ ления в соляной кислоте оказывается более гладкой, чем в серной: снижается и степень шламообразования. Травление в соляной кисло­ те удовлетворительно идет при температурах 20­60 °С, оптимальная концентрация кислоты 100­150 г/л. Применение соляной кислоты, однако, менее удобно и экономично, чем серной. Поэтому для трав­ ления чаще применяют серную кислоту и смеси серной кислоты с соляной или хлоридом натрия. Присутствие последнего снижает ско­ рость коррозии железа, не влияя на скорость растворения его окси­ дов. Еще более эффективным в этом отношении является введение

334

вы (пасты). Их изготовляют путем введения в жидкие травильные растворы наполнителей (инфузорной земли, андезитовой муки, ас­ беста, каолина) и полимеров (карбоксиметилцеллюлозы и др.). Пас­ ты наносят на поверхность шпателем, штукатурными лопатками или пастопультом и выдерживают 1­6 ч. После этого поверхность про­ мывают водой, наносят пассивирующую пасту (с Н3 РО4 или Н2 СгО4 ) и через 0,5­1 ч снова промывают и высушивают.

При подготовке поверхности стали, особенно легированных ма­ рок, нередко применяют электрохимическое (анодное) травление, которое проводят в ваннах, содержащих серную, соляную кислоты или поваренную соль с концентрацией 30­50 г/л.

Травление цветных металлов. При травлении цветных металлов преследуются две цели: удаление оксидов с поверхности и создание активного слоя для повышения адгезии покрытий.

Алюминий и его сплавы травят в 5­10 % растворе каустической соды с добавлением сульфонола (~ 0,5 г/л) при 60­70 °С. После трав­ ления в течение 3­10 мин и промывки изделия обрабатывают (освет­ ляют) 15­20 %­й азотной кислотой при 15­25 °С в течение 2­3 мин. Обработку деталей из меди и медных сплавов ведут в две стадии: сна­ чала проводят травление в азотной кислоте (700­800 г/л) или ее сме­ сях с серной, затем поверхность осветляют кратковременным воздей­ ствием смеси серной, азотной и соляной кислот.

Термическую окалину с поверхности титана и его сплавов сни­ мают, погружая изделия в расплав смеси едкого натра и нитрата на­ трия (4:1 по массе) при 420­440 °С; при травлении магниевых спла­ вов используют разбавленные растворы азотной кислоты (30­90 г/л). Травление цветных металлов (как и черных) можно сочетать с их обезжириванием. С этой целью в состав травильных растворов вво­ дят ПАВ (ОП­7, ОП­10 и др.) и противопенные добавки (жидкость ПМС­200А, уайт­спирит). Применяют также составы, представляю­ щие собой эмульсии органических растворителей (алифатических и хлорированных углеводородов) в кислотах, или водные растворы смесей фосфорной кислоты с ее солями (Na3PO4).

Обязательными операциями при травлении цветных металлов являются промывка и пассивация; последнее осуществляется кратко¬ временной (1­2 мин) обработкой изделий растворами бихромата калия или хромовой кислоты с концентрацией 1­3 г/л при 60­65 °С.

Травление черных и цветных металлов кислотами ­ наиболее дешевый способ очистки поверхности от оксидов. Ниже приведены примерные данные по относительной стоимости обработки 1 м 2 по­ верхности разными способами. За единицу принята обработка хи­ мическим травлением в серной кислоте.

336

В отношении срока службы покрытий наилучшей является обра­ ботка поверхности сухими абразивами.

Удаление старых покрытий. Химический способ удаления старых покрытий среди других способов (выжигание, механическая очистка) считается наиболее эффективным. Удаление основано на растворении, набухании или химическом разрушении материала пленки, т. е. пре­ вращении пленки в состояние, при котором она легко может быть сня­ та с поверхности механическим путем или струей воды. Применяют неорганические и органические смывки ­ жидкие и пастообразные со­ ставы на основе щелочей, кислот и смеси органических растворителей.

Неорганические щелочные составы изготовляют на основе едко­ го натра (100­300 г/л) с добавлением щелочных солей (карбоната, силиката или глюконата натрия); для получения густых составов в водные растворы вводят также мел и оксид кальция. Такие составы пригодны для удаления масляных, алкидных и других покрытий, содержащих гидролизующиеся компоненты. Щелочными составами можно удалять покрытия с поверхности любых металлов, кроме алюминия и его сплавов. Мелкие изделия погружают в ванну со ще­ лочным раствором, нагретым до 70­95 °С; на поверхность крупнога­ баритных изделий составы наносят кистью. Поверхность после уда­ ления покрытия тщательно промывают теплой водой.

Органические смывки представляют собой сложную смесь рас¬ творителей с добавлением замедлителей испарения (парафина, воска, стеаратов металлов, флотирующихся пигментов), загустителей (эфи­ ров целлюлозы, перхлорвинила, древесной муки, аэросила), "раз¬ рыхлителей" (уксусной, муравьиной, фосфорной кислот, аммиака), ПАВ и ингибиторов коррозии (при наличии кислот).

Основными компонентами смывок являются высокоактивные растворители: хлорсодержащие углеводороды (метиленхлорид, ди¬ хлорэтан, трихлорэтилен), амиды (диметилформамид, диметилаце­ тамид), формальгликоль, метилдиоксан, тетрагидрофуран, N­метил­ пирролидон, пропиленкарбонат. Добавками, повышающими их ак¬ тивность, могут служить соединения разных классов: спирты, гликоли, простые и сложные эфиры, ароматические углеводороды, амины и соли аминов, карбоновые кислоты и др. Предпочтительны негорю¬ чие смывки, которые изготовляют на основе галогенсодержащих уг¬ леводородов либо в виде водных эмульсий.

337

Наибольшее число отечественных смывок (СП­6, СП­7, СП­8, СПС­1, АС­1, АС­34, СНБ, БЭМ­2) изготавливаются с применением метиленхлорида ­ неогнеопасного и наиболее активного растворите¬ ля по отношению ко многим видам покрытий, вместе с тем доста¬ точно токсичного и летучего. Последнее обстоятельство обусловли¬ вает повышенный расход метиленхлоридных смывок.

Наиболее просты по составу смывки, предназначенные для уда¬ ления покрытий методом погружения изделий. Они могут не содер¬ жать загустителей и других веществ, замедляющих испарение рас¬ творителей. Примером могут служить смеси (по объему) трихлор­ этилена и муравьиной кислоты (90 : 10) или диметилформамида и диэтиламина (95 : 5). С их помощью покрытия можно удалять под слоем воды (поскольку их плотность больше единицы). При об¬ работке в ваннах (вентилируемых аппаратах) обычно предусмат¬ ривается обогрев. Это существенно ускоряет разрушение покры¬ тий.

Для удаления покрытий с больших поверхностей требуется на¬ носить смывки толстыми слоями (1­2 мм) из расчета потребного для разрушения количества растворителей G (в г/м2 ), которое определя­ ется суммой поглощенного Јп и испарившегося Ји растворителя за время разрушения покрытия:

G = & + &

Органические смывки наносят на поверхность шпателем, кистью или распылением. Продолжительность действия зависит от типа смывки и покрытия. Так, для набухания покрытия, состоящего из слоя грунтовки ФЛ­ОЗК и трех слоев эмали ПФ­218, требуется: при использовании смывки АФТ­1 ­ 30 мин; СП­7 ­ 13 мин, СПС­1 ­ 10 мин. Набухшее покрытие удаляют механически скребком или смывают струей воды.

Ниже приведен состав (в %) некоторых органических смывок отечественного производства:

338

Алкидные, масляные, виниловые покрытия удаляются смывка­ ми сравнительно легко. Для них применяют смывки (АС­1, СП­7) на метиленхлориде, обладающие наиболее высоким коэффициен¬ том диффузии в покрытия по сравнению с другими растворите¬ лями.

Много труднее разрушаются химически стойкие покрытия (эпок­ сидные, полиуретановые), а также покрытия, получаемые из термо­ реактивных порошковых красок. Удовлетворительный эффект в этом случае достигается при использовании современных смывок АС­34, изготовляемых ОАО НПФ "Пигмент" и № 133П ­ производства ООО

"Менделеев".

9.1.4. НАНЕСЕНИЕ КО НВЕРСИО ННЫХ ПО КРЫТИЙ

Назначение конверсионных покрытий ­ повысить противокор­ розионную стойкость металла, улучшить адгезию лакокрасочных покрытий, сделать их более долговечными. Конверсионные покры­ тия наносят перед окрашиванием преимущественно на те изделия, которые подвергаются эксплуатации в жестких и особо жестких ус­ ловиях. Наибольшее применение нашли покрытия, получаемые ме­ тодами фосфатирования, оксидирования, хроматирования.

Фосфатирование. С химической точки зрения фосфатирование ­ процесс образования на поверхности слоя из нерастворимых в воде фосфатов металлов. Фосфатируют обычно черные металлы (кроме чугуна и стального литья), несколько реже цветные ­ алюминий, цинк и др. Процесс фосфатирования заключается в обработке по­ верхности металлов водными растворами фосфорнокислых солей. В зависимости от характера образующихся фосфатов различают кри­ сталлическое и аморфное фосфатирование, а по условиям проведе­ ния процесса ­ с нагреванием и холодное.

Кристаллическое фосфатирование наиболее распространено в про­ мышленности. Для его проведения используют соли двухвалентных металлов, преимущественно монофосфат цинка Zn(H2 PO4 )2 • H2 O. Из растворов этой соли с рН 3,0­3,6 образуются нерастворимые фосфаты в виде кристаллогидратов с толщиной слоя от 2 до 25 мкм и массой 1 м2 1­10 г. В состав цинкфосфатных слоев, получаемых на стальной поверхности, входят гопеит Zn3 (PO4 )2 • 4H2 O и фосфофил­ лит Zn2Fe(PO4)2 • 4H2 O. Эти соединения образуют неразрывное целое с металлом, изменяя природу поверхности и делая ее пассивной в коррозионном отношении.

339

Фосфатированные металлы хорошо смачиваются жидкими лако­ красочными материалами. Благодаря этому и развитой поверхности достигается высокая адгезия покрытий, в том числе и тех, которые в обычных условиях плохо адгезируют. Фосфатные покрытия в зави­ симости от состава имеют термостойкость 150­220 °С. Они обладают хорошими диэлектрическими свойствами; цвет покрытий ­ от свет­ ло­серого до темно­серого. Фосфатирование ­ лучший способ грун­ тования поверхности при нанесении лакокрасочных покрытий.

Кристаллическое фосфатирование ­ типичный электрохимиче­ ский процесс, характеризующийся следующими реакциями:

в растворе

Фосфатирование ускоряется при введении в растворы монофос­ фата цинка, окислителей (нитраты, нитриты, перхлораты, персуль­ фаты щелочных металлов) или соединений металлов (например, меди), которые имеют более положительный электродный потенци­ ал, чем железо. Добавки окислителей выполняют роль деполяриза­ торов катодной реакции, сопровождающейся выделением водорода, а соединения меди, восстанавливаясь, создают на поверхности до­ полнительные микрокатоды. В результате продолжительность фос­ фатирования сокращается до 2­10 мин.

Нередко для достижения специальных целей в растворы вводят различные добавки. Например, присутствие никеля и кобальта обес­ печивает получение более равномерного покрытия, наличие фтора улучшает покрываемость алюминия и легированной стали, кальция ­ способствует кристаллизации фосфатов.

Выпускаются готовые к применению жидкие фосфатирующие концентраты КФ­1, КФЭ­3, КФ­12, КФ­14, КФ­15, КФ­16, КФ­17, КЦФП и др. Концентрат КФ­1 имеет следующий состав (в %):

340