Порошковые лакокрасочные покрытия

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования 

Новгородский  Государственный Университет имени  Ярослава Мудрого

Кафедра «Художественная и пластическая обработка материалов»

Порошковые лакокрасочные покрытия

по специальности 121200-Технология художественной обработки  материалов

     Руководитель

                                    ________ А.А.Тихонов

                                          «__» декабря 2009 год

                                          Студентка группы 6101

                                                              ______ М.Г.Долиденок       «__» декабря 2009 год

Великий Новгород

2009 год

      Содержание:

1 Художественное  изделие с декоративным покрытием  ………………………………..…4

1.1 Технологичность изделия ………………………………………………………………..4

1.2 Выбор материала…………………………………………………………………………...5

1.3 Технология изготовления………………………………….………………………………6

1.4 Программа  выпуска………………………………………………………………………...7

2 Варианты  декоративной отделки изделия…………………………………………………..8

2.1 Выбор декоративной отделки………………………………………………………….....8

2.2 Классификация порошковых лакокрасочных материалов……………………………....11

3 Технология  нанесения покрытия……………………………………………………………15

3.1 Расчёты…………………………………………………………………………………..….15

3.2 Методы  нанесения ПЛКП на металлические изделия………………...............................17

3.3 Последовательность операций нанесения ПЛКП на изделия………………………......22

4 Свойства  декоративных покрытий……………………………………………………….…23

4.1Дефекты  покрытий и методы устранения………………………………………................23

4.2 Контроль  качества………………………………………………………………………….25

Список  литературы……………………………………………………………………………28

Приложение…………………………………………………………………………………….29

     Введение

     Окрашивание порошковыми лакокрасочными материалами  представляет собой одну из наиболее совершенных технологий получения  покрытий, отвечающих требованиям сегодняшнего дня. Возникновение этой технологии - результат длительного развития и эволюции методов, связанных с нанесением жидких лакокрасочных материалов и напылением металлов. Его становлению способствовали все возрастающие требования по охране окружающей среды, экономические соображения, стремление к повышению качества покрытий.

            Страны с высокоразвитой промышленностью и большой плотностью населения уже давно стоят перед проблемой глобального загрязнения окружающей среды. Среди многих производств, вызывающих загрязнения, не последнее место занимает производство покрытий с применением традиционных органорастворимых лаков и красок. Огромные выбросы освобождающихся растворителей не только загрязняют атмосферу, но и резко ухудшают санитарные условия труда, наносят вред здоровью работающих, значительно повышают пожароопасность производства. В связи с этим были усилены исследования по поиску новых лакокрасочных материалов, не содержащих растворителей и других летучих токсичных веществ, технологических решений производства покрытий, которые исключали бы их эмиссию в окружающую среду. Такими материалами, наряду с водными системами, оказались порошковые краски. Последние позволяют не только наилучшим образом решать вопросы экологии при производстве и применении, но и осуществлять практически безотходную технологию покрытий.

     В наиболее рациональном виде новый процесс  получения покрытий оформился в 60-е годы XX века, когда появились  первые термореактивные порошковые краски? и был разработан способ их электростатического нанесения. С этого времени началось стремительное развитие порошковых красок - исходных материалов для получения покрытий - и технологии их нанесения. В настоящее время практически нет отрасли промышленности, где бы не использовалась эта технология; все шире она внедряется и в строительную индустрию.

     Технология  покрытий с применением порошковых красок по сравнению с окрашиванием жидкими материалами имеет много  преимуществ:

• порошковые краски поставляются потребителю в готовом к применению виде. Не требуется их подготовка, смешение, разбавление, перемешивание, регулирование вязкости;
• получение покрытий, как правило, ограничивается однослойным нанесением, в то время как жидкие краски требуют нанесения нескольких слоев, цикл производства покрытий дольше;
• легко обеспечивается утилизация краски и почти полный ее возврат в производственный цикл. Тем самым достигается более высокая экономичность производства;
• снижаются энергозатраты на производство покрытий в связи с отсутствием растворителей (не требуется энергия на испарение растворителей, снижаются расходы на вентиляцию);
• обеспечивается возможность механизации и полной автоматизации процесса производства покрытий, что позволяет уменьшить численность персонала и экономить производственные площади;
• обычно достигается более высокое качество покрытий и лучшие эксплуатационные свойства.

     В настоящее время в промышленности с точки зрения технологии, экономики, экологии порошковым лакокрасочным  материалам практически нет альтернативы.

     Многочисленные успешно проводимые исследования в области порошковых материалов, покрытий и разработки более совершенного оборудования будут способствовать дальнейшему ускоренному продвижению новой технологии и расширению областей ее использования.

            Помимо обычных порошковых красок, существуют различные специальные краски:

• антибактериальные – защищают от большинства вредных бактерий;
• анти граффити;
• термо и жаростойкие краски;
• металлические и жемчужные цвета (металлики);
• светоотражающие и светоаккумулирующие (для автодорожных знаков и рекламных щитов);
• хамелеоны;
• краски со специальными эффектами;
• текстурированные цвета;
• краски по MDF – низкотемпературная полимеризация при 125 оС;
• термо- и жаростойкие краски.

     1 Художественное изделие с декоративным покрытием

     1.1 Технологичность изделия

     В качестве разрабатываемого изделия  мы выбрали крючок для одежды. Для его изготовления мы выбрали способ литья по выплавляемым моделям. Рассмотрим теперь данное изделие на технологичность. Технологические процессы литья по выплавляемым моделям могут быть наиболее рациональными лишь при условии создания технологичной конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое и экономичное изготовление.

     Под технологичностью следует понимать такую совокупность свойств и конструктивных элементов, которые обеспечивают наиболее простое и экономичное изготовление при соблюдении технических и эксплуатационных требований к ним.

     Требования  к технологичности конструкции  детали согласно ГОСТ 14.204-73 следующие:

     - конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;

     - детали должны изготовляться из стандартных и унифицированных заготовок или заготовок, полученных рациональным способом;

     - размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные степень точности и шероховатость;

     - физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления;

     - показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

     - конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

     При оценке технологичности конструкции детали необходимо:

     - рассчитать показатели технологичности конструкции;

     - разработать рекомендации по улучшению показателей технологичности;

     - обеспечить технологичность конструкции детали путем внесения изменений.

     Качественная  оценка технологичности конструкции детали указывается словами «хорошо - плохо», «допустимо - недопустимо» и т.д., а количественная оценка характеризуется показателями технологичности и проводится по усмотрению разработчика.

     Общим результативным показателем технологичности является наименьшая себестоимость литых изделий.

     Так как величина и соотношение элементов  себестоимости изделий (материал, заработная плата, цеховые расходы) зависят  от серийности производства, то понятие  технологичности неразрывно связано  с серийностью производства.

       Рассматриваемое изделие имеет  резкие перепады, но в тоже  время оно не имеет острых  углов, все углы имеют неуказанные  литейные радиусы (R = 0,5 - 1 мм). Вся деталь состоит из одной литой части,   так же изделие не имеет сквозные отверстий. Для сувенира башенка используется 14 квалитет точности, так как является основным для изделий не входящих в соединения с другими деталями.  

     .Для  улучшения защитно-декоративных  свойств используем порошковое  покрытие, с помощью электростатического метода нанесения.

     1.2 Выбор материала

     Для данного изделия мы выбрали бронзу. Бронза (французского bronze, от итальянского bronzo), сплав меди с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий, хром и др.).

     Наиболее  раннее применение нашли оловянные  бронзы. Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами, нечувствительны к перегреву, морозостойки, немагнитны. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях. Но главным недостатком является образование пор в отливках (микропористость), что ведет к их невысокой герметичности. Из-за высокой стоимости олова, сейчас все чаще используют бронзы, в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

     Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением  и резанием. Она имеет очень  малую усадку при литье: менее 1 %, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5 %, а стали — более 2 %. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75—90 % меди и 10—25 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время. Оловянная бронза — непревзойдённый литейный сплав.

     Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10 %, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием.

     До  середины 19 века для отливки орудийных  стволов использовалась так называемая пушечная (орудийная) бронза - сплав  меди с 10% олова.

     Для художественных изделий обычно применяют  литейные латуни – сплавы меди и  цинка, или бронзы – сплавы меди и олова; состав выбирают так, чтобы уменьшить температуру плавления и вязкость расплава. Если нужно защитить металл от окисления, заливку ведут в вакууме или защитной среде, чаще всего в аргоне. Причем аргон находится в установке под давлением две-три атмосферы, что тоже способствует лучшему прилеганию металла к форме и уменьшению пористости изделия. Дополнительную проблему создает охлаждение. Форма должна подогреваться, чтобы металл не начал застывать до полной заливки.

     Плавку  бронзы необходимо производить под  вытяжной вентиляцией, так как некоторые элементы из состава сплавов испаряются и вредны для здоровья. При плавке, желательно не перегревать сплав, так как некоторые компоненты сплава воспламеняются на воздухе (например - цинк). При плавке рекомендуется использовать флюсы, для понижения окисления сплава. Легкоплавкие компоненты добавлять в расплав осторожно. Если требуется приготовить или откорректировать сплав, плавку начинают с легкоплавких компонентов, добавляя компоненты с более высокой температурой плавления.

     Для отливки  крючка для одежды мы взяли сплав бронзы БХ3, так как он используется для изготовления мелких художественных изделий. В его состав входит Cu – 59-73,5%, Zn – 25-35%, Pb – 1-3%, Sn - 0,5-3%.

     Цвет  данной бронзы светло-желтый. Данный сплав  весьма пластичен в холодном состоянии, имеет высокую коррозионную стойкость, хорошо поддается различным видам обработки (чеканка, гравировка, резание), что так же являлось не маловажным фактором для выбора материала.

     1.3 Технология изготовления

     Для изготовления данного изделия мы выбрали метод литья по выплавляемым моделям. Для начала изготавливаем мастер модели на парафиновой и стеариновой основе.

     Далее изготавливаем разъемную пресс-форму. Опоку основанием устанавливаем на гладкую опорную поверхность и заполняем пластилином, в пластилин вдавливаем (до половины) эталон модели. На первую опоку устанавливаем вторую и заливают их водно-гипсовым раствором. Когда гипс затвердеет, опоки переворачиваем, пластилин удаляем, а освободившееся пространство опоки заполняем небольшими кусочками сырой резины. Эталон остается (наполовину) в гипсе, в котором делаются углубления для возможности получения в дальнейшем выступов резиновой формы. Опоки устанавливаем на вулканизационный пресс, на котором в течение 45 - 60 мин при температуре 150 - 160 °С производим вулканизацию кусочков резины. После вулканизации гипс разбиваем и удаляем из опоки. Эталон извлекаем и тщательно очищаем. Резиновую пресс-форму тоже очищаем, посыпаем тальком и снова укладываем в нее эталон. Затем опоку устанавливаем так, чтобы готовая резиновая пресс-форма находилась внизу, а пространство, занятое до этого гипсом, заполняем кусочками сырой резины. Опоки вновь устанавливают на вулканизационный пресс для вулканизации резины второй части пресс-формы. После этого эталон отделяем от резиновой пресс-формы и прорезаем в ней литниковый канал.

     Изготавливаем восковки.

     Изготавливаем литниковую систему из модельного состава  в специальных металлических  формах способом свободной заливки. С целью экономии модельного состава и ускорения выплавления его из формы наиболее массивные части литниковой системы (стояки, выпоры) делаем пустотелыми.

     Для этого обмакиваем в жидкий модельный  состав металлический стержень. Металлический  стержень изготавливаем в виде модели стояка с размерами, уменьшенными на толщину слоя наносимого на него модельного состава. Трехкратно погружаем стержень в жидкий модельный состав и на его поверхности образуется слой, равный толщине стенки стояка.

     Далее собираем модельный блок. Устанавливаем  стояк в специальном приспособлении, обеспечивающее  его устойчивость. Припаиваем плоским электрическим паяльником в нужном месте к поверхности стояка несколько моделей с питателями. Просветы между моделями на стояке около 10 мм.

     Модельный блок берем за литниковую чашу и погружаем в бачок с суспензией. Суспензия состоит из гидролизованного раствора и маршалита. После того как вынули из бачка, медленно поворачиваем, добиваясь образования на его поверхности равномерного слоя суспензии, далее модельный блок переносим в струю песка для обсыпки. Этот этап повторяем несколько раз. Каждый слой суспензии сушим в электрическом шкафу при температуре 50-60˚С.

     Производим  выплавления модельного блока из керамической оболочки, путем опускания  в ванну с горячей водой. Такой  способ выплавления модельного блока, позволяет многократное использование материала. После этого промываем два раза горячей водой керамические формы. Промытые формы устанавливаем на стеллажах для сушки, сушим 3 часа при температуре 20 - 25˚С.

     Далее выполняем формовку оболочек с сухим наполнителем. На дно коробчатой опоки насыпаем слой наполнителя толщиной 20 – 30 мм. В слой наполнителя литниковой чашей вверх устанавливаем несколько блоков оболочек, чтобы зазор между ними и стенкой опоки был не менее 10 – 20 мм. Пространство опоки между блоками и ее стенкой заполняют наполнителем, при формовке уплотняем наполнитель на вибрационном столе. После заполнения опоки наполнителем  литниковая чаша блока возвышается над уровнем наполнителя на 15 – 20 мм. После этого формы поступают на прокаливание.

     Следующим важным этапом является плавка металла, производим в дуговой электрической  печи. Далее производится заливка  форм в вакуумной среде с помощью  ручных ковшей-ложек. Заливку форм сплавом  осуществляем на плацу в вертикальном положении.

     Далее производим выбивку отливок из форм вручную с помощью молотков и  клещей. Выбитая из формы отливка  имеет на поверхности литники, выпоры и возможно заливы, они удаляются  вручную с помощью молотка  и зубила.

     Производим  очистку отливки от пригоревшей к ее поверхности формовочной смеси. Очистку производим вручную, а так же производим химическую очистку (выщелачивание). Отливки помещают в сетчатый барабан, который вращается в ванне с горячим раствором каустика (NaOH) с частотой 15 , при этом удаляются  остатки керамической оболочки из труднодоступных мест на поверхности отливки. После выщелачивание отливки промывают, помещая барабан в ванну с горячей водой, содержащей 35% каустика, в течении 0,5 – 1 ч.

     Нанесение гравировки и надписи на поверхность отливки по эскизу художника. Нанесение никелевого покрытия гальваническим способом. И заключительным этапом является осуществление контроля качества отливки.

     1.4  Программа выпуска

     Так как изделие изготавливается  из бронзы (БХ3), которая применяется для литья не больших изделий, методом литья по выплавляемым моделям, то для того что наш сувенир «башенка» являлось технологичным, и в дальнейшем окупались затраты на данное изделие (с учетом разумных цен на данное изделие) необходимо массовое серийное производство. Поэтому минимальное количество выпуска 100 штук. В противном случаи, если производить маленький выпуск продукции, то затраты на производство данного изделия не будут окупаться, либо цена в дальнейшем на них будет завышена.

      2 Варианты декоративной отделки изделия

      2.1 Выбор декоративной  отделки

      Для выбора декоративной отделки существуют требования:

1. Эксплуатационные. Определяют срок эксплуатации.

      - механические свойств;

      - физические свойства;

      - химические свойства.

2) Технологические  свойства (скорость нанесения, количество  операций);

3) Экономические  требования;

4) Экологические.

      На  основании данных требований было выбрано  покрытие с использованием порошковых лакокрасочных материалов. Порошковые лакокрасочные материалы обладают рядом свойств, которые позволяют использовать их в качестве декоративных и защитных покрытий.

      Наиболее  важными свойствами порошковых красок являются :

• дисперсионный состав;
• сыпучесть;
• слеживаемость;
• гигроскопичность;
• насыпная плотность.

      Технологическими  характеристиками служат:

• способность к псевдоожижению;
• электризуемость;
• распыляемость и др.

            1) Дисперсионный состав.

      Все порошковые краски имеют, как правило, большой разброс по величине частиц. Опыт показывает, что допустимый размер частиц порошковых красок, по данным ситового анализа, находится в пределах 5–350 мкм. В зависимости от метода нанесения этот предел может быть более узким или сдвинут в ту или другую сторону. Для методов основанных на электростатическом распылении порошков, наилучшей является фракция 10–100мкм. В случае тонкослойного покрытия(70–80мкм) необходимы краски с частицами, не превышающими 75 мкм.

      Имеются свои достоинства и недостатки высоко–  и низко дисперсных порошковых красок. Высокодисперсные порошки быстрее  сплавляются, из них легче получаются тонкие покрытия, но в отличие от низко дисперсных порошков они сильнее увлажняются, хуже псевдоожижаются и не всегда равномерно осаждаются на изделиях.

      Важное  значение имеет гетеродисперсность красок. Независимо от метода нанесения  предпочтение следует отдавать порошкам с узким фракционным распределением.

2. Сыпучесть.

             Хорошая сыпучесть – одно из необходимых требований к порошковым краскам. Сыпучесть, как известно, зависит от внутреннего трения между частицами и оценивается чаще всего по скорости истечения порошка из отверстий или по углу естественного откоса, который колеблется в пределах 36–45°.

      При отсутствии требуемой сыпучести  затрудняется нанесение красок; это  вынуждает модернизировать аппаратуру, использовать вибрацию и другие средства и во многих случаях ограничивает применение отдельных способов нанесения. При длительном хранении, особенно при повышенных температуре и давлении, возможна агрегация частиц, приводящая к комкованию и слеживанию порошковых красок.

      Критериями  оценки сыпучести порошков могут  служить угол внутреннего трения, скорость высыпания порошка из бункера через отверстие определенного сечения, угол ссыпания, угол обрушения, угол естественного откоса распыляемость и т.д. Угол внутреннего трения наиболее полно характеризует значение сил сцепления между частицами. Его определение основано, на свойстве порошков ограничивать передачу внешнего давления на дно и стенки сосуда, в котором порошок находится. Так, если порошок засыпать в вертикальную трубку, то его вес будет передаваться на основании трубки лишь до определенной высоты столба. Эта предельная высота тем больше, чем выше сыпучесть порошка, т.е. чем меньше силы сцепления между частицами. Отношение предельной высоты столба порошка Н к диаметру Д представляет собой тангенс угла внутреннего трения a: tg a=Н/Д.

      3) Гигроскопичность.

      Высокая удельная поверхность порошковых красок, составляющая 10–100 мл/г, предопределяет способность их к водопоглащению. Присутствие влаги снижает сыпучесть порошков, приводит к изменению электрических показателей красок, неблагоприятно сказывается на пленкообразовании (возможно поро – и кратерообразование). Поэтому установлены допустимые пределы содержания влаги в порошковых красках: для разных материалов эта цифра колеблется от 0,5 до 3%. Чтобы избежать переувлажнения, следует тщательно контролировать сырье и хранить краски в водонепроницаемой таре в сухих помещениях. Краски с повышенным содержанием влаги можно просушить нагреванием при невысокой температуре (не более 50°С).