Покрытие

Порошковая краска уверенно завоевывает позиции в современной промышленности, постепенно вытесняя традиционные сольвентные составы. Этот материал находит широкое применение для окрашивания разнообразных деталей и бытовых изделий, используясь как в небольших частных мастерских, так и на крупных производственных предприятиях. В отличие от жидких лакокрасочных материалов (ЛКМ), порошковые краски представляют собой сухую мелкодисперсную смесь. Процесс нанесения основан на электростатическом притяжении частиц порошка к окрашиваемой поверхности, с последующим расплавлением и полимеризацией в специальных печах при температуре 180-200°C. Такой технологический процесс требует более сложного оборудования и квалифицированных маляров, обученных специфике порошкового окрашивания.

Несмотря на активное применение полиэфиров в производстве ЛКМ, разработка именно порошковых полиэфирных красок долгое время сдерживалась отсутствием промышленного выпуска твердых полиэфиров. Ситуация изменилась лишь в середине 1960-х годов, и к 1975 году доля таких красок в мировом производстве термоотверждаемых порошковых составов достигла примерно 15–20%.

Состав порошковых красок

Основой любой порошковой краски являются следующие компоненты:

1. Пленкообразователи: Это ключевой компонент, формирующий покрытие. Могут быть термопластичными (образуют покрытие при расплавлении и охлаждении без химических превращений) или термореактивными (отверждаются при нагревании за счет химических реакций) полимерами.

2. Пигменты: Отвечают за цвет и укрывистость покрытия. Составы без пигментов представляют собой порошковые лаки, которые также обеспечивают прочное сцепление с поверхностью и долговечность.

3. Отвердители: Необходимы для термореактивных составов, инициируют процесс полимеризации пленкообразователя при нагревании.

4. Ускорители отверждения: Добавляются для снижения температуры или времени отверждения.

5. Дополнительные добавки: Используются для придания покрытию специальных свойств или улучшения технологических характеристик краски. К ним относятся антипирены (снижающие горючесть), стабилизаторы (повышающие устойчивость к УФ-излучению и теплу), вещества, улучшающие сыпучесть порошка, антивспенивающие компоненты и поверхностно-активные вещества (ПАВ) для лучшего растекания.

Стандарты, такие как ГОСТ 9.410-88 (Приложение 1), регламентируют перечень рекомендуемых порошковых материалов, используемых для получения покрытий для разных условий.

Основные виды порошковых красок и их свойства

Полимерно-порошковые краски поставляются в нескольких основных видах, каждый из которых обладает уникальными техническими характеристиками:

Эпоксидные порошковые краски

• Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-45 марок А и Б, серая (ТУ 6-10-1752)

• Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-177 марок А и Б, зеленая (ТУ 6-10-1575)

• Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-534 марок А и Б, серая (ТУ 6-10-1890)

• Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-219 и П-ЭП-219 (ОН) марок А и Б, белая (ТУ 6-10-1597)
  Свойства: Главным достоинством эпоксидных красок является оптимальное сочетание превосходных физико-механических (высокая адгезия, механическая прочность) и электроизоляционных свойств. Покрытия на их основе отличаются высокой химической стойкостью. Могут применяться для окраски изделий из различных металлов без предварительного грунтования. Также сами эпоксидные порошковые покрытия могут служить грунтом под другие порошковые или жидкие ЛКМ.
  Рекомендации: Для повышения противокоррозионной стойкости при использовании на черных металлах и оцинкованной стали рекомендуется предварительное фосфатирование, а для алюминия и его сплавов – хроматирование.
  

Эпоксидно-полиэфирные (гибридные) порошковые краски Пример:

• Композиция эпоксидная порошковая УП-2191 "А" (ТУ 6-05-241-450)

• Композиция эпоксидная порошковая УП-2191 "К" (ТУ 6-05-241-85)

• Композиция эпоксидная порошковая УП-2155 (ТУ 6-05-241-26)
  Свойства: Сочетают преимущества эпоксидных смол с улучшенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, что предотвращает пожелтение. Обладают хорошей химической и растворяющей стойкостью, а также отличными декоративными свойствами и механической прочностью.
  

Полиэфирные порошковые краски

Пример: Краска порошковая полиэфирная П-ПЭ-1130У черная (ТУ 6-10-1914).
Свойства: Идеальны для наружных работ благодаря высокой устойчивости к атмосферным воздействиям (влага, УФ-излучение, температурные перепады). Покрытия обычно наносятся толщиной 60–120 мкм, обладают высоким глянцем и хорошей адгезией к различным металлам, включая легкие сплавы.

Полиуретановые порошковые краски

«Краска полиуретановая порошковая Роял Групп» ТУ 20.30.22-001- 06819333-2017.

Свойства: К полиэфирным порошковым краскам часто относят и так называемые «полиуретаны», отверждаемые блокированными изоцианатами. Они отличаются превосходной внешней стабильностью, высокой износостойкостью, эластичностью и стойкостью к химическим реагентам. Часто используются для защитно-декоративных покрытий, требующих особого качества поверхности и долговечности.

Поливинилхлоридные (ПВХ) порошковые краски:

Пример: Краска порошковая поливинилхлоридная П-ХВ-716 различных цветов (ТУ 6-10-1706).

Обеспечивают хорошую химическую стойкость, атмосферостойкость и являются относительно недорогими. Используются для защиты металлических изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах, а также для создания толстослойных покрытий.

Специальные виды порошковых материалов

Полиамидные порошки (Пример: Порошкообразный полиамид ПА-12АП (ТУ 6-05-211-1429):

Используются для создания защитных и антифрикционных покрытий, особенно на деталях, испытывающих трение (например, колесные диски). Покрытия устойчивы к неблагоприятным факторам окружающей среды, воздействию растворителей и минеральных масел. Обеспечивают гладкий внешний вид с «эффектом шелка».

Фторопластовые порошки

• Ф-3-Б (ГОСТ 13744)

• Ф-2М-Д (ТУ 6-05-1781)

• Ф-30-П (ТУ 6-05-1706)

• Ф-4МБП (ТУ 6-05-041-581)

• Ф-40ДП (ТУ 6-05-1706)

Применяются для создания химически стойких, антиадгезионных и антифрикционных покрытий с низким коэффициентом трения.

Внешний вид и выбор цвета

Современные порошковые краски предлагают широчайший спектр визуальных решений. Выбор цвета осуществляется по международным каталогам, наиболее распространенным из которых является RAL. Кроме цвета, можно выбрать и текстуру покрытия:

• Гладкая (глянцевая или матовая)

• Шагрень (эффект апельсиновой корки)

• Муар (мелкозернистая, бархатистая текстура)

• Металлик (с добавлением металлических частиц)

• Хром (имитация хромированной поверхности)

• Флуоресцентная (яркие, светящиеся цвета)

Порошковые краски представляют собой современное, эффективное и экологически более предпочтительное решение для окрашивания широкого спектра изделий в промышленности. Благодаря разнообразию составов, они позволяют получать покрытия с заданными эксплуатационными и декоративными свойствами, обеспечивая долговечность и привлекательный внешний вид продукции. Развитие технологий и появление новых материалов продолжают расширять области применения порошковых красок, укрепляя их позиции на рынке лакокрасочных материалов.

Для защиты металла турбинных лопаток авиационных двигателей от воздействия температур свыше 1100 °C применяют металлокерамические теплозащитные покрытия. Основной технологией их нанесения является атмосферное плазменное напыление, которое обеспечивает высокую производительность и относительную дешевизну процесса. Однако эта технология имеет и свои недостатки: наличие пористости и других дефектов, а также взаимодействие напыляемого материала с внешней средой. Все это снижает ресурс работы лопаток. Ученые Пермского Политеха и студенты Передовой инженерной школы изучили, как технологические факторы плазменного напыления влияют на итоговую структуру жаростойкого слоя и определили наиболее оптимальный режим нанесения данного типа покрытия.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение», т. 27, № 1, 2025. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».

В процессе работы газотурбинного двигателя всасываемый воздух сжимается в компрессоре и подается в камеру сгорания, где смешивается с топливом. При сгорании топливо-воздушной смеси происходит расширение газов и передача энергии газа лопатками турбины на диск или вал, в котором эти лопатки закреплены. За счет вращения диска турбины образуется тяга, благодаря которой двигатель поднимает самолет в воздух. Таким образом, лопатки турбины подвергаются температурным нагрузкам свыше 1100 °С. Именно поэтому на них необходимо наносить специальные теплозащитные покрытия. Они состоят из внешнего керамического слоя и металлического связующего жаростойкого подслоя.

Качество и долговечность жаростойкого покрытий во многом зависят от технологии их нанесения. Одним из наиболее распространенных методов является атмосферное плазменное напыление, когда частицы материала распыляются и ускоряются с помощью плазменной струи, которая создается дуговым прогревом смеси газов (например, аргона и водорода). Такой способ обеспечивает высокую производительность процесса при относительно низкой стоимости.

Тем не менее, он имеет свои недостатки: при напылении металлических жаростойких покрытий излишняя пористость и окисление материала снижают эффективность защиты лопаток от окисления и высокотемпературной коррозии. От качества получаемой структуры жаростойкого покрытия зависит и его общая долговечность.

Ученые Пермского Политеха изучили, как различные параметры напыления, такие как расход газов (аргона и водорода), сила тока дуги и расстояние напыления, влияют на итоговую структуру жаростойкого покрытия лопаток турбины.

Политехники провели эксперимент, в ходе которого металлический порошковый материал системы NiCoCrAlY наносили на образцы из жаропрочного сплава методом атмосферного плазменного напыления. Данный материал широко применяется для создания жаростойких слоев теплозащитных покрытий.

– Скорость и температура порошка при нанесении на лопатки играют критически важную роль в прочности покрытия, поскольку от них зависит сцепление частиц с металлом, пористость, степень окисления и так далее. В результате экспериментов мы обнаружили, что увеличение расхода аргона снижает температуру частиц, а повышение водорода и силы тока дуги наоборот ее поднимает. Это связано с тем, что аргон менее эффективно нагревает порошок, чем водород. В случае же со скоростью, чем больше расход аргона и сила тока дуги, тем больше скорость частиц. Все это положительно сказывается на качестве покрытия, – объясняет Андрей Сметкин, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, кандидат технических наук.

– Мы определили наиболее оптимальный режим напыления жаростойкого покрытия. Температура металлических частиц в диапазон от 2410 до 2435 °С и скорость в районе 145 м/с обеспечивают равномерность покрытия с минимальными дефектами и высоким качеством сцепления с подложкой. Также было установлено, что расстояние в 100 мм является оптимальным для напыления: снижение дистанции до 80 мм ведет к излишнему перегреву материала основы, тогда как увеличение до 120 мм приводит к снижению толщины покрытия на 15-20%, – рассказывает Александр Малышев, студент магистратуры Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» ПНИПУ.

Кроме того, полученные политехниками уравнения позволяют прогнозировать температуру и скорость частиц при различных параметрах напыления, что упрощает процесс настройки оборудования и снижает количество экспериментов, необходимых для достижения оптимальных результатов.

Результаты исследования ученых Пермского Политеха имеют важное практическое значение для авиационной промышленности. Оптимизация параметров напыления позволяет получить более качественные теплозащитные покрытия, которые будут лучше защищать турбинные лопатки от экстремальных температур и коррозии. Это, в свою очередь, увеличит срок службы лопаток и повысит надежность и безопасность авиационных двигателей.