Как наносят порошковую краску: электростатика, корона и трибо

Порошковая краска приходит на участок сухим сыпучим материалом и до печи держится на вертикальной детали без жидкой фазы — в основном за счёт электростатики. Отсюда чувствительность напыления к режимам: к напряжению, дистанции, состоянию воздуха и качеству заземления.

Разберём, как порошок заряжают, чем корона отличается от трибо, какие цифры держат в работе и что происходит с порошком, пролетевшим мимо детали.

Почему порошок держится на металле

Частица получает заряд в пистолете или сразу на выходе из него: в трибо — на стенках ствола, в короне — в ионном облаке у электрода. Заземлённая деталь для этого заряда — путь к земле. Между облаком и металлом возникает электрическое поле, на поверхности наводится противоположный заряд, и осевшая частица прижимается к детали. Кроме электростатики слой удерживают силы межмолекулярного сцепления: они не дают покрытию осыпаться, пока заряд стекает.

Частая путаница: основную доставку порошка до изделия в обоих методах зарядки делает воздушный поток из сопла. Поле включается на последних сантиметрах — дотягивает частицы и даёт эффект обтекания, когда порошок заворачивает на обратную сторону детали. Но ведёт оно частицы к выступающим точкам: к кромкам и плоскостям, а не вглубь пазов.

Есть и вариант без электростатики — окунание предварительно нагретой детали в кипящий слой порошка: материал плавится прямо на горячем металле. Так наносят толстые функциональные слои, но в цехах преобладает напыление.

Два способа зарядить порошок

Методы различаются тем, откуда берётся заряд. В коронном пистолете источник — высокое напряжение на электроде, ионизирующее воздух. В трибостатическом заряд даёт контакт порошка со стенками фторопластового ствола — отсюда разное поведение на деталях.

Коронный разряд

На конце ствола стоит игольчатый электрод, на него блок питания подаёт высокое напряжение. Воздух у иглы ионизируется, и в факеле появляется поток свободных ионов; пролетая через эту зону, частицы набирают заряд от столкновений с ними. Метод производительный: под него рассчитано большинство серийных красок.

Плата за производительность — эти же ионы. Не все они садятся на частицы: часть долетает до детали и уходит в нанесённый слой. Заряд накапливается, пробивает покрытие изнутри и выбрасывает порошок обратно — остаются точечные кратеры, а слой становится рыхлым и хуже разливается в печи. Это и есть обратная ионизация. Вероятность её растёт с толщиной уже нанесённого слоя, поэтому лечат её не только током, но и дисциплиной по толщине: на плоскости с попыткой набрать лишнее кратеры вылезают не хуже, чем в пазах.

Работают против неё двумя средствами: режимом с ограничением тока короны (единицы-десятки микроампер) и кольцом-сборником свободных ионов на стволе. Простое «убавить киловольты» помогает хуже — вместе с током падает и осаждение. Наклон пистолета меняет равномерность факела, но причину кратеров не убирает.

Трибостатика

В трибопистолете нет ни электрода, ни высокого напряжения: заряд возникает на контакте «порошок — фторопласт». Частица касается стенки удлинённого ствола, отдаёт ей электроны и уходит к соплу заряженной. Ходовое объяснение «частицы трутся друг о друга» неверно — при взаимном трении они заряжаются разноимённо, суммарного заряда это не даёт.

Трибо уступает короне в производительности, и причина не в скорости оператора. Удельный заряд частицы ниже, внешнего поля нет, а подачу держат умеренной — иначе частицы не успевают зарядиться о стенки. Метод чувствителен к влажности воздуха и слежавшемуся порошку, а фторопластовый ствол изнашивается: заряд падает незаметно для оператора, поэтому ток зарядки на индикаторе смотрят регулярно.

Взамен трибо даёт то, чего корона не может: в факеле нет свободных ионов, а значит, нет и обратной ионизации. Проще набрать толстый слой и красить поверх уже нанесённого покрытия.

Клетка Фарадея

Непрокрас в пазах и внутренних углах объясняет клетка Фарадея: поле экранируется стенками углубления и не доходит до дна. У короны эффект самоусиливается — внутри копятся свободные ионы, на кромках нарастает заряженный слой, и вместе они отталкивают следующие частицы. У трибо он слабее — свободных ионов нет, — но не исчезает: заряженный слой на кромках паза отталкивает следующие частицы и без них.

Отсюда порядок работы, одинаковый для обоих методов: пазы и внутренние углы прокрашивают первыми, открытые плоскости — потом; помогают меньшая дистанция и узкий факел, а на короне — ещё и ограниченный ток. Как исправлять уже случившийся непрокрас — в статье о дефектах покрытия.

Параметры напыления

Ниже — типовые ориентиры. Конкретные значения берут из техкарты и подстраивают под геометрию детали.

• Напряжение. По паспорту у большинства пистолетов доступно до 100 кВ, но максимум по шкале нужен редко: на открытых плоскостях чаще держат 50–80 кВ, на сложном профиле переходят на 20–40 кВ с ограничением тока.
• Дистанция. В типовых режимах 15–25 см. Ближе — избыточная толщина, воздушная струя сдувает осевший порошок, растёт риск искрового разряда на деталь. Дальше — частицы теряются по дороге, эффективность переноса падает.
• Подача порошка. Чем плотнее облако, тем меньше заряда достаётся частице: ровный тонкий факел лучше густого прохода «в один заход».
• Форма факела. Широкий — для плоскостей, узкий — для пазов и внутренних углов.
• Заземление. Подвески зарастают краской и перестают проводить, поэтому их зачищают по графику.
• Режим печи. Порядка 180–200 °C по металлу изделия в течение 10–15 минут, у низкотемпературных систем — ниже. Выдержку отсчитывают с момента, когда заданной температуры достиг сам металл, а не воздух в печи.

Что происходит с осевшим мимо порошком

За первый проход на детали оседает порядка 60–70 % распылённого порошка; на сложной геометрии и при трибостатике — меньше. Остальное осаждается в кабине, откуда направленный поток уносит его в циклон и на фильтры. Собранный материал просеивают и подмешивают к свежему — это рекуперация.

Возврат работает с оговорками. Долю рекуперата в подмесе ограничивают там, где критичен внешний вид: порядка 20–30 %. Если возвращают весь собранный порошок — а именно так и выходят на 90–98 % использования, — доля подмеса задана переносом: при 60–70 % за проход это 30–40 %. Чем выше эта доля, тем быстрее в контуре накапливается мелкая фракция: подача становится нестабильной, растёт склонность к обратной ионизации, страдает внешний вид. Мелочь с финишного фильтра, как правило, списывают.

Часть материалов возврату не подлежит. Оверспрей небондированных металликов чаще уходит в отход: пудра и полимер разделяются в контуре, и при рекуперации оттенок плывёт от партии к партии. Отдельно стоит кросс-контаминация: эпоксидные частицы в полиэфирном контуре дают точечный брак, поэтому при смене типа краски шланги и оснастку чистят или разводят по постам.

Рекуперация заметно меняет экономику участка — как именно она входит в расчёт закупки, разобрано в материале о расходе порошковой краски.

Почему это не делают в гараже

Вопрос «что нужно, чтобы красить порошком самому» возникает регулярно. Позиций пять: узел подготовки поверхности, источник сухого очищенного сжатого воздуха, пистолет с блоком питания, кабина с вытяжкой и фильтрацией, печь. Три из них и решают, получится ли повторяемый результат, — подготовка, печь и сжатый воздух; кабина — это в первую очередь безопасность.

Первая — подготовка: обезжиривание с последующим конверсионным слоем, промывкой и сушкой либо дробеструйная обработка с обеспыливанием и покраской без вылёживания. Без неё покрытие выглядит красиво и отслаивается через сезон — уже у заказчика. Повторяемую подготовку кустарно не сделать — нужны ванны или установка и контроль режима.

Вторая — печь: нужен равномерный прогрев металла изделия и контроль его температуры. И отдельно: бытовую духовку, в которой полимеризовали порошок, нельзя возвращать на кухню — выделяются летучие продукты, а порошок оседает на нагревателях и стенках.

Третья — сжатый воздух, его недооценивают чаще прочего. Нужен не просто компрессор с ресивером, а осушитель и магистральные фильтры. Ориентир берут из паспорта пистолета: остаточное масло — не более 0,1 мг/м³, точка росы — не выше +10 °C, а лучше +4 °C, и при этом минимум на 10 °C ниже температуры в цехе. Влага и масло дают комкование порошка, нестабильную подачу и кратеры.

Отдельно — кабина: она нужна не только ради чистоты. Взвесь порошка взрывоопасна, а зажечь её может искра с незаземлённого предмета или открытый нагреватель. Отсюда требования: направленный поток и фильтрация, заземление всего металла в зоне напыления, отсутствие открытых источников тепла и искры, респиратор и защита глаз у оператора.

Мифы и ошибки

• «Чем выше напряжение, тем лучше прокрас». На открытой плоскости прибавка киловольт добавляет осаждения — но до толщины, с которой начинается обратная ионизация: на втором проходе и на толстых слоях киловольты и ток убавляют. На сложном профиле убавлять приходится с самого начала: свободные ионы усиливают экранирование.
• «Трибо лучше короны». Оно выигрывает на пазах и толстых слоях, но уступает в производительности и капризнее к условиям.
• «Оверспрей — это отход». Он возвращается через рекуперацию — но не для каждого материала: у небондированных металликов от возврата плывёт оттенок.
• «Заземление — формальность, деталь и так висит на подвеске». Подвеска зарастает краской и перестаёт проводить, а сопротивление растёт незаметно.
• «Наклонить пистолет — и кратеры уйдут». Наклон меняет равномерность факела, но причину не убирает.

Что это значит на практике

Краска и оборудование — одна система. Порошок, который отлично ложится короной, на трибо заряжается хуже: под трибостатику производители, как правило, выпускают отдельные исполнения серий. Поэтому тип зарядки указывают наравне с цветом и блеском.

До закупки партии полезно зафиксировать пять вещей: тип пистолетов, наличие и схему рекуперации, геометрию изделий, требуемую толщину покрытия и реальный режим печи. Этого достаточно, чтобы подобрать серию под ваш участок, а не под стенд производителя.

«АН-ТРЕЙД» — официальный дистрибьютор Акзо Нобель в Москве и Московской области, склад в Орехово-Зуево. Мы поставляем краску: подберём серию под изделие, оборудование и условия эксплуатации и передадим техкарту с режимом полимеризации и рекомендованной толщиной. Работы по нанесению не выполняем.