Патент на изобретение №2381839

(54) СПОСОБ СПРЕЙ-АКУСТИЧЕСКОГО КРАШЕНИЯ МЕТАЛЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области физики. Способ включает последовательное нанесение на очищенную поверхность металла с помощью спрей-аппарата в секторе спрей-струи ₁ под давлением P₁ защитного покрытия, антикоррозийного покрытия, первого и второго красильного состава с последующей сушкой каждого из указанных слоев. Нанесение указанных слоев производят одновременно с коллинеарным излучением акустических волн в секторе ₂, в 1,5-2 раза превышающем сектор ₁, в диапазоне частот 10¹-10⁶ Гц под давлением P₂, более чем в 3 раза превышающим давление P₁ с помощью малогабаритного направленного акустического излучателя, расположенного на спрей-аппарате и ориентированного в одном направлении с соплом спрей-аппарата. Сушку указанных слоев производят с помощью не менее четырех крупногабаритных направленных акустических излучателей. Сокращается продолжительность и повышается качество крашения при расширении области применения. 7 ил.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для повышения эффективности крашения металла, полимеров и других субстратов.

Технический результат предложенного способа заключается в повышении качества крашения: в увеличении глубины проникновения специального покрытия (СП) и красильного состава (КС) в металл, в обеспечении равномерности распределения СП и КС по поверхности металла, в повышении яркости КС и др.; в сокращении продолжительности технологического процесса крашения (уменьшение времени сушения СП и КС); в сокращении финансовых затрат на крашение (уменьшение расхода СП и КС и т.д.) и в расширении области применения (крашение ранее не окрашиваемого металла, крашение металла в неблагоприятных погодно-климатических условиях: ветер и др.).

Известен способ крашения полимеров (ПМ) с использованием ультразвука (УЗК), заключающийся в подаче КС в емкость для крашения, снабженную первым УЗК излучателем и ПМ, предварительно подвергнутым в этой емкости УЗК воздействию, обеспечивающему сохранение структуры материала, нахождении ПМ в указанном активированном КС в течение заданного интервала времени, промывке окрашенного ПМ водой и дальнейшем его направлении на стадию сушки, а сточных вод – в емкость для очистки воды, снабженной вторым УЗК излучателем с последующим возвращением очищенной воды в цикл процесса крашения /Бахарев С.А. Непрерывный способ крашения полимерных материалов с использованием ультразвука. – Патент РФ 2318939 от 30.11.2006 г./.

Основными недостатками данного способа являются:

1. Ограниченная область применения.

2. Недостаточное качество крашения (из-за неглубокого проникновения КС в субстрат и др.).

3. Недостаточная эффективность крашения, обусловленная, например, относительно продолжительным процессом сушки субстрата и др.

Наиболее близким к заявляемому является способ, выбранный в качестве способа-прототипа, крашения металла, заключающийся в очищении поверхности металла от физических и химических примесей, в нанесении на очищенную поверхность металла в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁=4-6 кгс/см² защитного покрытия (ЗП) Epicon Zinc rich primer B-2 толщиной l₁=96 микрон и его последующем сушении в период времени t₁ не менее 8 часов; в нанесении на ЗП в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ антикоррозийного покрытия (АКП) BANNOH 500R толщиной l₂=160 микрон и его последующем сушении в период времени t₂ не менее 8 часов; в нанесении на АКП в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ первого КС EPICON MF GREY CS-614 толщиной l₃=98 микрон и его последующем сушении в период времени t₃ не менее 6 часов; в нанесении на первый КС в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ второго КС UNY MARINE WHITE толщиной l₄=182 микрона и его последующем сушении в период времени t₄ не менее 2 часов /Стандарт ASTM по покраске морских судов способом Air spray, 1995: D609 – подготовка стальных листов; D823 – подготовка КС и др./.

Основными недостатками способа-прототипа являются:

1. Недостаточное качество крашения (небольшая прочность фиксации, неравномерность крашения и др.).

2. Высокая (сутки и более) продолжительность технологического процесса крашения (длительность сушения ЗП, АП и КС и т.д.).

3. Значительные финансовые затраты на крашение (большой расход ЗП, АКП, первого КС и второго КС и т.д.).

4. Ограниченная область применения (невозможность крашения в неблагоприятных погодно-климатических условиях: ветер, после осадков в виде дождя и др.).

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа крашения металла, свободного от указанных выше недостатков.

Технический результат предложенного способа заключается в повышении качества крашения, в сокращении продолжительности технологического процесса крашения, в сокращении финансовых затрат на крашение единицы площади металла и в расширении области применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе спрей-акустического крашения металла, включающем очистку поверхности металла от физических и химических примесей, нанесение с помощью спрей-аппарата на очищенную поверхность металла в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ защитного покрытия и его последующую сушку, нанесение на защитное покрытие в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ антикоррозийного покрытия и его последующую сушку, нанесение на антикоррозийное покрытие в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ первого красильного состава и его последующую сушку, нанесение на первый красильный состав в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ второго красильного состава и его последующую сушку, нанесение защитного и антикоррозийного покрытий, первого и второго красильного состава производят одновременно с коллинеарным излучением акустических волн в секторе ₂, в 1,5-2 раза превышающем сектор ₁, в диапазоне частот 10¹-10⁶ Гц, под давлением Р₂, более чем в 3 раза превышающим давление P₁, с помощью малогабаритного направленного акустического излучателя, расположенного на спрей-аппарате и ориентированного в одном направлении с соплом спрей-аппарата, а сушку защитного и антикоррозийного покрытий, первого и второго красильного состава производят с помощью не менее четырех крупногабаритных направленных акустических излучателей, установленных слева и справа, сверху и снизу к поверхности металла, не препятствующих технологическому процессу его крашения и излучающих акустические волны по всей поверхности металла в диапазоне частот 10¹-10⁶ Гц под давлением Р₃, в 2-3 раза превышающим давление P₁.

На фиг.1 и фиг.2 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ спрей-акустического крашения металла.

Устройство содержит: лист металла (1), являющийся частью общей конструкции, например, судна, компрессор (2), резервуар (3) для защитного покрытия, антикоррозийного покрытия, первого красильного состава и второго красильного состава, а также спрей-акустический пистолет (4), который, в свою очередь, содержит: общий рупор (5) – единое направляющее устройство для спрей-струи и акустической волны, съемную крышку (6) для установки-изъятия высокоемкостного малогабаритного аккумулятора (7) или его внешней подзарядки, распылитель (8) спрей-струи, прерыватель (9) подачи воздухокрасильной смеси со спусковым механизмом (10) и шлангом (11), соединяющим спрей-акустический пистолет (САП) с резервуаром (3). Спрей-акустический пистолет (4) также содержит последовательно соединенные: первый генератор (12) специальных сигналов ₁, первый усилитель мощности (13), первый акустический преобразователь (14) и первый акустический рупор (15). При этом электрическое питание первого генератора (12) и первого усилителя мощности (13) осуществляется от высокоемкостного малогабаритного аккумулятора (7).

Устройство также содержит последовательно соединенные: второй генератор (16) специальных сигналов ₂, второй усилитель мощности (17), второй акустический преобразователь (18) и второй акустический рупор (19) со специальным креплением (20); третий генератор (21) специальных сигналов ₃, третий усилитель мощности (22), третий акустический преобразователь (23) и третий акустический рупор (24) со специальным креплением (25); четвертый генератор (26) специальных сигналов ₄, четвертый усилитель мощности (27), четвертый акустический преобразователь (28) и четвертый акустический рупор (29) со специальным креплением (30); пятый генератор (31) специальных сигналов ₅, пятый усилитель мощности (32), пятый акустический преобразователь (33) и пятый акустический рупор (34) со специальным креплением (35). При этом электрическое питание второго (16), третьего (21), четвертого (26) и пятого (31) генераторов специальных сигналов, а также второго (17), третьего (22), четвертого (27) и пятого (32) усилителей мощности осуществляется от высокоемкостной аккумуляторной батареи (36).

Устройство функционирует следующим образом (фиг.1 и фиг.2).

На первом этапе осуществляется очищение поверхности металла от физических и химических примесей: ржавчины, остатков старой краски, наросших морских биологических объектов (например, ракушек) и др., в соответствии с принятым стандартом /например, Стандарт ASTM по покраске морских судов способом Air spray, раздел D609 – подготовка стальных листов, 1995/ и готовится ЗП (например, Epicon Zinc rich primer).

Затем слева, справа, сверху и снизу относительно листа металла (1), являющегося общей конструкции, например, судна устанавливаются второй (19), третий (24), четвертый (29) и пятый (34) акустические рупора (АКР), которые ориентируются с помощью соответствующих специальных креплений: 20, 25, 30 и 35 в пространстве таким образом, чтобы излучаемыми акустическими волнами на частотах ₂, ₃, ₄ и ₅ полностью перекрыть всю поверхность листа металла (1).

Затем с помощью второго генератора (16) и второго усилителя мощности (17) осуществляется формирование и усиление до необходимого уровня специальных сигналов на частоте ₂, а при помощи второго акустического преобразователя (18) осуществляется преобразование электрического сигнала в акустический сигнал на частоте ₂. С помощью второго АКР (19) акустический сигнал в виде акустической волны на частоте ₂ распространяется в нужном секторе и с заданной направленностью, которая формируется волновыми размерами второго АКР (19) и частотой излучаемого акустического сигнала ₂ (длиной волны ₂). При этом слева от листа металла (1), являющегося частью общей конструкции, формируется своеобразный акустический ветер – бегущая акустическая волна, распространяющаяся под углом ₂, не превышающим 45°, слева направо и к поверхности листа металла в секторе ₃, гораздо большем, чем сектор ₂, а тем более большем, чем сектор ₁. При этом часть акустической энергии Е₂ акустической волны на частоте ₂ преобразуется в тепловую энергию Т₂ поверхности листа металла (1). Таким образом, заранее создается акустический барьер для разбрызгивания – сноса ветром, в данном случае – влево от спрей-струи ЗП при его последующем нанесении на поверхность листа металла (1), а также обеспечивается предварительная его акустическая активация – изменение физико-химических свойств поверхности листа металла.

Аналогичным образом осуществляется формирование, усиление и излучение акустических волн на частотах ₃, ₄ и ₅. В частности:

С помощью третьего генератора (21) и третьего усилителя мощности (22) осуществляется формирование и усиление до необходимого уровня специальных сигналов на частоте ₃, а при помощи третьего акустического преобразователя (23) осуществляется преобразование электрического сигнала в акустический сигнал на частоте ₃. С помощью третьего АКР (24) акустический сигнал в виде акустической волны на частоте ₃ распространяется в нужном направлении и с заданной направленностью, которая формируется волновыми размерами третьего АКР и частотой излучаемого акустического сигнала ₃. При этом справа от листа металла (1) формируется бегущая акустическая волна, распространяющаяся под углом ₃, не превышающим 45°, справа налево и к поверхности листа металла в секторе ₄, гораздо большем, чем сектор ₂, а тем более большем, чем сектор ₁. При этом часть акустической энергии Е₃ акустической волны на частоте ₃ преобразуется в тепловую энергию Т₃ поверхности листа металла (1). Таким образом, заранее создается акустический барьер для разбрызгивания, в данном случае – вправо от спрей-струи ЗП.

С помощью четвертого генератора (26) и четвертого усилителя мощности (27) осуществляется формирование и усиление до необходимого уровня специальных сигналов на частоте ₄, а при помощи четвертого акустического преобразователя (28) осуществляется преобразование электрического сигнала в акустический сигнал на частоте ₄. С помощью четвертого АКР (29) акустический сигнал в виде акустической волны на частоте ₄ распространяется в нужном направлении и с заданной направленностью, которая формируется волновыми размерами четвертого АКР и частотой излучаемого акустического сигнала ₄. При этом сверху от листа металла (1) формируется бегущая акустическая волна, распространяющаяся под углом ₄, не превышающим 45°, сверху вниз и к поверхности листа металла в секторе ₅, гораздо большем, чем сектор ₂, а тем более большем, чем сектор ₁. При этом часть акустической энергии Е₄ акустической волны на частоте ₄ преобразуется в тепловую энергию Т₄ поверхности листа металла (1). Таким образом, заранее создается акустический барьер для разбрызгивания, в данном случае – вверх от спрей-струи ЗП.

С помощью пятого генератора (31) и пятого усилителя мощности (32) осуществляется формирование и усиление до необходимого уровня специальных сигналов на частоте ₅, а при помощи пятого акустического преобразователя (33) осуществляется преобразование электрического сигнала в акустический сигнал на частоте ₅. С помощью пятого АКР (34) акустический сигнал в виде акустической волны на частоте ₅ распространяется в нужном направлении и с заданной направленностью, которая формируется волновыми размерами пятого АКР и частотой излучаемого акустического сигнала ₅. При этом снизу от листа металла (1) формируется бегущая акустическая волна, распространяющаяся под углом ₅, не превышающим 45°, снизу вверх и к поверхности листа металла в секторе ₆, гораздо большем, чем сектор ₂, а тем более большем, чем сектор ₁. При этом часть акустической энергии E₅ акустической волны на частоте ₅ преобразуется в тепловую энергию Т₅ поверхности листа металла (1). Таким образом, заранее создается акустический барьер для разбрызгивания, в данном случае – вниз от спрей-струи ЗП.

Затем на заранее очищенную поверхность металла в секторе спрей-струи ₁, например, 30° под давлением спрей-струи, например, P₁=4-6 кгс/см² с помощью САП (4) наносится ЗП с заданной толщиной мокрой пленки l₁, например, l₁=96 микрон. При этом нанесение ЗП производится одновременно с коллинеарным непрерывным излучением акустических волн в секторе ₂, например, 60° в диапазоне частот 10²-10⁵ Гц при акустическом (избыточном) давлении P₂, например, в 3-5 раз и более превышающем давление спрей-струи P₁. При этом обеспечивается глубокое проникновение частиц ЗП в приповерхностный слой металла – повышается прочность его фиксации, равномерное распределение частиц ЗП по поверхности металла, его одновременное сушение за счет превращения части акустической энергии в тепловую энергию, а также уменьшается влияние ветра по изменению траектории – сдувание части спрей-струи. Одновременно с этим за счет объемного акустического воздействия на поверхность металла на частотах ₂–₅ и дополнительного акустического сушения всей поверхности металла обеспечивается удержание практически всех частиц ЗП, вышедших вместе со спрей-струей, на поверхности металла. То есть дополнительно существенно уменьшается влияние ветра, а также снижается роль повышенной влажности воздуха.

Для этого с помощью первого генератора (12) и первого усилителя мощности (13) осуществляется формирование и усиление до необходимого уровня специальных сигналов на частоте ₁, а при помощи первого акустического преобразователя (14) осуществляется преобразование электрического сигнала в акустический сигнал на частоте ₁. С помощью первого АКР (15) акустический сигнал в виде акустической волны на частоте ₁ распространяется в нужном направлении – перпендикулярно плоскости крашения и с заданной направленностью, которая формируется волновыми размерами первого акустического рупора и частотой излучаемого акустического сигнала ₁. При этом сектор излучения акустической волны ₂ гораздо больше – не менее чем в 1,5-2 раза, чем сектор спрей-струи ₁, а часть акустической энергии E₁ акустической волны на частоте ₁ преобразуется в тепловую энергию T₁ поверхности листа металла (1).

Одновременно с этим компрессор (2) создает необходимое давление в резервуаре (3), и по шлангу (11) смесь воздуха и ЗП поступает на прерыватель (9) подачи воздухо-ЗП смеси САП (4). После нажатия спускового механизма (10) САП (4) воздухо-ЗП смесь через распылитель спрей-струи (8) в секторе ₁ выходит из САП (4) и под прямым углом (перпендикулярно) соприкасается с поверхностью листа металла (1), являющегося частью общей конструкции (например, борта судна и т.д.).

После нанесения заданной толщины мокрой пленки ЗП на всю окрашиваемую поверхность спусковой механизм (10) САП (4) отжимается, а компрессор (2) выключается, и производится подготовка САП (4) – промывается или заменяется распылитель (8), вынимается или заряжается через съемную крышку (6) высокоемкостной малогабаритный аккумулятор (7) и т.д., а также производится подготовка резервуара (3) – сливаются остатки ЗП, осуществляется промывка резервуара и т.д.

При этом продолжается излучение акустических волн на частотах ₂, ₃, ₄ и ₅ с помощью соответствующих АКР: (19), (24), (29) и (34) – осуществляется акустическая сушка мокрой пленки ЗП в течение времени t*, при котором ЗП полностью сохраняет свои физико-химические свойства. Одновременно с акустической сушкой продолжается дополнительное нанесение ЗП на металл за счет того, что под воздействием акустических волн на частотах ₂, ₃, ₄ и ₅ определенная часть частиц мокрой пленки ЗП продолжает проникать в приповерхностный слой металла – осуществляется вторичное крашение, но без использования САП (4).

После окончания времени t* прекращается излучение акустических волн на частотах ₂, ₃, ₄ и ₅ с помощью АКР: (19), (24), (29) и (34). Для этого выключаются генераторы: (16), (21), (26) и (31), а также усилители мощности: (17), (22), (27) и (32). И нанесенное ранее на поверхность листа метала (1) ЗП досушивается естественным образом.

После высыхания ЗП указанная последовательность действий повторяется аналогичным образом для нанесения АКП покрытия на ЗП, затем первого КС на нанесенные ранее ЗП и АКП, а в заключение на нанесенные ранее ЗП и АКП, а также первый КС наносится второй КС.

При этом:

1. Повышение качества крашения достигается за счет того, что:

– увеличивается прочность фиксации (глубина проникновения) ЗП, АКП, первого КС и второго КС на поверхности металла за счет силового акустического воздействия;

– обеспечивается равномерное распределение ЗП, АКП, первого КС и второго КС по поверхности металла за счет одновременного акустического сушения;

– повышается яркость первого КС и второго КС за счет их акустического диспергирования в процессе нанесения на поверхность металла и т.д.

2. Уменьшение продолжительности технологического процесса крашения достигается за счет того, что:

– сокращается время сушения ЗП, АКП, первого КС и второго КС за счет акустического сушения;

– уменьшается продолжительность нанесения ЗП, АКП, первого КС и второго КС за счет объемного акустического воздействия и т.д.

3. Уменьшение финансовых затрат достигается за счет того, что:

– применяются менее дорогостоящие: ЗП, АКП, первый КС и второй КС;

– уменьшается расход ЗП, АКП, первого КС и второго КС;

– увеличивается интервал времени между обновлениями поверхности металла ЗП, АКП, первым КС и вторым КС и т.д.

4. Расширение области применения достигается за счет того, что:

– появляется возможность наносить ЗП, АКП, первый КС и второй КС на различные виды металла;

– появляется возможность наносить ЗП, АКП, первый КС и второй КС на металл в неблагоприятных погодно-климатических условиях: ветер, повышенная влажность воздуха и др.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Нанесение ЗП, АКП, первого КС и второго КС на поверхность металла производится одновременно с коллинеарным излучением акустических волн с помощью малогабаритного АКР, расположенного на САП, а также на фоне объемного излучения акустических волн на нескольких частотах с помощью нескольких крупногабаритных АКР, размещенных определенным образом относительно объекта крашения.

2. Излучение акустических волн с помощью малогабаритного АКР производится в секторе ₂, в 1,5-2 раза превышающем сектор спрей-струи ₁.

3. Излучение акустических волн с помощью крупногабаритных АКР производится в секторах, значительно превышающих сектор малогабаритного АКР ₂, а тем более сектор спрей-струи ₁.

4. Нанесение ЗП, АКП, первого КС и второго КС на поверхность металла производится под акустическим (избыточным) давлением Р₂, создаваемым малогабаритным АКР, которое в 3-5 раза и более превышает давление спрей-струи P₁.

5. В процессе нанесения на поверхность металла ЗП, АКП, первого КС и второго КС на поверхность металла производится их одновременное акустическое сушение как с помощью малогабаритного АКР, так и при помощи нескольких крупногабаритных АКР.

6. После нанесения на поверхность металла ЗП, АКП, первого КС и второго КС продолжается воздействие акустических волн на всей площади поверхности с помощью нескольких крупногабаритных АКР. При этом:

– на первом этапе (несколько минут) продолжается проникновение частиц ЗП, АКП, первого КС и второго КС в приповерхностный слой металла;

– на втором этапе (до некоторого критического времени t*) производится акустическое сушение всей окрашенной поверхности за счет превращения части акустической энергии в тепловую энергию.

7. Время сушения ЗП, АКП, первого КС и второго КС после акустического воздействия на поверхность металла: t_1*, t_2*, t_3* и t_4* соответственно как минимум на 10-20% короче соответствующих им периодов: t₁, t₂, t₃ и t₄ при естественном их сушении.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию “новизна”.

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

Признаки 1,4-7 являются новыми и не известно их использование для способа спрей-крашения металла ПМ.

Признаки 2 и 3 являются известными в акустике и оптике, однако не известно их использование для спрей-акустического крашения металла.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности с известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, – качественно: повышается прочность фиксации КС на поверхности металла, обеспечивается равномерность распределения КС по поверхности металла и др.; эффективно: уменьшается расход КС, сокращается время сушения КС и др., при расширении области применения: крашение металла в неблагоприятных погодно-климатических условиях (например, ветер), крашение ранее не окрашиваемых спрей-способом металлов и др.

В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию “существенные отличия”.

Пример реализации способа.

Промышленные испытания разработанного способа производились в 2007 г. в Республике Корея (г.Сеул), а в 2008 г. – в Республике Корея (г.Сеул) и в Социалистической Республике Вьетнам (г.Хошимин). При этом в качестве объекта крашения использовались сталь St.3, применяемая в судостроении, а также различные виды ЗП, АКП и КС.

Известно, что качество покраски субстрата зависит от нескольких факторов, одним из которых является качество КС: дисперсность частиц, их однородность, а также их способность на молекулярном уровне равномерно проникать в субстрат /Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. – М.: Химия, 1977 г., 488 с./.

На фиг.3 индексом «а» обозначена фотография процесса спрей-крашения металла, а также гистограммы среднеарифметических значений (Р*, %) диаметра (D, мкм) частиц КС при использовании способа-прототипа (фиг.3б) и в случае применения разработанного способа (фиг.3в).

Как видно из фиг.3а и фиг.3б, в первом случае частицы КС по диаметру существенно, практически на порядок, отличаются друг от друга, а размерный ряд их значений занимает диапазон ~ до 30 мкм. При этом всего ~42% частиц имеют диаметр, не превышающий ~6,5 мкм (некоторый критический диаметр в спрей-крашении металла). Данное обстоятельство является причиной перерасхода КС – наиболее крупные частицы выпадают в осадок еще при хранении и в процессе приготовления КС; причиной низкого качества крашения – разная глубина проникновения частиц различного диаметра в приповерхностный слой металла, неравномерность распределения КС по поверхности металла и др. В то время как при реализации разработанного способа (фиг.3в) частицы КС по диаметру незначительно отличаются друг от друга, а размерный ряд занимает диапазон значений, который ~ в 2 раза меньше, чем у способа-прототипа (фиг.3б). При этом ~92% частиц КС имеют диаметр менее ~6,5 мкм.

Такие значительные различия в диаметрах частиц одного и того же КС обусловлены тем, что в процессе совместного распространения, учитывая существенные различия в скоростях распространения спрей-струи и акустической волны в воздухе, а также значительную разность в их давлениях, крупные и средние частицы разбиваются акустической волной. То есть в воздухе осуществляется акустическое диспергирование частиц КС.

На фиг.4, фиг.5 и фиг.7 представлены некоторые результаты сравнительной оценки эффективности крашения металла с помощью способа-прототипа и при помощи разработанного способа.

В частности, на фиг.4 в виде гистограмм представлены временные интервалы процессов сушения ЗП Epicon Zinc rich primer B-2 GREY (индекс I), АКП Bannoh 500R BROWN (индекс II), первого КС Epicon MF CS-614 GREY (индекс III) и второго КС UNY Marine WHITE (индекс IV) после их нанесения на поверхность металла с помощью способа-прототипа (фиг.4а) и при помощи разработанного способа (фиг.4б). При этом в качестве объектов испытаний использовались два листа стали марки St.3 с индивидуальным размером: 600 мм×400 мм×4 мм, а общее время нанесения на их поверхности ЗП, АКП, первого КС и второго КС составило всего 2 мин. Ввиду незначительности такого временного интервала примем общее время сушения ЗП, АКП, первого КС и второго КС в качестве такого частного показателя эффективности, как продолжительность данного технологического процесса крашения металла.

Анализируя результаты, представленные на фиг.4, а также принимая во внимание дополнительную информацию, можно сделать следующие выводы:

1. Продолжительность процесса сушения ЗП у способа-прототипа составила 8 ч при температуре поверхности металла 34°С, температуре окружающего воздуха 31°С и его влажности 68%, в то время как у разработанного способа – 2 ч 50 мин. То есть разница составила величину – 5 ч 10 мин. При этом толщины сухой пленки оказались равны соответственно 45 мкм и 59 мкм при норме 50 мкм. Другими словами, изначально толщина мокрой пленки была различной: у способа-прототипа ~150 мкм, а у разработанного способа ~200 мкм (больше на 25%), тем не менее более толстая пленка при реализации разработанного способа высохла быстрее.

2. Продолжительность процесса сушения АКП у способа-прототипа составила 8 ч при температуре поверхности металла 40°С, температуре окружающего воздуха 40°С и его влажности 46%, в то время как у разработанного способа – 1 ч 50 мин. То есть разница составила величину – 6 ч 10 мин. При этом толщины сухой пленки оказались равны соответственно 100 мкм и 101 мкм при норме 100 мкм.

3. Продолжительность процесса сушения первого КС у способа-прототипа составила 6 ч при температуре поверхности металла 35°С, температуре окружающего воздуха 32°С и его влажности 61%, в то время как у разработанного способа – 1 ч 50 мин. То есть разница составила величину – 4 ч 10 мин. При этом толщины сухой пленки оказались равны соответственно 44 мкм и 144 мкм при норме 50 мкм. Другими словами, изначально толщина мокрой пленки была различной: у способа-прототипа ~120 мкм, а у разработанного способа ~355 мкм (больше на 292%), тем не менее более толстая мокрая пленка при реализации разработанного способа высохла быстрее.

4. Продолжительность процесса сушения второго КС у способа-прототипа составила 2 ч при температуре поверхности металла 34°С, температуре окружающего воздуха 34°С и его влажности 62%, в то время как у разработанного способа – 30 мин. То есть разница составила величину – 1 ч 30 мин. При этом толщины сухой пленки оказались равны соответственно 52 мкм и 55 мкм при норме 50 мкм.

5. Общее время технологического процесса крашения у способа-прототипа заняло 24 ч, в то время как у разработанного способа 7 ч. Разница составила величину 17 ч, или – 70%. При этом обратим еще раз внимание на то обстоятельство, что при нанесении ЗП и особенно первого КС толщины мокрых пленок у разработанного способа были изначально более значительными: в первом случае – на 25%, а во втором случае – на 292%.

На фиг.5 представлены результаты сравнительного эксперимента по нанесению ЗП Epicon Zinc rich primer B-2 GREY (фиг.5а) и АКП Bannoh 500R BROWN (фиг.5б) способом-прототипом (квадраты красного цвета) и при помощи разработанного способа (ромбы синего цвета) при наличии бокового ветра силой 3-5 м/с. При этом в качестве объектов испытаний использовались четыре листа стали марки St.3 с индивидуальным размером: 600 мм×400 мм×4 мм, разделенные на 6 (фиг.5а) и 7 (фиг.5б) условных участков (полос). Методика эксперимента предусматривала однократное прохождение спрей-струи по первому участку, двукратное прохождение – по второму участку и т.д. После нанесения ЗП и АКП способом-прототипом листы металла сушились в естественных условиях. После нанесения покрытий разработанным способом листы металла продолжали подвергаться воздействию акустической волны 6 течение времени t*, обеспечивающего сохранение физико-химических свойств ЗП и АКП, а затем досушивались в естественных условиях. При этом в качестве частного показателя эффективности использовался такой показатель, как толщина сухой пленки на каждом из участков (полосе) листа металла.

Как видно из фиг.5а, с первого по шестой участки видно преимущество у разработанного способа по данному частному показателю эффективности по отношению к способу-прототипу, а максимальная разница была зарегистрирована на четвертом участке и составляла величину 24 мкм (63-39), или 38%. Как видно из фиг.5б преимущество у разработанного способа по данному частному показателю эффективности стало явно проявляться с четвертого по седьмой участки. При этом, например, на участках 6 и 7 преимущество составляло соответственно: 33 мкм

(63-30), или 52%, а также 32 мкм (71-39), или 45%. Следует также особое внимание уделить участкам 4-7, на которых толщины слоев при реализации разработанного способа увеличивались практически линейно: с 42 мкм (участок 4) до 71 мкм (участок 7), в то время как у способа-прототипа толщины слоев практически не увеличивались и находились на уровне 30-40 мкм.

Таким образом, и по данному частному показателю эффективности преимущество у разработанного способа по сравнению со способом-прототипом очевидно.

Для примера на фиг.6 представлен внешний вид АКР, используемых, после их незначительной доработки, для реализации разработанного способа. При этом на фиг.6а иллюстрируются малогабаритные АКР, используемые в САП. На фиг.6б иллюстрируются крупногабаритные АКР, устанавливаемые в непосредственной близости от окрашиваемого объекта (слева, справа, сверху и снизу от него).

На фиг.7 в качестве примера приведены фотографии двух листов металла после нанесения на них АКП Bannoh 500R BROWN с помощью разработанного способа (фиг.7а) и способа-прототипа (фиг.7б). Как видно из фиг.7б, уже на участке 4 (4 слоя АКП) отчетливо видны следы вздувшегося АКП, в то время как у разработанного способа даже на участке 7 (7 слоев АКП) такого отрицательного эффекта зарегистрировано не было. При этом прочность фиксации АКП Bannoh 500R BROWN у разработанного способа была в 2-2,5 раза выше, чем у способа-прототипа. На обеих фотографиях в виде белых пятен хорошо видны участки проведения испытаний на прочность фиксации АКП на поверхности металла по стандарту ASTM D4541.

Таким образом:

1. Повышение качества крашения достигнуто за счет того, что:

– была увеличена прочность фиксации ЗП, АКП, первого КС и второго КС на поверхности металла;

– было обеспечено равномерное распределение ЗП, АКП, первого КС и второго КС по поверхности металла;

– была повышена яркость первого КС и второго КС и т.д.

2. Уменьшение продолжительности технологического процесса крашения достигнуто за счет того, что:

– было сокращено время сушения ЗП, АКП, первого КС и второго КС;

– была уменьшена продолжительность нанесения ЗП, АКП, первого КС и второго КС и т.д.

3. Уменьшение финансовых затрат достигнуто за счет того, что:

– были применены менее дорогостоящие ЗП, АКП, первый и второй КС;

– был уменьшен расход ЗП, АКП, первого КС и второго КС;

– был увеличен интервал времени между обновлениями поверхности металла ЗП, АКП, первым КС и вторым КС и т.д.

4. Расширение области применения достигнуто за счет того, что:

– ЗП, АКП, первый КС и второй КС наносились на поверхности на различные виды металла;

– ЗП, АКП, первый КС и второй КС наносились на поверхность металла в неблагоприятных погодно-климатических условиях: ветер, повышенная влажность воздуха и др.

Формула изобретения

Способ спрей-акустического крашения металла, включающий очистку поверхности металла от физических и химических примесей, нанесение с помощью спрей-аппарата на очищенную поверхность металла в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ защитного покрытия и его последующую сушку, нанесение на защитное покрытие в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ антикоррозийного покрытия и его последующую сушку, нанесение на антикоррозийное покрытие в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ первого красильного состава и его последующую сушку, нанесение на первый красильный состав в секторе спрей-струи ₁ под давлением спрей-струи P₁ второго красильного состава и его последующую сушку, при этом нанесение защитного и антикоррозийного покрытий, первого и второго красильного состава производят одновременно с коллинеарным излучением акустических волн в секторе ₂, в 1,5-2 раза превышающим сектор ₁, в диапазоне частот 10¹-10⁶ Гц под давлением Р₂, более чем в 3 раза превышающим давление P₁, с помощью малогабаритного направленного акустического излучателя, расположенного на спрей-аппарате и ориентированного в одном направлении с соплом спрей-аппарата, а сушку защитного и антикоррозийного покрытий, первого и второго красильного состава производят с помощью не менее четырех крупногабаритных направленных акустических излучателей, установленных слева и справа, сверху и снизу к поверхности металла, не препятствующих технологическому процессу его крашения и излучающих акустические волны по всей поверхности металла в диапазоне частот 10¹-10⁶ Гц под давлением Р₃, в 2-3 раза превышающим давление P₁.

РИСУНКИ