На Климовском машиностроительном заводе внедрено изобретение, которым уже заинтересовались более 10 заводов и институтов страны.
С давних времен, чтобы защитить металл от коррозии, а также для декоративных целей его покрывают лаками, красками. Для улучшения качества покрытия поверхность перед покраской грунтуют и шпаклюют. Такая подготовка поверхности - операция трудоемкая. А главное, что и после ее проведения (зачастую многократного) не всегда получается надежное сцепление (адгезия) покрытия с деталью. В результате химическая стойкость такого лакокрасочного покрытия, особенно в тропических условиях, оказывается весьма низкой.
Да, и сам процесс покраски имеет много отрицательных сторон. Прежде всего растворители и разбавители, применяемые в жидких красках, а их до 60 - 70 процентов от объема краски, довольно долго высыхают и при этом сильно загрязняют атмосферу. Кроме того, они очень опасны в пожарном отношении. Наконец, используемые в качестве растворителей и разбавителей ценные химические вещества (ацетон, спирты, ароматические углеводороды, сложные эфиры и др.) буквально выбрасываются в трубу.
Около 20 лет назад у нас в стране и за рубежом начали внедрять полимерные покрытия (их еще называют сухими красками). Такие покрытия заменяют не только жидкие краски, но, и декоративные гальванические покрытия, особенно в тех случаях, когда приходится полировать поверхность до, и после покрытия. Полимерные покрытия нашли широкое применение благодаря своей высокой химической стойкости, отсутствию ценных, загрязняющих воздух растворителей и разбавителей, и красивому внешнему виду (даже при однократном нанесении).
Вначале применялся газопламенный метод покрытий струей воздуха полимер через газовую горелку подавался на покрываемую поверхность и оплавлялся. При таком способе значительная часть полимера сгорает или окисляется.
В 1952 году фирма «Кнапсак-Грисхайм» (ФРГ) разработала новый способ получения полимерных покрытий, который стал самым распространенным. При этом способе порошок полимера (поливинилбутираля, полиэтилена, полиамида) как бы разбавляется воздухом, подаваемым снизу. Получается псевдожидкость - раствор полимера в воздухе. В эту жидкость и окунают нагретую деталь. Порошок на ее поверхности плавится, образуя красивое глянцевое покрытие. Но простым окунанием трудно получить равномерное покрытие, особенно на деталях сложной конфигурации. К тому же покрытие оказывается плохо сцепленным с поверхностью детали и нередко отслаивается. Происходит это вот почему.
Размер частиц порошка - сотые доли миллиметра, и, чтобы создать покрытие толщиной, например, 0,3 - 0,4 миллиметра, надо обеспечить оплавление на поверхности детали около 20 слоев частиц. Приходится для этого нагревать деталь до таких температур (290 - 320° С), что внутренний слой, непосредственно прилегающий к покрываемой поверхности, начинает окисляться. В результате нарушается структура полимера, ухудшается его сцепление с покрываемой поверхностью.
На Ивановском заводе чесальных машин с 1965 года, а позднее и на Климовском машиностроительном заводе стали работать над усовершенствованием способа покрытия металла полимерами.
В конце 1972 года на Климовском машиностроительном заводе вступила в строй линия полимерных покрытий оригинальной конструкции, на которую получено авторское свидетельство.
В основе этой линии (ЛППЭП) лежит принцип покрытия детали электрически заряженным порошком полимера. Эта отправная для нас идея была впервые реализована в Советском Союзе на линии «Радуга», созданной ленинградскими специалистами, чей опыт оказал нам существенную помощь. Но там был сохранен процесс покрытия в псевдосжиженном слое, хотя и в электрическом поле. Мы же пошли по другому пути.
Деталь без предварительного нагрева по конвейеру поступает в камеру напыления. (Конвейер представляет собой монорельс, по которому движутся каретки с подвесками.) Здесь пневматический эжектор (струйный насос) подает порошок в сопло - металлическую воронку, в раструбе которой укреплена сетка с пучками медной проволоки в ее узлах. К соплу, а значит, и к медным проволочкам-иглам (эмиттеру) подведен отрицательный заряд высокого напряжения - 30 - 50 киловольт, а деталь вместе со всем конвейером подсоединена к положительному электроду.
Благодаря высокому электрическому потенциалу между иглами и деталью создается сильное поле - около миллиона вольт на сантиметр. Под действием этого поля из меди вылетают электроны, способные преодолеть довольно высокий потенциальный барьер на границе металл - газ, то есть возникает туннельная эмиссия электронов. Эти электроны оседают на поверхности движущихся вдоль поля пылинок полимера, которые превращаются в отрицательные ионы. Такие пылинки-ионы совместным действием электрического поля и воздушного потока подаются на поверхность положительно заряженной дета ли, и оседают на ней ровным, плотным слоем.
Подвижность отрицательных ионов в воздухе достаточно высока и это создает благоприятные условия для равномерного покрытия всей поверхности детали даже со стороны, противоположной направлению струи.
Полимерный порошок, применяемый для покрытия, обязательно должен быть диэлектриком. Таково гласное к нему требование. Именно благодаря этому свойству частица, осев на поверхность детали, не спешит отдать ей свой заряд. Пылинка остается отрицательным ионом и силой электростатического заряда удерживается на поверхности детали. Величина этой силы, согласно закону Кулона, прямо пропорциональна напряженности поля (или величине заряда), и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. Значит, чем выше будет напряжение, тем более толстый слой порошка сможет удержаться электростатическим зарядом на поверхности детали, тем толще будет покрытие. С другой стороны, между частичками порошка на поверхности детали возникают силы отталкивания, ведь всё они с одноименными (отрицательными) зарядами. Эти силы растут с увеличением толщины покрытия, то есть с увеличением количества отталкивающихся частиц. А силы притяжения, действующие между частицами и деталью, падают и при этом быстрее - обратно пропорционально квадрату расстояния. Такое противоборство сил служит хорошим механизмом, способствующим образованию на всей поверхности детали покрытия равной толщины.
Порошок, не осевший на деталь, или опускается в емкость, откуда вновь засасывается эжектором, или попадает в сильную вытяжную вентиляцию и с потоком воздуха направляется в циклон-воздухоочиститель. Здесь воздух очищается и выбрасывается наружу, а порошок из бункера циклона возвращается в камеру напыления.
Покрытая порошком деталь, двигаясь непрерывно на подвеске конвейера, проходит через радиационную печь, где порошок плавится, создавая ровное глянцевое покрытие. Здесь следует упомянуть о втором требовании к материалу покрытия он должен быть термопластичным, то есть становиться текучим при нагреве и его температура плавления, конечно, должна быть значительно ниже температуры термического разложения (деструкции).
После выхода из печи покрытие медленно охлаждается (деталь при этом проходит натяжную станцию конвейера). Потом деталь попадает в устройство, где окончательно охлаждается водой. После этого оператор снимает ее с конвейера.
Несомненно, что применение высокочастотного нагрева поверхности деталей вместо радиационного позволит резко повысить и производительность линии, и качество покрытия.
На всем своем пути по замкнутому конвейеру (длиной 36 метров) детали движутся равномерно и непрерывно со скоростью около 1,4 метра в минуту, не опускаясь и не поднимаясь, что упростило конструкцию конвейера. Правда, для нагрева крупных деталей оператор останавливает конвейер на несколько минут (в зависимости от их массы), но никаким изменением траектории движения это не сопровождается.
Детали на нашей линии можно покрывать любыми составами, любыми полимерами, лишь бы они удовлетворяли требованиям, которые предъявляются к материалам покрытия. Причем чистый полимер может и не соответствовать этим требованиям, но тогда на его основе приходится готовить порошок сложного состава, годный для покрытия.
В тех случаях, когда нужно получить антифрикционное покрытие, используют полиамиды; для химически стойких покрытий служат полиолефины; поливинилбутираль - для декоративных покрытий и т. д.
Полимеры можно смешивать, получая композиции с различными свойствами.
Для придания покрытию желаемого цвета в полимеры вводят высокодисперсные порошки различных красителей. Кроме того, в покрытие необходимо добавлять загустители - без этого вязкость полимер» настолько снизится, что он будет стекать с детали.
Наконец, в полимеры вводят различные стабилизаторы, антиокислители и другие вещества, которые повышают стойкость покрытий к воздействию температур, кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей и т. д.
В настоящее время Охтинский химический завод (Ленинград) выпускает сухие порошковые краски для полимерных покрытий.
Для нашей линии мы сами готовим краски к порошкообразному поливинилбутиралю добавляем 8 процентов двуокиси титана и около 10 процентов окиси хрома. Эти пигменты и их количество подобраны так, что они выполняют функцию загустителя и частично антиокислителя, и придают покрытию салатный цвет.
Чтобы детали можно было покрывать различными составами, у линии есть четыре камеры напыления, которые установлены на подвижных тележках. Смена камер производится нажатием кнопки на центральном пульте управления линией.
Линия ограждена, оснащена соответствующими приборами, устройствами блокировки. Все это обеспечивает полную безопасность работы.
Расчеты показывают высокую эффективность нашей установки. Уже получена экономия в несколько тысяч рублей.
Анализ химической и атмосферной стойкости полимерных покрытий говорит об их высоких качествах. Например, в тропическом климате покрытия на основе поливинилбутираля оказываются в 2 раза более стойкими, чем гальванические покрытия (медь - никель - хром), и не менее, чем в 4 раза по сравнению с лакокрасочными.
