Урок 11.2ПокрыватьГлава 11 · Покрытия и отделка поверхности

Порошковая окраска

Заряженный сухой порошок прилипает к детали, затем плавится в печи

Порошковая окраска наносит на металл сухой цветной порошок и запекает его в твёрдую гладкую оболочку. Так отделывают многие велосипедные рамы, садовые стулья и стиральные машины. Покрытие получается толще и прочнее, чем у жидкой краски, и обходится без растворителей.

Фото: Hardcoreraveman, Public domain, через Wikimedia Commons

Порошковая окраска · электростатическое напыление в камере, затем отверждение в печиНомера в кружках соответствуют шагам ниже. В камере порошок ещё представляет собой рассыпные зёрна; в печи он сплавляется в одну сплошную плёнку.

Как это работает

Очистите и подготовьте. Детали висят на крюках подвесного конвейера и проходят через моечные ванны или душевые камеры. Конверсионное покрытие (тонкий фосфатный или циркониевый слой, получаемый в химической ванне) помогает порошку держаться и замедляет ржавчину. Затем детали сушат.
Псевдоожижьте и подайте порошок. Порошок — это тонко измельчённая смола, пигмент и отвердитель, примерно такой же тонкий, как мука. Воздух, продуваемый снизу через бункер, заставляет его течь как жидкость, а насос по шлангу подаёт его к пистолету.
Зарядите порошок. Электрод на конце пистолета работает при высоком напряжении, обычно десятки киловольт. Он заряжает окружающий воздух, и зёрна порошка при прохождении приобретают отрицательный заряд.
Напылите на заземлённую деталь. Деталь заземлена (электрически соединена с землёй) через крюк, поэтому она притягивает заряженные зёрна. Они следуют вдоль силовых линий поля, даже огибая кромки на обратную сторону (обволакивание), и прилипают так, как потёртый воздушный шарик прилипает к стене.
Соберите излишки. Зёрна, не попавшие на деталь, затягиваются в узел рекуперации (циклон и фильтры) и отправляются обратно в бункер. При рекуперации на детали часто оседает 90% порошка и больше.
Отвердите в печи. При температуре около 160–200 °C в течение 10–20 минут зёрна плавятся, сливаются и сшиваются (образуют прочные химические связи, как схватывается эпоксидный клей). Деталь выходит из печи, остывает и готова к обращению.

Большинство порошков — реактопласты (пластики, которые при нагреве твердеют навсегда): эпоксидные для деталей внутри помещений, полиэфирные для наружных, потому что они устойчивы к солнечному свету. Термопластичные порошки, такие как нейлон, просто плавятся и снова застывают. Их часто наносят, окуная горячую деталь в псевдоожиженный слой порошка.

Ключевые факты

Материалы: Эпоксидные, полиэфирные, гибридные, полиуретановые или нейлоновые порошки; наносятся в основном на сталь и алюминий, поскольку деталь должна проводить электричество и выдерживать печь
Типичные детали: Велосипедные рамы, садовая мебель, панели бытовой техники, автомобильные диски, стеллажи, оконные рамы
Размер детали: От небольших кронштейнов до деталей длиной в несколько метров; предел задаёт печь
Точность: Плёнка обычно толщиной 50–100 мкм, менее равномерная, чем у жидкой краски; покрытия тоньше около 40 мкм наносить трудно
Качество поверхности: Глянцевая, сатиновая или матовая, а также фактурные и металлизированные эффекты; небольшая «апельсиновая корка» обычна
Подходящая партия: От нескольких деталей в мастерской до конвейерных линий, работающих весь день
Стоимость оснастки и оборудования: Любительский пистолет и небольшая печь стоят сотни долларов; автоматизированная линия с подготовкой и печью — примерно от сотен тысяч до миллионов
Скорость: Напыление занимает от секунд до нескольких минут на деталь, отверждение около 10–20 минут; конвейерные линии перемещают детали непрерывно

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Толстое, прочное, устойчивое к сколам покрытие за один проход
Без растворителей и почти без выбросов ЛОС (летучих органических соединений)
Излишки напыления можно собрать и использовать повторно
Обволакивает кромки и ложится на обратную сторону деталей

Ограничения

Нужна печь, поэтому термочувствительные детали, например большинство пластиков и дерево, окрашивать трудно
Тонкие покрытия трудно нанести, и на них часто появляется «апельсиновая корка»
Смена цвета происходит медленно, потому что нужно чистить камеру и пистолеты
Глубокие внутренние углы плохо поддаются покрытию (эффект клетки Фарадея: электрическое поле не проникает внутрь)

Где применяется

АвтомобилестроениеДиски, детали шасси, пружины, кронштейны
Бытовая техникаПанели стиральных машин и холодильников, камеры духовок, корзины посудомоечных машин
АрхитектураАлюминиевые оконные рамы, фасадные панели, перила, ограждения
МебельСадовые стулья и столы, офисные столы, металлические стеллажи
Спорт и досугВелосипедные рамы, тренажёры, детское игровое оборудование
ЭлектротехникаЭлектрошкафы, осветительная арматура, корпуса трансформаторов

Как узнать процесс

Толстое ровное покрытие с мягко закруглёнными кромками; углы никогда не выглядят острыми как бритва.
Лёгкая фактура «апельсиновой корки» или намеренная мелкозернистая фактура на уличной мебели и машинах.
Небольшое голое или тонкое место там, где деталь висела на крюке.
Очень трудно отколоть; когда оно всё же разрушается, оно скорее отслаивается пластами, чем осыпается чешуйками.

Сравните с

Окраска распылением11.1жидкая краска сохнет при комнатной температуре или слабом нагреве и подходит для пластиков и дерева, но требует растворителей и даёт более тонкие покрытия.Горячее цинкование11.4окунает сталь в расплавленный цинк для защиты от ржавчины; сверху часто наносят порошок для цвета («дуплексная» система).Газотермическое напыление11.10тоже распыляет порошок, но плавит его в пламени или плазме на лету, создавая металлические или керамические покрытия.

Смотрите

Xometry · Основная идея: заряженный порошок, заземлённая деталь, отверждение в печи

AkzoNobel Powder Coatings · Из чего состоит порошок, как его наносят и отверждают

Testrite OEM & Testrite Aluminum · Настоящая конвейерная линия: подготовка, камера напыления и печь

Coating Equipment Technology, Inc · Крупный план ручного пистолета: порошок обволакивает деталь

Смотреть реальные фото

Википедия: Powder coating — фотографии электростатического напыления и окрашенных деталей
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Порошковая окраска — это краска без растворителя: заряженный сухой порошок прилипает к заземлённой детали, затем плавится в печи в плёнку.
Она даёт толстое прочное покрытие за один проход, а неиспользованный порошок можно применить повторно.
Деталь должна проводить электричество и выдерживать около 200 °C, поэтому метод в основном подходит для металла.