Главная / Металлы
Порошковая покраска титана: подготовка, адгезия, режим
Титан подводит не в печи, а на подготовке. Плёнка диоксида титана гладкая, инертная и восстанавливается на воздухе за минуты, поэтому мало её снять корундом до Ra 1,8–3,5 мкм, надо ещё успеть покрасить до реоксидации и на ответственных деталях добавить травление или силановый праймер плюс эпоксидный грунт. Режим полимеризации штатный, 180–200 °C, но массивный титан прогревается медленно из-за теплопроводности 21,9 Вт/(м·К).
Титановый кронштейн подготовили как обычную сталь: обезжирили, покрасили, испекли при 190 °C. Покрытие легло идеально. Через месяц на вибростенде краска отслоилась пластами по всей плоскости, металл под ней блестел как новый. Печь отработала штатно. Проблема в том, что порошок всё это время держался не на титане, а на тонком слое оксида, который сам по себе к металлу приклеен слабо.
В чём капризность титана
На поверхности титана всегда есть плёнка диоксида титана TiO2. Она защищает металл от коррозии и этим титан и ценят. Для порошка это барьер: плёнка плотная, непористая, химически инертная. Механического зацепа нет, химической связи нет. Хуже того, оксид восстанавливается на воздухе почти мгновенно. Сняли абразивом или травлением, а через несколько минут на чистом металле снова растёт свежий TiO2.
Отсюда главное отличие от обычной стали. Со сталью можно обезжирить, отфосфатировать и не торопиться. С титаном между подготовкой и напылением идёт гонка со временем. Чем дольше деталь лежит после абразива, тем толще успевает вырасти оксид и тем ближе адгезия к исходной, то есть плохой. Как и нержавейка, титан при нагреве не газит и не выделяет масло из пор, поэтому проколов и кратеров на нём не бывает. Вся драма разыгрывается на этапе сцепления. Механику отслоения разбираем отдельно в тексте про отслаивание порошковой краски.
С титаном красишь не металл, а тот слой оксида, который на нём сейчас. Задача подготовки в том, чтобы этот слой был свежим, шершавым и покрытым праймером до того, как он снова затянется.
практика подготовки цветных металлов
Шаг 1. Обезжиривание, которое реально обезжиривает
Титан любят руками, и на нём часто масло от прокатки или обработки. Если посадить абразив поверх жира, струя вобьёт его в микрорельеф, и дальше всё бессмысленно. Обезжиривают уайт-спиритом или щелочным составом до и после абразива. Проверка простая: капля воды на чистом титане растекается плёнкой, а не собирается в шарик. Собралась в шарик значит жир остался.
Шаг 2. Абразив: корунд, а не всё подряд
Механический профиль на титане делают корундом, то есть оксидом алюминия. Стальную дробь для титана берут неохотно: частицы железа въедаются в поверхность и потом ржавеют точками под покрытием. Зерно для твёрдого титана 36–60 mesh, оно эффективно разбивает оксид. Целевая шероховатость Ra 1,8–3,5 мкм: это тот диапазон, в котором расплавленный порошок затекает в неровности и держится механически.
Давление держат умеренным. Выше 110 psi (около 7,6 бар) шероховатость почти не растёт, зато сам абразив начинает крошиться, и его осколки застревают в поверхности. Про выбор между абразивом и химией в целом есть отдельный разбор про пескоструй или химию.
Шаг 3. Химия: когда абразива мало
Для кронштейна в сухом помещении хватит корунда и двойного обезжиривания. Но чем ответственнее деталь, тем нужнее химическая стадия, потому что она убирает свежий оксид, успевший вырасти после абразива, и даёт химическую связь, а не только механику. Здесь развилка по задаче.
- Бытовая деталь, сухо, без нагрузки: корунд плюс эпоксидный грунт, химию можно не трогать.
- Улица, влага, вибрация: после абразива щелочной активатор титана или силановый праймер, затем грунт. Силан работает как посредник между металлом и полимером.
- Аэрокосмический уровень: фосфорно-кислое анодирование PAA или полноценное травление. Это стандарт для клеевых и лакокрасочных соединений на титане.
Классический промышленный травитель титана это смесь плавиковой и азотной кислоты. Она снимает оксид и загрязнённый поверхностный слой начисто, но работа с плавиковой кислотой требует вытяжки и защиты, поэтому в обычном цеху чаще ограничиваются активаторами и силаном. Связь слабого сцепления с подготовкой подробно разобрана в статье про низкую адгезию порошка.
Шаг 4. Грунт и окно времени
Первым слоем на титан кладут эпоксидный порошковый грунт. Эпоксид цепляется к подготовленной поверхности лучше полиэфира и даёт антикоррозионный барьер. Сверху идёт полиэфирный финиш, который отвечает за цвет и не выгорает на солнце. Двухслойка грунт плюс топ на титане это не роскошь, а норма для всего, что нагружается. Подробнее логика слоёв в тексте про полимеризацию алюминия, оцинковки и литья, где та же двухслойная схема решает похожие задачи адгезии.
Карта этапов: чем контролировать и где косячат
Титан прощает мало, поэтому каждый шаг лучше держать под своим контролем. Ниже вся процедура одной таблицей: что делаем, чем проверяем результат и какая ошибка встречается на этом этапе чаще всего.
| Этап | Чем контролировать | Частая ошибка |
|---|---|---|
| Обезжиривание | Тест каплей воды: растекается плёнкой | Обезжирили только до абразива |
| Абразив (корунд) | Матовость без блеска, Ra 1,8–3,5 мкм | Стальная дробь вместо корунда, блестящие пятна |
| Химия / силан | Равномерное смачивание активатором | Пропущена на ответственной детали |
| Пауза до напыления | Таймер: минуты, не часы | Деталь пролежала, оксид восстановился |
| Грунт | Толщиномер, сплошность слоя | Красят полиэфиром сразу, без эпоксида |
| Полимеризация | Пирометр по металлу детали | Таймер по воздуху, недопёк массива |
Шаг 5. Режим печи: почему титан греется медленно
По температуре ничего экзотического: полиэфир отверждается при металле 180–200 °C, выдержка 10–15 минут по паспорту порошка, отсчёт с момента прогрева металла, а не с загрузки. Порошки с окном отверждения 150–200 °C тоже подходят, конкретику брать из TDS. База по режимам собрана в статье про температуру и время полимеризации.
Тонкость титана в теплофизике. Теплопроводность у него 21,9 Вт/(м·К), это меньше углеродистой стали (около 50 Вт/(м·К)) и ближе к нержавейке. А теплоёмкость даже выше стальной, 0,52 Дж/(г·К). Вместе это значит, что массивная титановая деталь и медленнее прогревается, и дольше держит тепло. Массив по титану выходит на режим ощутимо дольше стального той же массы, и если запустить таймер по воздуху в камере, сердцевина останется недопечённой. Про инерцию массы в загрузке подробно в тексте про нержавейку и смешанную загрузку.
Можно ли красить титан и сталь в одной загрузке?
Титановые сплавы (ВТ6, Grade 5) готовят так же, как чистый титан?
Короткий разбор провала
Возвращаясь к кронштейну с вибростенда. Разбор показал три ошибки подряд. Обезжирили один раз и до абразива, значит жир остался в микрорельефе. Абразив дал профиль, но деталь после него пролежала до следующего дня, и оксид восстановился. Грунт не клали, красили полиэфиром сразу. Каждая ошибка по отдельности снижает адгезию, вместе они её обнуляют. Переделали по-человечески: двойное обезжиривание, корунд, силановый активатор, напыление в тот же час, эпоксидный грунт, полиэфирный топ. Тот же вибростенд деталь отходила без единого схода краски.
- Обезжирено до и после абразива, капля воды растекается
- Профиль корундом, равномерная матовость Ra 1,8–3,5 мкм
- Химия или силан на ответственной детали
- Между подготовкой и напылением минуты, не часы
- Эпоксидный грунт первым слоем
- Режим 180–200 °C, таймер по прогреву металла