Подготовка поверхности под окраску. Оценка качества подготовки по ISO 8501

Важнейшим показателем, определяющим срок службы покрытия и во многом зависящая от подготовки поверхности, является адгезия - явление, заключающееся в установлении связи между пленкой краски и подложкой, на которую она нанесена. При этом возникают различные по природе связи: химические с энергией от 50 до 1000 кДж/моль, водородные, электростатические, молекулярные (силы Ван-дер-Ваальса) с энергией до 50 кДж/моль, а также связи, вызванные механическим зацеплением краски в неровностях окрашиваемой поверхности.

Основными видами загрязнения металлов являются оксиды в виде:

прокатной окалины - смесь оксидных соединений железа: вюстита FeO, магнетита Fe3O4 и гематита F2O3. Окалина имеет более положительный электродный потенциал в водных растворах по сравнению с потенциалом железа, поэтому в воде, во влажной атмосфере, в растворах солей при наличии окалины наблюдается интенсивная коррозия стали на участках с разрушенной окалиной. Окалина довольно прочно сцеплена с металлом и ее удаление является наиболее трудоемкой частью очистных работ.
ржавчины − гидратированные оксиды железа; ее присутствие приводит к снижению адгезии покрытий и, кроме того, усиливает осмотическое проникновение воды под пленку краски вследствие наличия в ней растворимых продуктов.

Так же на подложке зачастую присутствуют и другие виды загрязнений:

при нанесении на металлические поверхности лакокрасочный материал практически всегда (даже после очистки) контактирует не с металлом, а с его кислородными или иными соединениями и адсорбированной водой. Адсорбированная вода всегда имеется также на поверхности и других материалов − бетона, пластмасс, резины, дерева. Кроме того, в связи со щелочностью, поверхность многих строительных материалов загрязнена карбонатами за счет диоксида углерода воздуха.
в виде жиров, консервационных масел и смазок, остатков полировочных паст, охлаждающих эмульсий и т.п. ухудшает условия смачивания поверхности лакокрасочными материалами и, следовательно, ослабляют взаимодействие краски с подложкой.
пыль от разрушения частиц абразива, соли из морской воды или атмосферы, остатки прежней краски и т.п. Они должны удаляться с поверхности по возможности более тщательно, т.к. растворимая их часть вызывает осмотическое проникновение воды, а нерастворимые частицы ослабляют контакт краски с поверхностью.

Все это отрицательно сказывается на адгезии и других защитных свойствах будущего покрытия.

Не малую важность так же имеет рельеф окрашиваемой поверхности - он связан с исходными дефектами поверхности и условиями обработки.

Дефекты поверхности, образующиеся при изготовлении деталей и конструкций: заусенцы, вмятины, острые кромки, сварочный град, остатки флюсов, неровности сварных швов и т.п. Дефекты поверхности приводят к разнотолщинности покрытий, возникновению анодных и катодных участков, непрокрашенных участков и, в конечном итоге, преждевременному разрушению покрытия и коррозии.

Оценка рельефа с точки зрения подготовки поверхности связанна главным образом с шероховатость поверхности. Шероховатость поверхности может влиять на свойства будущего покрытия как положительно, так и отрицательно. Оптимальная величина шероховатости определяется из следующих соображений:

с одной стороны, чем больше шероховатость, тем больше истинная (активная) поверхность металла и, на первый взгляд, больше адгезионная прочность лакокрасочного покрытия. Например, соотношение между площадью поверхности, определенной по ее геометрическим размерам, и истинной (с учетом шероховатости) составляет для полированной стали около 1,4, а для стали после абразивоструйной обработки может достигать 10.
с другой стороны, слишком большая шероховатость может привести к следующим недостаткам формируемого покрытия: снижение декоративных свойств покрытия из-за волнистости окрашенной поверхности, и отсюда, повышенное грязеудержание; потери лакокрасочного материала вследствие заполнения глубоких впадин на шероховатой поверхности (при шероховатости около 150 мкм увеличение расхода краски достигает 0,1 л/кв.м); возможное появление пустот на дне глубоких впадин, т.е. участков неадгезированного покрытия, что ведет к снижению адгезионной прочности.

Принято считать, что для крупногабаритных металлоконструкций, на которые наносятся толстослойные (более 250 мкм) покрытия классом IV и выше по ГОСТ 9.032, оптимальная шероховатость RΖ может быть принята в диапазоне 40-90 мкм.

Взаимодействия подложки и ЛКМ с точки зрения характера окрашиваемого материала можно характеризовать двумя свойствами: сродством материала к воде (т.е. его гидрофильности или гидрофобности) и величиной поверхностной энергии.

Металлы по своей молекулярной структуре гидрофобны, однако присутствие оксидов и других сорбированных соединений может придать гидрофильность их поверхности. В зависимости от вида применяемого материала требуется соответствующая поверхность: под водные краски − гидрофильная, под краски на гидрофобных пленкообразователях − гидрофобная. Гидрофилизация поверхности достигается обезжириванием, нанесением конверсионных покрытий; гидрофобизация − обработкой различными поверхностно−активными веществами, аппретированием и т.п.

Поверхностная энергия твердых тел, служащих подложкой, во многом определяет такие важные свойства, как смачивание, растекание, адгезия и др. Как правило, жидкости тем лучше смачивают подложку, чем выше ее поверхностная энергия.

Поверхностная энергия, как и степень гидрофильности или гидрофобности, может быть существенно изменена путем модификации, например, оксидированием, фосфатированием, азотированием и другими методами.

Качественная подготовка поверхности под окраску состоит из следующих основных операций:

устранение дефектов поверхности;
удаление масляных и жировых загрязнений;
удаление продуктов коррозии;
удаление прочих загрязнений (хлоридов, пыли, остатков абразива и т.п.).

Работы по устранению дефектов поверхности (заусеницы, острые кромки, сварочные брызги и др.), как правило, выполняются в процессе изготовления конструкций до начала очистных работ.

Для удаления загрязнений и создания требуемой шероховатости поверхности применяют преимущественно механические и химические методы.

По возможности, следует производить подготовку поверхности, когда коррозия стали по стандарту ИСО 8501−1 оценивается степенью А или между А и В.

Перед проведением механической обработки поверхность необходимо очистить от масел, смазок, грязи и других загрязнителей:

Масляные и жировые загрязнения должны быть удалены растворителем или водными моющими растворами.
Меловые загрязнения, копоть от сварки и резки удаляются пресной водой, при необходимости используют пневмощетки.
При наличии на поверхности растворимых солей их следует удалить струей воды.

Способ подготовки поверхности, чистота поверхности, шероховатость и другие параметры очистки не должны противоречить рекомендациям поставщика лакокрасочных материалов.

Если в процессе очистки не достигнута необходимая степень подготовки поверхности, то необходимо провести дополнительные работы, при этом могут быть использованы другие более подходящие для этого случая методы. В отдельных случаях сразу предусматривается использование различных методов подготовки поверхности (например, первоначально гидравлическая очистка от старой краски и продуктов коррозии, затем абразивоструйная очистка от налета ржавчины и для создания оптимального рельефа).

При подготовке ранее окрашенных поверхностей не всегда нужно полностью удалять предыдущие покрытия. В тех случаях, когда допускается локальное удаление прежнего покрытия должны соблюдаться следующие условия:

оставшееся покрытие должно быть совместимо с новым покрытием и не снижать его защитные свойства;
во время локальной очистки не должны быть повреждены соседние участки;
это должно быть экономически целесообразно.

Наиболее распространенные виды очистки поверхности под окраску:

Абразивоструйная очистка - абразивные частицы в виде песка или других специализированных материалов ускоряются из абразивоструйного аппарата при помощи энергии сжатого воздуха. Является наиболее эффективным и производительным видом механической очистки.
Гидроабразивная очистка - Абразив вводится в поток жидкости (обычно чистой воды) и струя направляется через сопло на обрабатываемую поверхность. Жидкость подается под более высоким давлением и количество абразива обычно меньше, чем при очистке сжатым воздухом. В воду может добавляться ингибитор коррозии, совместимый с последующим покрытием. С помощью данного метода может достигаться степень подготовки Sa3 при любой степени коррозии исходной поверхности или ранее окрашенной поверхности. Такая очистка позволяет одновременно удалять практически полностью все водорастворимые загрязнения.
Дробеметная очистка - отличается от абразивоструйной тем, что поток дроби создается не сжатым воздухом, а в результате центробежной силы от вращающего с большой скоростью (2500−3000 об/мин) ротора с лопатками, выбрасывающими веерообразным потоком абразив на очищаемую поверхность. Такой способ подготовки поверхности в 5−10 раз производительнее абразивоструйного и значительно дешевле. Он используется в условиях непрерывной обработки деталей с доступными поверхностями, например, листового и профильного проката в поточных линиях. В большинстве случаев установки дробеметной очистки − это стационарные сооружения с закрытыми камерами и циркуляцией абразива в замкнутой системе.
Гидроочистка - заключается в обработке поверхности струей воды, подавляемой под высоким или сверхвысоким (порядка 300 МПа) давлением насосом через сопло. Требуемое давление зависит от типа и количества загрязнений. Обычно метод гидроочистки используют для удаления водорастворимых загрязнений (солей, растворимых отложений), рыхлой ржавчины, разрушенных или с низкой адгезией лакокрасочных покрытий, морских обрастателей, водорослей и т.п. Для удаления масел и жировых загрязнений в воду добавляют поверхностно-активные вещества, которые затем удаляют струей чистой воды.
Очистка ручным и механизированным инструментом - обеспечивает худшую чистоту и рельеф поверхности по сравнению с абразивоструйной очисткой. К тому не редко она оказывается и более трудоемкой и дорогостоящей. Поэтому этот метод следует использовать в тех случаях, когда указанные выше методы высококачественной подготовка поверхности по каким-либо соображениям неприемлемы.
Травление - очистка поверхности сводится к растворению оксидов (окалины, ржавчины) и поверхностного слоя металла, восстановлению оксидных соединений и их отрыву выделяющимся водородом. Травлению подвергают изделия, предварительно очищенные от механических и жировых загрязнений. В качестве травильных растворов для черных металлов наиболее широко используют серную, соляную и ортофосфорную кислоты с различными добавками. Кислотное травление проводят в ваннах или в струйных камерах; продолжительность процесса обычно составляет в первом случае около 30 мин, во втором − около 5 мин. После травления изделия промывают последовательно горячей и холодной водой, а затем нейтрализуют остаточную кислоту слабокислыми или слабощелочными растворами.

Оценка исходной поверхности без покрытия по стандарту ИСО 8501-1

Установлены следующие четыре степени коррозии:
А − поверхность стали, покрытая в большой степени прочно прилегающей прокатной окалиной, но практически без ржавчины;
В − поверхность стали, начавшая ржаветь, и с которой начинает отставать прокатная окалина;
С − поверхность стали, с которой прокатная окалина исчезла в результате ржавления или с которой она может быть удалена, и на которой наблюдается равномерная коррозия на значительной площади при обычном рассмотрении;
D − поверхность стали, с которой прокатная окалина исчезла в результате ржавления, и на которой наблюдается общая и язвенная коррозия при обычном рассмотрении.

Оценка дефектов поверхности по стандарту ИСО 8501−3

Осмотру и оценке подлежат сварные швы, острые кромки, зазоры, углы, утолщения и т.п., имеющие место на окрашиваемой конструкции. Устанавливаются следующие три степени устранения дефектов при
подготовке поверхности в зависимости от требуемого качества покрытия:
Р 1. Легкая подготовка: без подготовки или только минимальная подготовка, необходимая перед нанесением лакокрасочного материала;
Р 2. Тщательная подготовка: большая часть дефектов устранена;
Р 3. Очень тщательная подготовка: поверхность свободна от существенных дефектов.

Оценка степени обезжиривания:

Наличие жировых и масляных загрязнений на исходной поверхности оценивается обычно визуально в луче фонаря, направленном по касательной к поверхности. Существуют различные методы контроля степени обезжиривания, например, по ГОСТ 9.402 (метод смачиваемости, капельный метод, метод протирки чистой салфеткой).

Оценка степени очистки поверхности нового металла по стандарту ИСО 8501-1

Способ подготовки поверхности обозначается следующим образом:
Sa - абразивоструйная (дробеметная) очистка;
St - очистка ручным или механизированным инструментом.

Степени абразивоструйной очистки характеризуются следующим образом:

Sa1 - Легкая очистка. При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки, грязи, а также от слабо пристающих окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц.

Sa2 - Тщательная очистка. При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от большей части прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся загрязнения должны приставать прочно.

Sa 2 ½ - Очень тщательная очистка. При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся следы загрязнений должны выглядеть только как легкое окрашивание в виде пятен или полос.

Sa3 - Очистка до визуальной чистой стали. При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Она должна иметь однородную металлическую окраску.

Степени очистки ручным и механизированным инструментом характеризуются следующим образом:

St2 - Тщательная очистка. При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки, грязи, а также от плохо пристающих прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц.

St3 - Очень тщательная очистка. Как St 2, но поверхность должна обрабатываться более тщательно для получения металлической окраски.

Оценка очистки поверхности при локальном удалении старых покрытий по стандарту ИСО 8501-2

Способ подготовки поверхности обозначается следующим образом:
Sa - абразивоструйная очистка;
St - очистка ручным или механизированным инструментом;
Мa - очистка шлифованием (наждачной бумагой или щетками).

Степени абразивоструйной подготовки характеризуются следующим образом:

Sa 2 - Тщательная локальная очистка. Прочно пристающие прежние лакокрасочные покрытия должны оставаться неповрежденными. При осмотре без увеличения на поверхности не должны быть видны масло, смазка, грязь, слабо пристающая краска; допускается небольшое количество прокатной окалины ржавчины и посторонних частиц на очищенных от покрытия участках. Любые оставшиеся загрязнения должны приставать прочно.

Sa 2 ½ - Очень тщательная локальная очистка. Прочно пристающие прежние лакокрасочные покрытия должны оставаться неповрежденными. При осмотре без увеличения на поверхности не должны быть видны масло, смазка, грязь, слабо пристающая краска прокатная окалина, ржавчина и посторонние частицы. Любые оставшиеся следы загрязнений должны выглядеть только как легкое окрашивание в виде пятен или полос.

Sa 3 - Локальная очистка до визуально чистой стали. Прочно пристающие прежние лакокрасочные покрытия должны оставаться не поврежденными. При осмотре без увеличения на поверхности не должны быть видны масло, смазки, грязь, слабо пристающая краска, прокатная окалина, ржавчина и посторонние частицы. На очищенных от покрытия участках поверхность должна иметь однородную металлическую окраску.

Примечания:
1. Степень подготовки Sa 1 отсутствует, так как такая поверхность будет непригодной для окрашивания.
2. Прочно держащимся лакокрасочным покрытием считается покрытие, которое не удаляется с поверхности незаостренным металлическим шпателем или струей воды под давлением 20 МПа.

Степени подготовки ручным и механизированным инструментом характеризуется следующим образом:

St 2 - Тщательная локальная очистка. Прочно пристающие лакокрасочные покрытия должны оставаться неповрежденными. При осмотре без увеличения на поверхности не должны быть видны масло, смазка, грязь, слабо пристающая краска, прокатная окалина, ржавчина и посторонние частицы. Поверхность должна иметь однородную металлическую окраску.

St 3 - Очень тщательная локальная очистка. Как для P St 2, но поверхность, подлежащая очистке, должна обрабатываться более тщательно для получения металлической окраски.

Подготовка шлифованием характеризуется одной степенью:

Ма - Прочно пристающие прежние лакокрасочные покрытия должны оставаться неповрежденными. При осмотре без увеличения на поверхности не должны быть видны масло, смазка, грязь, слабо пристающая краска, прокатная окалина, ржавчина и посторонние частицы. Любые оставшиеся следы загрязнений должны выглядеть только как легкое окрашивание в виде пятен или полос.

Контроль подготовленной поверхности после гидроочистки по стандарту ИСО 8501-4

Стандартом ИСО 8501-4 установлены следующие три степени очистки:

Wa1 – Легкая водоструйная очистка. При рассмотрении без увеличения на поверхности не должно быть следов масла, жира, отслаивающейся ржавчины и инородных тел. Возможны редкие рассеянные, прочно держащиеся остатки различных загрязнений.

Wa2 – Тщательная водоструйная очистка. При рассмотрении без увеличения на поверхности не должно быть следов масла, жира и большей части ржавчины, предыдущих покрытий и инородных тел.

Wa3 – Очень тщательная водоструйная очистка. При рассмотрении без увеличения на поверхности не должно быть следов масла, жира, грязи, предыдущих покрытий и инородных тел. Допускается лишь некоторое изменение цвета поверхности в местах питтингов, но только в виде бледных пятен.

Стандартом ИСО 8501-4 установлены также три степени вторичной ржавчины после гидроочистки:

FRA – Легкая вторичная ржавчина. На поверхности видно некоторое количество желтой (коричневой) ржавчины, через которую просматривается стальная поверхность. Ржавчина может распространяться как по всей поверхности, так и в виде отдельных пятен. При легком протирании на ветоши не остается следов ржавчины.

FRВ – Средняя вторичная ржавчина. На поверхности виден слой желтой (коричневой) ржавчины, который закрывает исходную стальную поверхность и непрочно закреплен на ней. Ржавчина равномерно распределена на поверхности или находится в виде отдельных пятен. При протирании на ветоши остаются легкие следы.

FRС – Обильная вторичная ржавчина. На поверхности виден слой желтой (коричневой) ржавчины, который закрывает исходную стальную поверхность и прочно закреплен. Ржавчина может быть равномерно распределена на поверхности или находится в виде пятен. При протирании на ветоши остаются значительные следы.