4.3 Методы покрытия деталей

В машиностроении применяют покрытия лакокрасочные, гальванические, окисными и пластмассовыми пленками.

Лакокрасочные покрытия применяют как декоративные, для защиты металлических поверхностей от коррозии и деревянных от влаги и загнивания. Процесс нанесения лакокрасочных покрытий в общем случае состоит из трех основных этапов: подготовки поверхности, ее окраски и сушки, отделки. Подготовка поверхности включает ее очистку, выравнивание, грунтовку и шпатлевку с последующим шлифованием. Очистку производят химическим или механическим (пескоструйной обработкой, шлифованием переносными машинами и стальными приводными щетками) воздействием. Для удаления следов масла детали промывают в моечных агрегатах в обезжиривающих растворах или нагревают (если допустимо) до 250-300°С. Поверхности крупных деталей очищают органическими растворами.

Поверхности крупных листоштампованных деталей выравнивают путем пайки оловянно-свинцовистыми припоями с последующей зачисткой, а поверхности крупных отливок шлифованием ручными машинами. Используют также газопламенное напыление пластмассами с последующим шлифованием дефектных мест. Грунт наносят на подготовленную поверхность для прочного сцепления с ней последующего покрытия. Применяют лакомасляные, битумомасляные, нитроразбавляемые и водоразбавляемые грунты. Загрунтованную поверхность подвергают шпатлевке. Толщина шпатлевочного слоя должна быть минимальной; при большой толщине слоя снижается прочность покрытия. Наибольшее применение в машиностроении получили лакомасляные и быстровысыхающие нитрошпатлевки. Неровности зашпатлеванной поверхности устраняют шлифованием механизированным инструментом.

Окраску поверхности производят одним или несколькими слоями. Для окраски применяют масляные и эмалевые краски и лаки. Эмалевые краски разделяют на масляные, нитро- и спиртовые эмали. Срок сушки нитроэмалей 30-40 мин. При высыхании они образуют твердый блестящий слой. Продолжительность сушки масляных и спиртовых эмалей 24-48 ч.

В машиностроении применяют следующие методы окраски. Ручная окраска кистью не требует предварительной защиты смежных неокрашиваемых участков, малопроизводительна (до 10-12 м²/ч для больших открытых поверхностей) и неудобна при работе с быстросохнущими материалами. Потери краски при этом методе до 5%. Окраска распылением наиболее распространена и высокопроизводительна; она позволяет наносить быстросохнущие лакокрасочные материалы (нитролаки, нитроэмали) с образованием ровной гладкой поверхности. Метод легко автоматизируется с помощью специальных установок и промышленных роботов. Различают механическое, воздушное и безвоздушное распыление и распыление в электростатическом поле. При механическом распылении краска подается к форсунке насосом. При воздушном распылении краска распыляется в струе сжатого воздуха и в виде тумана переносится на окрашиваемую поверхность. Производительность этого метода 30-80 м²/ч, а потери краски 40-50%. При безвоздушном распылении краска в нагретом до 70-90°С состоянии под давлением 20-40 кгс/см² выбрасывается из сопла и распыляется. Этот метод позволяет применять более вязкие материалы, что сокращает расход растворителя и время сушки. Потери краски при этом методе составляют 25-50%, а производительность 50-200м²/ч. При окраске в электростатическом поле краска подается распылителем и переносится на окрашиваемую поверхность металлического изделия, получающего положительный заряд от источника постоянного тока высокого напряжения (распылитель имеет отрицательный заряд). Этим методом можно окрашивать и неметаллические детали, помещая за ними металлические экраны. Потери краски составляют менее 5%. При этом методе улучшаются условия работы, обеспечивается достаточно высокая производительность (50 м²/ч) и создаются условия комплексной автоматизации процесса окраски.

В автоматизированном производстве применяют окраску методом электрофореза. Окрашиваемые детали подвешивают на цепном конвейере. На рабочем участке их подключают к положительному полюсу генератора и погружают в резервуар с водо-растворимой краской. При этом методе потери краски не превышают 5%. Условия работы безвредны для здоровья и огнебезопасны. Метод окунания является производительным и дешевым в условиях массовой окраски небольших деталей с хорошо обтекаемой поверхностью.

При окраске обливанием окрашиваемая деталь находится в парах растворителя определенное время, в течение которого краска растекается по поверхности равномерным слоем. Покрытие получается гладким, беспористым и одинаковой толщины

Качество лакокрасочного покрытия зависит от способа сушки. Сушка – это сложный химический процесс, состоящий из испарения растворителя и окисления или полимеризации пленки. Различают сушку естественную и искусственную. Естественную сушку производят при температуре 18-25° С в течение длительного времени. Искусственная сушка ускоряет процесс высыхания пленки и значительно улучшает качество покрытия. Существует несколько способов искусственной сушки. Наиболее распространена конвекционная сушка. Она основана на нагреве окрашенных деталей горячим воздухом в специальных сушилках. Образующаяся при этом корка препятствует улетучиванию растворителя, что удлиняет время сушки.

Терморадиационная сушка (рефлекторная, панельная, ламповая) основана на поглощении инфракрасных лучей окрашенной поверхностью. Сушка пленки начинается с нижних слоев покрытия, чем ускоряется испарение растворителя. Время сушки сокращается в 5-10 раз, а качество пленки повышается. Индукционная сушка эффективна; она ограничена необходимостью изготовления ложных индукторов и окраской деталей только из токопроводящих материалов.

Отделка окрашенной поверхности включает лакирование, полирование и художественное оформление. Лакирование повышает стойкость покрытия и придает ему блеск; лаковое покрытие наносят на окрашенную поверхность в один или несколько слоев. При полировании достигается блестящая поверхность с помощью фетровых кругов или шкурок с применением специальных паст. Художественное оформление предусматривает нанесение узких декоративных линий (цировка), рисунков и фабричных знаков.

В некоторых случаях окраску деталей производят по более простому технологическому процессу без выравнивания поверхности, шпатлевки и отделки (окраска задних мостов автомобиля, коробок передач и других изделий). В одних случаях окраску элементов машины производят до ее общей сборки, в других окраске подвергают окончательно собранную и проверенную машину (металлорежущие станки и другое технологическое оборудование).

Гальванические покрытия – металлические пленки малой толщины, которые наносят методом электролитического осаждения на поверхность изделий для защиты от коррозии и механического износа , декоративной отделки, а также придания поверхности специальных физических и химических свойств. Процесс нанесения покрытия состоит из операций подготовки поверхности перед покрытием, нанесения его и полирования (если нужно). Подготовка поверхности деталей перед покрытием включает шлифование, полирование и обезжиривание. Характеристика гальванических покрытий приведена в табл. 6.

Таблица 6 Характеристика гальванических покрытий

Покрытие никель-кобальтовыми сплавами повышает твердость, цинк-кадмиевыми сплавами повышает коррозионную стойкость, свинцово-оловянными сплавами уменьшает пористость и улучшает внешний вид. Эти покрытия наносят гальванотермическим или термодиффузионным способами. Сущность последнего заключается в том, что отдельные металлы наносят на деталь последовательно, а при дальнейшем нагреве они взаимно диффундируют, образуя покрытие из сплавов смешанного состава.

Оксидирование – окисление поверхностных слоев металлических изделий химической или электрохимической обработкой либо воздействием воздуха при высоких температурах. Образующиеся оксидные пленки предохраняют изделие от коррозии либо имеют декоративное значение.

Фосфатирование – химический процесс образования на поверхности стальных, а также алюминиевых и цинковых изделий тонкого слоя фосфатов, который при последующем нанесениина него слоя краски, лака или масла служит хорошей защитой от коррозии.

Покрытие напылением (металлизацию) производят распылением расплавленного металла струей сжатого воздуха. Движущиеся со скоростью 100-150 м/с частицы металла ударяются о поверхность детали и сцепляются с ней, образуя слой прочного мелкопористого металлического покрытия. Нанесенный слой хрупок, но хорошо сопротивляется сжатию. Его толщина изменяется от нескольких сотых до 3-4 мм. Деталь с напыленным слоем можно обтачивать и шлифовать. Этим методом производят защитно-декоративные, антифрикционные и жаростойкие покрытия, восстанавливают изношенные детали и исправляют дефекты отливок. Металл расплавляют ацетилено-кислородным пламенем (газовая металлизация) либо дугой (электрометаллизация). Исходным материалом служит металлическая проволока. Реже используют аппараты, работающие на расплавляемых порошках. Покрываемую поверхность очищают от масла и окислов. Пескодувной обработкой или грубым обтачиванием создают условия для лучшего сцепления с напыленной поверхностью.

Пластмассовые покрытия используют в качестве декоративных, антикоррозионных и антифрикционных покрытий. Их наносят газопламенным или вихревым способом. В качестве исходных, материалов служат термопластичные пластмассы (полиэтилен, полипропилен, полиамид, капролактам, поливинилбутираль, фторопласт, полиуретан) в виде мелкодисперсного порошка, переходящего при нагреве в вязкотекучее состояние. Толщина покрытий 0,15-0,35 мм. Заготовки перед напылением нагревают до температуры 180-300°С в зависимости от применяемой пластмассы. Продолжительность напыления 2-5 с. Пластмассовые покрытия позволяют использовать углеродистые стали вместо легированных и цветных металлов.

Консервация. Готовые детали, передаваемые на длительное хранение или транспортировку, подвергают консервации. Консервацию производят внесением антикоррозионной смазки (технический вазелин, пуш-сало и др.) с помощью кистей, окунанием в подогретый состав или пульверизацией. Применяют также нанесение антикоррозионных лаков, смываемых при расконсервации бензином или другими растворителями. Эффективна консервация погружением деталей в ванну с 30%-ным раствором нитрита натрия при температуре 40-50°С в течение 2-3 мин, а также упаковкой в оберточную бумагу, пропитанную 10%-ным раствором нитрита натрия или другими ингибиторами коррозии.