Почему красим? Защита алюминия от коррозии

Почему красим? Защита алюминия от коррозии // Витрина. 2002. №2. C.18-21

При производстве алюминиевых профилей, предназначенных для строительства, естественных способностей "самозащиты" алюминия и его сплавов недостаточно. Длительный период эксплуатации строений и конструкций требует дополнительной антикоррозийной защиты.



Алюминий и его сплавы в большинстве случаев относят к материалам, стойким к коррозии. Однако, алюминий, как и другие легкие металлы, отличается большой чувствительностью к кислороду. В воздухе, или в иной кислородосодержащей среде, алюминий теряет блеск, покрываясь твердой и плотной пленкой окисла алюминия Аl2О3, которая не растворяется в воде. Эта пленка оберегает алюминий во влажной среде от дальнейшей коррозии.

Механизм коррозии алюминия, ее разновидности и устойчивость алюминия к воздействию различных химических соединений подробно рассматривались на страницах нашего журнала (см. журнал "Витрина" № 1(15)'2002, стр. 36-41). В большинстве случаев натуральная пленка окиси алюминия не является достаточной защитой от коррозии. К примеру, неорганические кислоты, даже при низкой концентрации, растворят алюминий. Сильное коррозионное воздействие оказывают фтор и едкие натр и калий. Низка сопротивляемость алюминия относительно соединений хлора и брома. Известковые и цементные растворы, мокрый бетон очень агрессивны по отношению к алюминиевым сплавам.

По этой причине при производстве алюминиевых профилей, предназначенных для строительства, естественных способностей "самозащиты" алюминия и его сплавов недостаточно. Длительный период эксплуатации строений и конструкций требует дополнительной антикоррозийной защиты.

К наиболее используемым методам относятся:

- анодированное окисление алюминия (согласно немецким исследованиям составляет 1 5% мирового производства строительных профилей);

- порошковое покрытие поверхности совместно с предварительной химической обработкой (85 % мирового производства).

Покрытие из полимеров

Окрашивание и покрытие полимерами является способом антикоррозийной защиты алюминиевых конструктивных материалов. Методы и техника покрытия постоянно совершенствуется. Этому способствует постоянное возрастание спроса на алюминиевые профили и практически неограниченная цветовая гамма, дающая широкие возможности проектантам и архитекторам.

Материалы покрытия состоят в основном из вяжущих материалов, красителей и, в ряде случаев, растворителей. Краски без растворителей называют порошковыми, с растворителями - мокрыми красками.

Методы окрашивания в современном производстве можно разделить на:

- покрытие "на мокрое" - с использованием двух-компонентной краски с отвердителем, называемой в технической литературе краска DD или PUR-Lack.

Аппликация реализуется с помощью воздушного либо электронного распыления. Затвердение и полимеризация происходит при температуре окружающей среды либо при нагревании до 80-100?С. Краски PUR-Lack можно наносить как однослойным методом, так и методом с промежуточным слоем. Эти покрытия, состоящие из полиуретанов, дают очень хорошую стойкость к действию химикатов и высокую стабильность блеска. Одновременно они характеризуются высокой упругостью и постоянством цвета. Повреждения поверхности конструкции можно исправить после монтажа, не снижая качества изделия. Достигаемая в практике толщина покрытия составляет 50-80 мм;

- покрытие порошковое - называемой порошковым методом EPS (электронный слой порошка). Искусственные смолы наносятся методом напыления в один слой и "насухо". Расплавление и затвердение наступают при температуре 180-2000С. Самые современные материалы позволяют снизить температуру полимеризации до 160-180оС. Минимальная толщина слоя должна превышать 60 мм. На практике главная роль принадлежит полиэфирным смолам, которые характеризуются высокой химической стойкостью и твердостью. Они переносят довольно значительные термические и механические нагрузки. Отличаются хорошей стабильностью блеска и постоянством цвета. Сейчас применяются полиуретановые смолы, дающие покрытие аналогичное полиэфирному, но с более высокой твердостью.

С момента выхода из полимеризационной печи все реакции заканчиваются. Обработанные изделия после охлаждения можно упаковывать и отправлять клиенту. Недостатком порошковых покрытий считается невозможность исправления с помощью порошка, а только с помощью тщательно подобранных двухкомпонентных материалов. С целью увеличения стабильности и защиты от коррозии применяется техника двухслойного нанесения полиэфирных смол, дающая возможность достижения толщины 90 и больше микрон. Особо надежную защиту дает комбинация порошковой краски с внешним прозрачным покрытием (TWIN COAT), стойким к атмосферному влиянию и поглощающим ультрафиолетовое излучение.

Эстетика и цветовая гамма порошковых покрытий

В зависимости от применяемых смол порошковые краски делятся на эпоксидные, эпоксидно-полиэфирные, полиэфирные, акриловые, полиуретановые для различного применения, с широкой цветовой гаммой и различным внешним видом: гладкие покрытия, со структурным эффектом, матовые и блестящие.

Использование разных порошковых красок позволяет предложить клиенту полную гамму цветов согласно международной системе RAL. В зависимости от индивидуальных желаний заказчика существует возможность удовлетворить все требования относительно структуры и блеска, примером чего могут быть металлизированные цвета, антично-металлические, а также с флюоресцентным эффектом либо с ограниченным блеском и структурным эффектом.

Система RAL включает 195 цветов порошковых красок и около 100 красок со специальными эффектами.

Основными европейскими производителями красок являются фирмы: бельгийская - OXYPLAST, австрийская - TIGER, швейцарская - IGP Pulvertechnic, английская - Fuller, норвежская - JOTUN, финская - TEKNOS, немецкая - BASF и многие другие.

Технология нанесения порошкового покрытия

Технология нанесения порошкового покрытия на поверхность алюминия предусматривает ее предварительную подготовку. Процесс подготовки металлической поверхности пред нанесением порошкового покрытия состоит из четырех основных этапов:



1. Физико-химический процесс очистки (обезжиривание) поверхности металла.

Назначение: освобождение поверхности от загрязнений (масел, смазок, грязи и т.д.) для беспрепятственного и быстрого прохождения последующей реакции. Этот процесс в основном одинаков для всех типов металла, т.к. структура и тип металла на него не влияют.

2. Химический процесс конверсии металла.

Назначение: защита металла от коррозии с одновременным увеличением адгезии краски к поверхности металла (создание особой микроструктуры кристаллов поверхностного слоя).

В данном случае природа обрабатываемого металла имеет определяющее значение. Для стали и алюминия химизм процессов создания конверсионного слоя на поверхности металла существенно различается. В случае алюминия процесс проходит две стадии: удаление старой рыхлой оксидной пленки (т.н. "осветление" алюминия) и создание новой, обладающей повышенной плотностью и прочностью, а также особой микроструктурой, под действием сильного окислителя. В случае, если окислителем, под действием которого образуется этот слой, является соединение хрома, процесс называется хроматированием.

Для стали химизм процесса заключается в образовании на поверхности металла слоя фосфатов железа (для повышения антикоррозийной защиты в данный слой вводят ионы цинка, магния, никеля и т.д.). Данный процесс называется фосфатирование.

Процесс создания конверсионного покрытия на поверхности металла чрезвычайно чувствителен к таким величинам, как концентрация солей в растворе, наличие примесей, кислотность раствора (рН), температура, время протекания реакции и пр.

3. Промывка металла.

Назначение: удаление с поверхности металла осадка солей, остающихся при высыхании конверсионного раствора. В основном процесс сушки поверхности металла происходит при повышенных температурах и, так как большинство солей, содержащихся в конверсионном растворе, представляют собой кристаллогидраты, то в процессе сушки последние теряют кристаллизационную воду и превращаются в сильно гигроскопичные соли. Любой слой полиэфирной краски содержит в своей структуре микроскопические поры, через которые он может пропускать влагу, а содержащиеся под слоем краски гидрофильные соли эту влагу адсорбируют. В результате на поверхности образуются мелкие пузыри и вздутия краски.

4. Сушка металла.

Назначение: удаление остатков воды, капель с поверхности металла перед нанесением порошкового покрытия. Рекомендуемая температура на поверхности металла не должна превышать 65? (для алюминия).

Нанесение слоя порошка

Основных способов нанесения порошковой краски есть два - электростатический и трибостатический.

Электростатический способ заключается в электризации флюидизированного (смешанного с воздухом) порошка с помощью высоковольтных электродов до напряжения 60-70 кВ с последующим осаждением заряженного порошка на поверхность заземленной детали. Этот способ применим практически для всех видов порошковых красок, но имеет один существенных недостаток: в деталях сложной конфигурации возникает эффект клетки Фарадея, что не позволяет порошку осаждаться в труднодоступных местах.

Трибостатический способ заключается в электризации флюидизированного порошка трением за счет специальной конструкции пистолета. Но целый ряд металлизированных и структурных порошков не пригоден к использованию данного метода. На упаковке порошковой краски производитель указывает пригодность или непригодность трибостатического метода.

Известны следующие европейские фирмы-производители оборудования для нанесения порошковых красок: Wagner, GEMA, BOLLHOFF, EPS и др. Порошковые краски наносятся в специальных камерах, исключающих попадание порошковой краски в воздушное пространство цеха. Нанесение порошковой краски производится с помощью специальных пистолетов автоматически - роботами-манипуляторами либо вручную оператором. Краска, не попавшая на деталь, с помощью системы рециклинга, включающего циклоны, сита, фильтры, возвращается для повторного использования. Система рециклинга позволяет использовать 97-98% порошковой краски.

Полимеризация порошкового покрытия

Непосредственно после нанесения порошкового покрытия происходит его полимеризация. Для этого существуют специальные печи, которые позволяют выдержать условия полимеризации, требуемые изготовителем порошковой краски. Как правило, это составляет 190?С на протяжении 10 мин. Следует подчеркнуть, что указанная температура - это температура детали, а не окружающего воздуха. Необходимо тщательно соблюдать зависимость времени пребывания в печи и массы детали.

Выводы

Все вышеизложенные требования позволяют получить надежное, стойкое полимерное покрытие, позволяющее защитить металлические изделия от коррозии и придать им прекрасный эстетический вид. В Европе существуют системы качества, подтверждаемые сертификатами Qualicoat, GSB и BS. Качество архитектурного материала зависит от качества химической обработки и высокого качества полиэфирного покрытия.

Литература:

1. Systemy, technologie, obiekty.

2. Материалы Henkel Surface Technologies.