RU2453637C1

RU2453637C1 - Method of surface treatment of metal products before coating

Info

Publication number: RU2453637C1
Application number: RU2010142338/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Барабанов (RU); Сергей Николаевич Барабанов; Тамара Макаровна Конищева (RU); Тамара Макаровна Конищева
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-06-20
Also published as: RU2010142338A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves placing products into a pressure tight electric furnace, preheated to a temperature of 250-300 °C, a continuous supply of superheated water steam into the electric furnace, which forms pressure in the furnace of 0.15-0.2 atm, conditioning of products in the superheated water steam for 10-20 min with a simultaneous increase in temperature in the electric furnace up to 450-550 °C and conditioning of the products at this temperature for 15-30 min.

EFFECT: invention facilitates preparing the surface of metal products for coating using an environmentally friendly method without using chemical additives and substances as well as improves adhesion of coatings with the surface of products by forming an underlayer as an oxide film of optimum thickness and porosity on the surface.

2 dwg

Description

Изобретение относится к способам очистки металлических поверхностей от жировых загрязнений и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности при подготовке поверхности металла перед нанесением лакокрасочных материалов.The invention relates to methods for cleaning metal surfaces from greasy contaminants and can be used in mechanical engineering, instrumentation and other industries in preparing the metal surface before applying paint and varnish materials.

Подготовка поверхности изделия перед нанесением покрытия имеет большое значение для качества получаемых покрытий и, прежде всего, для их физико-механических свойств и адгезии. В общем случае подготовка поверхности для нанесения лакокрасочных материалов (ЛКМ) состоит в обезжиривании поверхности, очистке от возможных механических загрязнений и в специальной подготовке (фосфатирование, химическое оксидирование, грунтование). Методы подготовки поверхности перед нанесением ЛКМ, в основном, подразделяют на механические и химические. Наиболее часто применяют химические методы, заключающиеся в обработке поверхности органическими растворителями, щелочными растворами, эмульсиями, моющими средствами (С.Я.Грилихес. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. - 101 с.). Основные их недостатки - наличие вредных отходов, сложность при обезжиривании, хранении и регенерации, а также необходимость применения специальных производственных помещений и очистных сооружений.Surface preparation of the product before coating is of great importance for the quality of the resulting coatings and, above all, for their physico-mechanical properties and adhesion. In general, surface preparation for applying paints and varnishes (LKM) consists in degreasing the surface, removing any possible mechanical impurities and in special preparation (phosphating, chemical oxidation, priming). The methods of surface preparation before applying coatings are mainly divided into mechanical and chemical. The most commonly used chemical methods are surface treatment with organic solvents, alkaline solutions, emulsions, detergents (S.Ya. Griliches. Degreasing, etching and polishing of metals. L .: Engineering, Leningrad. Department, 1983. - 101 p. .). Their main disadvantages are the presence of hazardous waste, the difficulty in degreasing, storing and regenerating, as well as the need to use special production facilities and treatment facilities.

Известен способ электрохимического обезжиривания металлических изделий, включающий обработку изделий в водном растворе ортофосфорной кислоты при поляризации постоянным током и их промывку. С целью интенсификации процесса, исключения растравливания изделий и снижения расхода промывочной воды обработку осуществляют в растворе, содержащем 0,1-2,8 мас.% ортофосфорной кислоты, в режиме анодной или импульсной поляризации (А.с. №1612645, МПК: C25F 1/00).A known method of electrochemical degreasing of metal products, including processing products in an aqueous solution of phosphoric acid with polarization by direct current and washing them. In order to intensify the process, to eliminate the etching of products and to reduce the consumption of washing water, the treatment is carried out in a solution containing 0.1-2.8 wt.% Phosphoric acid, in the mode of anode or pulsed polarization (A.S. No. 1612645, IPC: C25F 1 / 00).

Недостатками данного способа являются длительная анодная обработка, которая может привести к нежелательному окислению поверхности изделий, а также необходимость утилизации отработанного раствора ортофосфорной кислоты.The disadvantages of this method are the lengthy anodic treatment, which can lead to undesirable oxidation of the surface of the products, as well as the need for disposal of the spent phosphoric acid solution.

Известен способ очистки и обезжиривания металлической поверхности перед окрашиванием, включающий струйную обработку поверхности изделий моющим раствором специального состава и температурой 70-90°С под давлением 0,1-0,15 МПа в течение 3 мин, промывание изделий водой при тех же условиях, камерную сушку в течение 15 мин и протирание органическим растворителем (патент РФ на изобретение №2247142, МПК: C11D 7/10, C11D 7/12, C11D 7/14).A known method of cleaning and degreasing a metal surface before painting, comprising blasting the surface of the products with a detergent solution of a special composition and a temperature of 70-90 ° C under a pressure of 0.1-0.15 MPa for 3 minutes, washing the products with water under the same conditions, chamber drying for 15 minutes and wiping with an organic solvent (RF patent for the invention No. 227142, IPC: C11D 7/10, C11D 7/12, C11D 7/14).

Однако для реализации данного способа требуется значительное время на дополнительную сушку и применение органического растворителя. Кроме того, органические растворители являются токсичными, и их применение возможно только при использовании специального оборудования и соблюдении правил техники безопасности.However, the implementation of this method requires considerable time for additional drying and the use of an organic solvent. In addition, organic solvents are toxic, and their use is possible only when using special equipment and observing safety rules.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ термообезжиривания стружки цветных металлов и сплавов, включающий воздействие на стружку теплоносителем, представляющим собой смесь продуктов сгорания топлива и водяного пара во вращающейся разогретой печи, охлаждение обработанной стружки на выходе из барабана печи в атмосфере водяного пара без доступа воздуха (патент РФ на изобретение №2009423, МПК: F27B 7/20).Closest to the claimed method is a method for heat-degreasing chips of non-ferrous metals and alloys, including exposure to the chips with a coolant, which is a mixture of the products of combustion of fuel and water vapor in a heated rotary kiln, cooling the treated chips at the outlet of the furnace drum in an atmosphere of water vapor without air ( RF patent for the invention No. 2009423, IPC: F27B 7/20).

Однако данное техническое решение не позволяет обрабатывать готовые изделия. Кроме того, изобретение характеризуется сложностью и длительностью технологического процесса обработки.However, this technical solution does not allow to process finished products. In addition, the invention is characterized by the complexity and duration of the processing process.

Задачей данного изобретения является создание экологически чистого метода подготовки поверхности металлических изделий для нанесения покрытий (не использующего химических добавок и средств), характеризующегося повышенной адгезией покрытий с поверхностью изделий за счет формирования на их поверхности подслоя в виде оксидной пленки оптимальной толщины и пористости.The objective of the invention is to create an environmentally friendly method of preparing the surface of metal products for coating (not using chemical additives and agents), characterized by increased adhesion of the coatings to the surface of the products due to the formation of a sublayer in the form of an oxide film of optimal thickness and porosity on their surface.

Поставленная задача решается тем, что способ обработки поверхности металлических изделий перед нанесением покрытий включает размещение изделий в герметичной электропечи, предварительно нагретой до температуры 250-300°С, непрерывную подачу в электропечь перегретого водяного пара, образующего давление в печи 0,15-0,2 атм, выдержку изделий в среде перегретого водяного пара в течение 10-20 мин с одновременным повышением температуры в электропечи до 450-550°С, выдержку изделий при данной температуре в течение 15-30 мин.The problem is solved in that the method of surface treatment of metal products before coating includes placing the products in a sealed electric furnace, preheated to a temperature of 250-300 ° C, continuous supply of superheated water vapor to the furnace, forming a pressure in the furnace of 0.15-0.2 atm, holding the products in an environment of superheated water vapor for 10-20 minutes while increasing the temperature in the electric furnace to 450-550 ° C, holding the products at this temperature for 15-30 minutes.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен график зависимости величины адгезии оксидной пленки от ее пористости, на фиг.2 - графики зависимостей пористости и толщины оксидной пленки от продолжительности паротермической обработки изделий.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a graph of the dependence of the amount of adhesion of an oxide film on its porosity, and Fig. 2 is a graph of the dependences of porosity and thickness of an oxide film on the duration of a steam-heat treatment of products.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.

В герметичную электропечь, нагретую до температуры 250-300°С с помощью расположенных в муфеле печи нагревателей, в контейнере помещают обрабатываемые изделия. После прогрева изделий в течение 5-10 мин в печь непрерывно подают перегретый водяной пар, имеющий температуру не менее 250-300°С и создающий избыточное давление в рабочей зоне печи 0,15-0,2 атм (для сброса избыточного давления в печи предусмотрен редукционный клапан). При этом подачу пара могут осуществлять посредством паропровода, навитого с наружной стороны на корпус реторты и связанного со специальной парогенерирующей установкой. Изделия выдерживают в среде перегретого водяного пара в течение 10-20 мин, при этом непрерывно повышают температуру в печи до 450-550°С. На данной стадии обработки происходит обезжиривание поверхности изделий. При достижении температуры в печи 450-550°С изделия выдерживают в печи при данной температуре в течение 15-30 мин. При этом на обезжиренной поверхности изделий образуется оксидная пленка толщиной 1,5-3 мкм и пористости 10-20%. По окончании процесса обработки отключают подачу пара и нагрев печи, извлекают контейнер с изделиями и охлаждают их на воздухе. Затем осуществляют контроль изделий и направляют их на окраску.In a sealed electric furnace heated to a temperature of 250-300 ° C using the heaters located in the furnace muffle, the processed products are placed in the container. After warming up the products for 5-10 minutes, superheated steam is continuously fed into the furnace, having a temperature of at least 250-300 ° C and creating an overpressure in the furnace working area of 0.15-0.2 atm (for overpressure relief in the furnace, pressure reducing valve). In this case, steam can be supplied by means of a steam pipe wound from the outside onto the retort body and connected to a special steam generating installation. The products are kept in an environment of superheated water vapor for 10-20 minutes, while the temperature in the furnace is continuously increased to 450-550 ° C. At this stage of processing, the surface of the products is degreased. When the temperature in the furnace reaches 450-550 ° C, the products are kept in the furnace at this temperature for 15-30 minutes. At the same time, an oxide film with a thickness of 1.5-3 microns and a porosity of 10-20% is formed on the defatted surface of the products. At the end of the processing process, the steam supply and furnace heating are turned off, the container with the products is removed, and they are cooled in air. Then carry out the control of products and send them to paint.

Величина максимальной адгезии оксидной пленки определена экспериментально и соответствует ее пористости 10-20% (см. фиг.1). Заштрихованная область на фиг.2 соответствует оптимальному времени паротермической обработки поверхности изделий - 25-50 мин, при котором достигаются толщина оксидной пленки 1,5-3 мкм и пористость 10-20%.The value of the maximum adhesion of the oxide film is determined experimentally and corresponds to its porosity of 10-20% (see figure 1). The shaded area in figure 2 corresponds to the optimal time for the steam-thermal treatment of the product surface - 25-50 minutes, at which the oxide film thickness of 1.5-3 microns and porosity of 10-20% are achieved.

Появление и рост качественных оксидных пленок (определенной адгезии и пористости) на поверхности изделий из металла происходит при выдержке изделий в печи в течение 15-30 мин в диапазоне температур 450-550°С. При температурах, меньших 450°С, требуется большее количество времени для получения на поверхности изделий оксидной пленки толщиной 1,5-3 мкм, при этом возможно появление конденсата пара на обрабатываемых изделиях, что ухудшает их качество. При температурах, больших 550°С, значительно увеличивается толщина пленки, что приводит к ее растрескиванию и отслаиванию, ухудшению качества оксидного слоя и отрицательно влияет на адгезию наносимого покрытия с поверхностью изделий. Подача перегретого водяного пара в печь под давлением 0,15-0,2 атм позволяет вытеснить из печи кислород, также отрицательно влияющий на качество оксидной пленки.The appearance and growth of high-quality oxide films (a certain adhesion and porosity) on the surface of metal products occurs when the products are held in the furnace for 15-30 minutes in the temperature range 450-550 ° C. At temperatures lower than 450 ° C, a longer amount of time is required to obtain an oxide film of a thickness of 1.5-3 microns on the surface of the products, and steam condensation may appear on the processed products, which affects their quality. At temperatures greater than 550 ° C, the film thickness increases significantly, which leads to cracking and peeling, deterioration of the quality of the oxide layer and adversely affects the adhesion of the coating to the surface of the products. The supply of superheated water vapor to the furnace at a pressure of 0.15-0.2 atm allows oxygen to be displaced from the furnace, which also negatively affects the quality of the oxide film.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет регулировать параметры образуемого оксидного слоя на поверхности изделий (толщину, пористость), изменяя продолжительность и температуру оксидирования, что улучшает адгезию лакокрасочных покрытий с поверхностью изделий.Thus, the proposed technical solution allows you to adjust the parameters of the formed oxide layer on the surface of the product (thickness, porosity), changing the duration and temperature of oxidation, which improves the adhesion of coatings to the surface of the product.

Claims

The method of surface treatment of metal products before coating, including the placement of products in a sealed electric furnace, preheated to a temperature of 250-300 ° C, the continuous supply of superheated water vapor to the furnace, forming a pressure in the furnace of 0.15-0.2 atm, holding the products in medium of superheated water vapor for 10-20 minutes with a simultaneous increase in temperature in the electric furnace to 450-550 ° C and holding the products at this temperature for 15-30 minutes.