Металловедение

401

ческими свойствами; выдерживают нагрев до 100-120° С. На основе этилцел-

люлозы изготовляют электроизоляционные и химически стойкие лаки и эмали,

которыми покрывают ткань, резину, бумагу. Ацетобутират целлюлозы, хорошо растворяясь в органических растворителях, также применяется для изготовле-

ния лаков. В отличие от нитролаков ацетобутиратные лаки образуют негорючие покрытия и применяются в качестве изоляционных и авиационных лаков.

Покрытия на основе различных виниловых смол имеют высокую атмо-

сферостойкость, водостойкость, маслостойкость и химическую стойкость к различным реагентам. Наиболее широкое применение получили различные сорта эмалей и лаков на перхлорвиниловой основе - для окраски морских и речных судов, аппаратуры и металлоконструкций химических заводов, а также сельскохозяйственных машин и т. п. Ацетали поливинилового спирта: поливи-

нилбутираль, поливинилформаль и другие применяются преимущественно для грунтовочных покрытий, так как обладают высокими адгезионными свойства-

ми.

§ 1. Технологический процесс окраски

Технологический процесс окраски состоит из следующих основных опе-

раций: подготовки поверхности под окраску; грунтования; шпатлевания; шли-

фования; нанесения промежуточных и внешних слоев покрытия, полирования.

Подготовка поверхности под окраску играет важную роль для получения качественных лакокрасочных покрытий. При плохой подготовке покрытие мо-

жет не образоваться или начнет отслаиваться и будет иметь плохой вид; кроме того, возрастет трудоемкость отделочных операций. В отдельных случаях по-

ристые материалы предварительно пропитывают специальными составами для заполнения пор, антисептирования, защиты от воспламенения и т. п.

Антикоррозионная защита и достаточная сцепляемость покрытия с ме-

таллом могут быть обеспечены лишь при тщательной очистке обрабатываемого изделия от посторонних загрязнений. Детали и изделия, поступающие для на-

402

несения покрытия, часто имеют дефекты механической и термической обработ-

ки (заусенцы, вмятины, забоины, царапины, раковины, острые кромки, узлы и т. д.). Особенно важно полное удаление окалины, ржавчины, формовочной зем-

ли, остатков сварных флюсов, масляных и других загрязнений и т. д., так как химическая неоднородность поверхности металлов значительно снижает корро-

зионную стойкость (скорость коррозии под влиянием окалины может увели-

читься в 30-40 раз). Различные жировые загрязнения, соли, пыль и т. д. оказы-

вают влияние на прилипаемость покрытия.

Перед нанесением защитных или декоративных покрытий детали и изде-

лия подвергают механической, термической, химической пли электрохимиче-

ской обработке. Механическая обработка применяется для удаления окалины,

ржавчины, шлаковых включений, старой краски, устранения царапин, неровно-

стей и других дефектов. Термической обработкой удаляют окалину, ржавчину,

а также старую краску. К химическим и электрохимическим видам обработки относятся: травление и декапирование с целью удаления окалины и продуктов коррозии; обработка в щелочных растворах и в органических растворителях для удаления жировых загрязнений.

Механическая обработка имеет следующие виды: пескоструйная, дробе-

струйная или дробеметная очистка; крацевание; шлифование и очистка ручным инструментом.

Крацевание - разновидность механической обработки поверхности пред-

ставляет собой процесс обработки изделий с помощью быстро вращающихся дисковых проволочных щеток.

Шлифование широко применяется при подготовке поверхности к окра-

шиванию. Шлифованием придают изделиям ровную и гладкую поверхность и удаляют окисные пленки; оно осуществляется на станках или ручным способом при помощи абразивных дисков или кругов, шлифовочными шкурками, порош-

кообразными абразивными материалами.

403

Пескоструйная очистка является одним из эффективных методов подго-

товки поверхности. Сущность процесса состоит в том, что струя просеянного и просушенного кварцевого песка направляется сжатым воздухом через специ-

альное сопло на поверхность изделий. Песок, ударяясь о поверхность изделий,

очищает ее; поверхность становится серой, матовой, с равномерной шерохова-

тостью.

Термическая обработка поверхности с целью удаления окалины, ржавчи-

ны, старой краски, масел и т. д. производится при помощи кислородно-

ацетиленовой или керосиново-кислородной горелки. Окалина, имея небольшой коэффициент теплового расширения, при термической обработке легко рас-

трескивается и отслаивается; ржавчинаразрыхляется и легко удаляется про-

волочной щеткой или наждачной шкуркой. Термический способ очистки отли-

чается экономичностью и высокой производительностью; он применяется для изделий, имеющих толщину не менее 5 мм, для предотвращения коробления и деформации металла. Окрашивание производят сразу же после очистки, пока металл еще теплый; это сокращает срок сушки лакокрасочных покрытий.

Химическая и электрохимическая обработка поверхности, т. е. обработка металлических изделий в растворах кислот, кислых солей или щелочей с целью удаления окислов с поверхности металла называется травлением. При травле-

нии изделия погружают в соответствующие растворы, реагирующие с окислами данного металла. Перед травлением изделия очищают от жировых загрязнений.

Электрохимическое травление дает возможность значительно быстрее провести процесс травления и сократить расход кислоты. Непосредственно перед нане-

сением защитных покрытий детали подвергают декапированию - быстрому удалению легкого налета окислов, образующихся на поверхности очищенных изделий.

Удаление с поверхности изделий жировых и масляных загрязнений про-

водят при помощи веществ, растворяющих жиры и масла или эмульгирующих

404

(собирающих в эмульсию) их. Обезжиривание осуществляют: органическими растворителями; щелочными растворителями; электрохимической обработкой.

При обезжиривании органическими растворителями обычно применяют бен-

зин, лаковый керосин, скипидар, дихлорэтан, трихлорэтан, тетрахлорэтан, че-

тыреххлористый углерод. Хлорсодержащие растворители хорошо растворяют жиры и масла; они не взрывоопасны, не воспламеняются (обезжиривание мож-

но проводить при повышенной температуре). Недостатком органических рас-

творителей, особенно хлорсодержащих, является ядовитость их паров и высо-

кая стоимость.

Для обезжиривании железа, стали, чугуна, никеля, меди и других метал-

лов, трудно растворяющихся в щелочах, применяют растворы едких щелочей.

Для изделий из олова, свинца, цинка, алюминия, а также изделий из черных ме-

таллов, имеющих оловянную пайку, употребляют растворы щелочных солей,

например углекислый натрий, фосфорнокислый натрий, углекислый калий, рас-

творимое стекло, мыло. Обычно пользуются смесью солей, а для ускорения обезжиривания добавляют небольшое количество едкого натра. При электро-

химическом обезжиривании применяют растворы того же состава, что и при химическом обезжиривании.

Для ускорения процессов обезжиривания и травления металлических по-

верхностей широкое применение нашли ультразвуковые колебания. Ультразву-

ковая очистка деталей от жира, грязи, остатков абразивных материалов прово-

дится в обычных обезжиривающих составах; при очистке от ржавчины и ока-

лины травлением применяют кислоты. Для проведения очистки детали поме-

щают в указанные жидкие среды, которые подвергают «озвучиванию». Эффек-

тивно применение ультразвуковых колебаний для очистки мелких деталей и деталей сложной конфигурации, когда обычные способы очистки связаны со значительной продолжительностью процесса и низким качеством очистки труднодоступных участков. Ультразвук применяют при очистке средне- и

405

крупногабаритных изделий: для обезжиривания автотракторных блоков, трав-

ления листового металла и т. п. Применение ультразвука обеспечивает высокое качество очистки, значительное ускорение процесса и возможность сокращения производственных площадей.

Грунтование-нанесение первого слоя лакокрасочного покрытия непо-

средственно на окрашиваемую поверхность. Основной целью грунтования яв-

ляется создание хорошей сцепляемости между металлом и последующими слоями лакокрасочных покрытий. При нанесении на металлы грунтовочный слой должен быть стойким к действию веществ, вызывающих коррозию. Цвет и укрывистость грунтовочного слоя в непрозрачном покрытии не имеет решаю-

щего значения. Материал, применяемый для нанесения грунтовочного слоя, на-

зывается грунтом, а операция его нанесения грунтованием. Образование лако-

красочной пленки происходит в процессе сушки лакокрасочного материала, на-

несенного на поверхность.

Шпатлевание - это процесс, при котором между грунтом и верхними по-

кровными слоями наносят промежуточные слои. Окрашиваемая поверхность различных объектов и изделий обычно имеет вмятины, раковины, царапины и прочие дефекты, которые заполняются и выравниваются при помощи шпатле-

вок. Дефекты окрашиваемых поверхностей лучше устранять предварительной механической обработкой (обрубкой, шлифовкой, пескоструйной обработкой,

галтовкой), так как недостаточно эластичный слой шпатлевки подвержен рас-

трескиванию, вследствие чего нарушается прочность покрытия.

Для улучшения внешнего вида окраски и получения гладкого покрытия наносят шпатлевочные слои. Шпатлевка, или подмазочная масса, представляет собой густую красочную пасту состоящую из пигментов и наполнителей (же-

лезный сурик, охра, мел и др.), затертых на пленкообразующих основах. Разли-

чают клеевые, масляные, лаковые, нитроцеллюлозные, перхлорвиниловые,

эпоксидные и другие шпатлевки.

406

Шлифование (прошкуривание) применяется для устранения шеро-

ховатостей и неровностей, высохшей зашпатлеванной поверхности перед по-

следующей окраской; оно применяется также и для улучшения сцепления меж-

ду слоями покрытия. Для шлифования используют абразивные материалы с большой твердостью и режущей способностью (наждак, карборунд, пемза и т.

п.).

Нанесение промежуточных и внешних слоев покрытия производят после нанесения грунтовки и шпатлевки (если таковая предусмотрена). Первый слой краски наносится более тонким, чем последующие слои покрытия. Он является

«выявительным» - выявляющим все дефекты шлифования по шпатлевке. Выяв-

ленные дефекты исправляют быстросохнущими шпатлевками, после чего нано-

сят последующие слои покрытия. Покровные, или лицевые, слон покрытия придают поверхности изделия нужный цвет, оттенок, блеск или матовость, ук-

рывистость, а иногда и рисунок. После нанесения последнего лицевого слоя для придания желаемого вида покрытию производят флейцевание - сглаживание свежеокрашенной поверхности мягкими сухими кистями, торцевание-

обработку поверхности при помощи щетки (торцовки) для придания ей шагре-

необразного вида, лакирование - нанесение лака или полирование лицевого по-

крытия полировочой пастой и водой.

Полирование лакокрасочных покрытий производят для придания им ус-

тойчивого блеска. Этот вид обработки гладких поверхностей лакокрасочных покрытий осуществляется специальными полировочными пастами или полиро-

вочными абразивными материалами.

§ 2. Способы нанесения лакокрасочных материалов

При нанесении лакокрасочных материалов применяются следующие основные способы окраски: кистевая окраска; окраска распылением; окра-

ска погружением и обливанием; накатка краски вальцами.

407

Кистевая окраска - нанесение краски кистью; рабочая вязкость краски должна быть в пределах 40-80 с по воронке ВЗ-4, т. е. иметь малярную консистенцию; краска должна легко сходить с кисти при небольшом на-

жиме на окрашиваемую поверхность и допускать легкую растушевку.

Преимущество этого способа перед другими состоит в том, что растуше-

вывание дает хорошее прилипание краски к поверхности.

Окраска распылением в несколько раз производительней ручной окра-

ски и применима для самых разнообразных лакокрасочных материалов.

Методом распыления можно окрашивать самые разнообразные изделия, за исключением очень мелких. Совершенным методом является окраска в электростатическом поле (электрокраска). При этом покрытие получается равномерным, сплошным и без потеков; экономия лакокрасочных мате-

риалов составляет до 30-50%. Процесс может быть полностью автомати-

зирован. Так окрашиваются кузовы автомашин, бидоны, велосипедные рамы, швейные машины и т. п.

Окраска погружением и обливанием: этот метод производителен и прост по технике выполнения. Он применим к изделиям обтекаемой фор-

мы, на которых при выгрузке из ванны или при обливании не задержива-

ется краска. Для окраски погружением (рис. 181) используют преимуще-

ственно глифталевые и другие маслосодержащие эмали. Окраску в бара-

банах применяют для мелких изделий (пистоны для обуви, пуговицы и т.

д.); она отличается высокой производительностью и малым расходом ма-

териала.

Накатка крас-

ки вальцами при-

меняется лишь для окраски и лаки-

ровки плоских из-

408

делий, например досок, листового материала и др. Нанесение лакокрасоч-

ных материалов производится также при помощи ручных эластичных ва-

ликов.

§ 3. Сушка лакокрасочных покрытий

Нанесенные на поверхность лакокрасочные покрытия подвергают холодной или горячей сушке. Холодную сушку проводят на воздухе при температуре помещения не ниже 12° С и относительной влажности не бо-

лее 65%. Горячую сушку осуществляют горячим воздухом (конвекцион-

ная), инфракрасными лучами (радиационная), токами промышленной пли повышенной частоты (индукционная). Температура сушки зависит от употребляемого лакокрасочного и окрашиваемого материалов. Чрезмерно высокая температура может вызвать ухудшение прочностных свойств ок-

рашенного материала и дефекты в покрытии: вздутие, растрескивание, из-

менение цвета и даже обугливание.

Сушку горячим воздухом производят в сушильных шкафах или каме-

рах; в зависимости от лакокрасочного материала и температуры она имеет продолжительность от 0,5 до 6 ч.

Сушка инфракрасными лучами длится 10-20 мни. Инфракрасные лучи проникают через лакокрасочное покрытие и практически мгновенно разо-

гревают окрашенный металл, и сушка происходит из глубины к поверхно-

стному слою. Этим исключается образование пузырей. Излучатели инфра-

красных лучей подразделяются на светлые и темные. Светлыми излучате-

лями служат обычные электрические лампы с рефлекторами или зеркаль-

ные лампы мощностью 250-500 В с посеребренной изнутри поверхностью.

Они хрупки и недолговечны отфильтровывают стеклянной колбой лампы более длинноволновую часть инфракрасных лучей, расходуют много элек-

троэнергии. Темные излучатели не имеют этих недостатков. Это - метал-

лические пли керамические листы, которые нагревают горячими газами

409

или электронагревателями. Накаляясь, они дают инфракрасное излучение.

Воздух в сушильной камере также нагревается, и такую сушку называют конвенционно-радиационной. Передвижные установки с инфракрасными излучателями применяют для быстрой сушки на окрашенной поверхности надписей, рисунков и подкрашенных участков.

Сушку токами промышленной и повышенной частоты используют при окраске изделий из стали и других материалов, обладающих магнитной проницаемостью. К окрашенной поверхности приближают электромагни-

ты с обмоткой, включенной в сеть промышленной частоты (50 Гц). Обра-

зующееся магнитное поле вызывает в металле окрашенной детали потери на перемагничивание (гистерезис) и токи Фуко, вследствие чего металл бы-

стро разогревается и покрытие высыхает. Особенно быстро (в течение 3-5

мин) осуществляется сушка при повышенной частоте (650-750 Гц). Этот метод сушки пригоден для деталей несложной формы; при сложной кон-

фигурации деталей трудно обеспечить равномерность нагрева.

§ 4. Особенности окраски различных материалов

Окрашивание древесины, несмотря на общее сходство с окрашиванием металла, имеет некоторые особенности, определяемые специфическими свойствами древесины. Пористость древесины улучшает прилипание к ней лакокрасочных покрытий, но окрашивание деревянных изделий без пред-

варительного заполнения пор на поверхности требует повышенного рас-

хода лаков и красок и затрудняет получение равномерных и сплошных по-

крытий. Повышенная влажность древесины и ее паропроницаемость ухудшают высыхание лакокрасочных покрытий и их прилипание к по-

верхности древесины. Невысокая термостойкость древесины (термическое разложение начинается при температуре 140° С) позволяет производить сушку лакокрасочных покрытий при температуре не выше 7080° С. Под-

верженность загниванию от различных грибков вызывает необходимость

410

обработки дерева химическими веществами, ядовитыми для грибков анти-

септиками (нафтенат меди, пентахлорфенолят меди, хлористый цинк, кре-

озотовое масло и др.).

Различают два вида покрытия по древесине:

- непрозрачное (кроющее) покрытие, называемое малярной отделкой,

закрывает текстуру дерева и поэтому применяется для простых пород -

ели, сосны. Цель его - не только хороший внешний вид, но и защита от ат-

мосферных влияний, гниения, повышение водостойкости. Такие покрытия используют в вагоностроении, судостроении, машиностроении (особенно сельскохозяйственном), в строительстве и пр.; при этом применяют пиг-

ментированные лакокрасочные материалы - масляные, нитроцеллюлоз-

ные, перхлорвиниловые ит. п.;

- прозрачное покрытие (лакирование и полирование), называемое столярной отделкой, не закрывает, а, наоборот, подчеркивает текстуру де-

рева. Поэтому эти покрытия применяют главным образом в мебельной промышленности для отделки дорогих пород дерева с красивой текстурой;

при этом используют нитроцеллюлозные и спиртовые лаки и политуры.

Окрашивание и лакирование тканей, кожи, бумаги и других материалов волокнистого строения значительно отличается от покрытий по металлу.

Вследствие пористости поверхности краски и лаки, нанесенные на волок-

нистый материал, проникают в него на значительную глубину и склеивают между собой отдельные нити и волокна. Окрашивание и лакирование во-

локнистых материалов широко применяют в электротехнической про-

мышленности и для пропитки обмоток различных электростатических машин и проводов с хлопчатобумажной оплеткой, в самолетостроении -

для покрытия конструктивных элементов самолетов, в кожевенной про-

мышленности - для окрашивания кожи и в ряде других производств, на-