Файл: Крылова И.А. Электроосаждение, как метод получения лакокрасочных покрытий.pdf

тов анодного растворения, часть из которых переходит в окрасочную ванну [194], увеличивая ее электропровод­ ность, плотность тока осаждения и скорость изменения pH лакокрасочного материала. Чем больше абсолютная и относительная растворимости фосфатного покрытия, тем больше вероятность нарушения режимов работы

окрасочной ванны.

Было показано [183], что плотность тока осаждения при окраске фосфатированной стали связана с площадью окрашенной поверхности следующим соотношением:

где ( — плотность тока осаждения через 10 мин после начала про­ цесса, А/дм2; s — площадь окрашенной поверхности, дм2; А и В — коэффициенты уравнения, зависящие от абсолютной растворимости цинкфосфатных покрытий.

Так, для цинкфосфатных покрытий с абсолютной рас­ творимостью соответственно 2,3 мг и 4 мг на 1 дм2 по­ верхности зависимости приобретают следующий вид:

Из приведенных уравнений следует, что при окраске стали с фосфатными покрытиями меньшей растворимости значения коэффициентов Л и В в уравнениях уменьша­ ются. При этом наблюдается плавное возрастание плот­ ности тока осаждения с увеличением окрашенной поверх­ ности, что обеспечивает более благоприятный режим осаждения по сравнению с окраской нефосфатированной поверхности.

Поверхности анода с фосфатным покрытием облада­ ют большим омическим сопротивлением [195], что при­ водит к снижению плотности начального тока осаждения. Плотности токов осаждения в определенные моменты времени могут косвенно характеризовать сопротивление окрашиваемой поверхности. Максимальные плотности токов осаждения наблюдаются при окраске нефосфати­ рованной стали, минимальные — при окраске стали с мелкокристаллическими фосфатными покрытиями мас­ сой 18—20 мг на 1 дм2. Плотность токов осаждения оп­ ределяется структурой и массой фосфатного покрытия, причем характер ее зависимости от массы фосфатов ана­ логичен зависимости относительной растворимости фос­ фатного покрытия от его массы (рис. 21).

66

Снижение плотности тока осаждения за счет предва­ рительного фосфатирования поверхности благоприятно влияет на условия осаждения. Несмотря на то что бо­ лее высоким плотностям тока соответствует осаждение лакокрасочного покрытия большей массы, при этом воз­ можны такие нежелательные явления, как увеличение электролиза воды, разогрев ванны и ускорение сдвига pH ванны в щелочную область.

Рис. 21. Зависимость плотности тока осаждения от массы фосфатного слоя при продолжительности осаждения:

/ — 60 с; г—30 с; 3 — 20 с; 4 — 10 с.

Рис. 22 и 23 характеризуют влияние плотности тока осаждения на разогрев окрасочной ванны и скорость сдвига pH в щелочную область. При плотностях тока осаждения [183] в пределах от 0,25 до 0,5 А/дм2 гради­ ент изменения pH ванны составляет 2,1-10—2 ед. рН/дм2; при увеличении плотности тока до 0,64—0,8 А/дм2 гра­ диент изменения pH достигает 6,2-10-2 ед. рН/дм2.

Увеличение сопротивления анода за счет фосфатиро­ вания позволяет повысить рассеивающую способность материала в ванне [86, 174]. Так, рассеивающая способ­ ность грунтовки ФЛ-093 (на основе резпдрола ВА-105) увеличивается с 9,3 до 11,1 см (определено по методу фирмы «Форд») при переходе от окраски нефосфатнрованной стали к окраске фосфатированной поверхности.

67

Предварительная обработка поверхности оказывает заметное влияние на защитные свойства осажденного по­ крытия. При оценке влияния каждой из операций пред­ варительной обработки поверхности (обезжиривание ор­ ганическими растворителями, щелочными растворами, деоксидирование, фосфатирование, пассивация) иа кор­ розионную стойкость осажденного лакокрасочного по-

крытия (испытания проводились в камере солевого ту­ мана) оказалось, что фосфатирование является основной операцией предварительной обработки, повышающей за­ щитные свойства осажденного покрытия.

Ниже приведены данные о влиянии предварительной обработки стали на коррозионную стойкость покрытия из грунтовки ФЛ-093 (испытания в камере солевого тумана в течение 240 ч ):

68

покрытия зависят от шероховатости окрашиваемой по­ верхности [196]. Исходная шероховатость стали при фосфатировании не изменяется, если на поверхности обра­ зуются мелкокристаллические фосфатные покрытия. При­ менение стали с шероховатостью RZ от 1 до 1,3 мкм по

ФЛ-093 позволяет получить глянцевое покрытие без ви­ димых дефектов. При окраске стали с той же шерохова-*

* /?а — среднеарифметическое отклонение выступов и впадин поверхности от средней линии профилограммы.

тостью, но меньшей плотностью пиков (30—40 тиков на 10 мм длины) появляется шагрень на покрытии из того

же грунта [182].

С увеличением шероховатости стали усиливаются де­ фекты и снижается блеск покрытия (рис. 24, 25); при окраске стали с мкм на осажденном покрытии появляются дефекты, которые не могут быть устранены нанесением второго слоя грунта и эмали без предвари­ тельной шлифовки грунта. Для окраски методом элект­ роосаждения рекомендуется сталь с /?а= 1 ,0 — 1,3 и высо­ кой плотностью пиков [182].

Технологический процесс подготовки поверхности стали перед окраской

Обезжиривание является обязательной операцией подготовки поверхности. Наибольшее распространение получило обезжиривание щелочными растворами, содер­ жащими фосфорнокислые соли, соду и др., а также орга­ нические поверхностно-активные вещества. Для обез­ жиривания стали методом распыления применяют щелочные растворы с pH 9— 10, для обезжиривания оку­ нанием— щелочные растворы с р Н ^ П . Применение сильнощелочных моющих составов при обработке рас­ пылением вызывает пассивацию стали, препятствующую осаждению равномерного фосфатного слоя. Пассивация может усилиться при свободном доступе воздуха, по­ этому желателен /минимальный разрыв во времени между обезжириванием, промывкой и фосфатированием. Обез­ жиривание перед фосфатированием должно обеспечивать очистку до достижения полной смачиваемости поверхно­ сти во избежание образования неравномерного фосфат­ ного слоя.

Для обезжиривания стали можно рекомендовать мою­ щую композицию КМг1 (ТУ 3840716—71), разработан­ ную НИИТЛП. При обезжиривании методом распыления концентрация КМ-1 составляет 2—5 г/л, методом окуна­ ния — 20— 30 г/л. Такую моющую композицию применя­ ют на Волжском автомобильном заводе.

Качество цинкфосфатных слоев, необходимое для дальнейшей окраски методом электроосаждения, прак­ тически не может быть достигнуто без применения спе­ циальной активизирующей обработки стали составами,

70

содержащими фосфат титана. Активизирующий состав вводится в ванну обезжиривания перед фосфатированием методом распыления либо в ванну промывки перед фосфатированием методом окунания.' Активирование очень важно для формирования фосфатных слоев малой массы и увеличения кристалличности, так как способст­ вует снижению массы фосфатных слоев на 40— 50%

изначительному уплотнению кристаллической структуры слоя.

ВНИИТЛП разработаны составы активаторов АФ-1

иАФ-3. Активатор АФ-1 (0,6—0,8 г/л) вводят в ванну

обезжиривания; активатор АФ-3 ( ~ 2 г / л) — в ванну промывки перед фосфатированием методом окунания.

При обработке сильно зажиренных изделий и изде­ лий сложной конфигурации применяют двухстадийное обезжиривание: на первой стадии — окунанием, на вто­ рой — распылением. Для корректировки ванн обезжири­ вания добавляют исходную моющую композицию.

В процессе работы каждые 3 ч контролируют щелоч­ ность моющего раствора, уровень раствора в ванне, тем­ пературу и давление. Частоту слива раствора уста­ навливают опытным путем, периодически контролируя качество обезжиривания по изменению смачиваемости поверхности водой. Ориентировочно до слива отработан­ ного раствора в ванну при корректировке должно быть добавлено 50% от исходной загрузки моющей компози­ ции.

Фосфатирование чаще всего проводят в цинкфосфатных ваннах с нитрат- и нитрит-ионами в качестве окис­ лителей. При этом нитрит натрия (основной окисли­ тель) дозируют в ванну непрерывно. Удобно использо­ вать фосфатирующие концентраты, например для фосфатирования методом распыления концентрат КФ-1 (ТУ 6-25-4— 73), разработанный НИИТЛП, в сочетании с активатором АФ-1, позволяющий получать плотные равномерные фосфатные покрытия массой до 30 мг на 1 дм2 поверхности. Масса фосфатов может быть умень­ шена на 10—20% введением в фосфатирующую ванну триполифосфата натрия с концентрацией до 0,1 г/л или сегнетовой соли (калий-натрий виннокислый)— до

0,15 г/л.

Для фосфатирования окунанием в НИИТЛП разрабо­ таны концентраты, в растворах которых формируются

фосфатные покрытия массой до 40 мг на 1 дм2 поверх­ ности. Применение активизирующей промывки перед фосфатированием дает возможность томимо уменьшения массы фосфатного покрытия на 50— 60% и получения плотных мелкокристаллических покрытий также избе­ жать отрицательного влияния предварительного травле­ ния или применения сильнощелочных обезжириваю­ щих растворов на кристаллизацию цинкфосфатных по­ крытий. Корректирование фосфатирующего раствора для обработки распылением и окунанием производят исход­ ным фосфатирующим концентратом КФ-1.

Приготовление фосфатирующих растворов из кон­ центратов заключается в растворении концентрата непо­ средственно в рабочей ванне из расчета 20—25 г на 1 л обессоленной воды. Необходима непрерывная очистка рабочего раствора от шлама с использованием бумажно­ го ленточного фильтра.

Состав ванны фосфатирования контролируют каждые

2 ч по содержанию Zn (2,6± 0,2 г/л) и NO2 (0,2 ± ±0,2 г/л). Наряду с этим каждые 2 ч контролируют об­

введением гидроокиси натрия. Для 'Приготовления пасси­ вирующего раствора используют обессоленную воду; пассивирующий раствор меняют в среднем один раз в не­ делю. В ванне пассивирования каждые 3 ч определяют свободную кислотность в точках (0,45—0,55), а также температуру и давление.

Промывку после каждой технологической операции производят технической водой, жесткость которой не должна превышать 10°. При большей жесткости ее умяг­ чают триполифосфатом или пирофосфатом натрия [176, с. 41] либо разбавляют обессоленной водой до указанной жесткости.

Поскольку лакокрасочные материалы при электро­ осаждении чувствительны к засорению водорастворимы­ ми соединениями, вводится дополнительная промывка,

72