Кіріспе

Электрофоретикалық тұндыру (ЭФТ) – бұл кең ауқымды өнеркәсіптік процестерді қамтитын термин, оған электрожабу, катодтық электрожабу, анодтық электрожабу және электрофоретикалық жабу немесе электрофоретикалық бояу кіреді. Бұл процестің ерекшелігі – сұйық ортадағы коллоидты бөлшектердің электр өрісінің әсерімен (электрофорез) қозғалып, электродқа тұнуы болып табылады. Тұрақты суспензия құруға және заряд тасымалдауға қабілетті барлық коллоидты бөлшектерді электрофоретикалық тұндыруда қолдануға болады. Бұған полимерлер, пигменттер, бояулар, керамика және металдар сияқты материалдар жатады. Бұл процесс материалдарды кез келген электр өткізгіш бетке жағу үшін тиімді. Тұндырылатын материалдар нақты өңдеу шарттары мен қолданылатын жабдықтың басты анықтамасы болып табылады. Көптеген салаларда электрофоретикалық бояу процестерін кеңінен пайдаланудың нәтижесінде, сулы ЭФТ ең көп таралған коммерциялық ЭФТ процесі болып табылады. Дегенмен, сусыз электрофоретикалық тұндыру қолданылуы да белгілі. Қазіргі уақытта сусыз ЭФТ электрондық компоненттерді жасау және керамикалық жабындарды өндіруде қолдану мүмкіндіктері зерттелуде. Сусыз процестердің артықшылығы – судың электролизіне және электролизбен бірге жүретін оттегінің бөлінуіне жол бермеуі.

Тарих

Электрофоретикалық бояуды қолдануға алғашқы патент 1917 жылы Дейви мен General Electric компаниясына берілді. 1920 жылдардан бастап бұл процесс резеңке латексін жабу үшін қолданыла бастады. 1930 жылдары негізі бейтараптандырылған, суда таралатын, арнайы ЭФБ (электрофоретикалық бояу) үшін жасалған шайырларды сипаттаған алғашқы патенттер шығарылды. Электрофоретикалық қаптама 1950 жылдардың соңында қазіргі түрін алды, дәл сол кезде доктор Джордж Э. Ф. Брюер және Ford Motor Company тобы автомобильдерді қаптау процесін әзірлеу жұмысын бастады. Алғашқы коммерциялық анодты автомобиль жүйесі 1963 жылы қолданысқа енгізілді. Катодтық ЭФБ өніміне алғашқы патент 1965 жылы берілді және ол BASF AG компаниясына тиесілі болды. PPG Industries, Inc. компаниясы 1970 жылы катодтық ЭФБ-ны коммерциялық тұрғыда енгізген алғашқы компания атанды. Автомобиль өнеркәсібінде катодтық ЭФБ-ны алғаш рет 1975 жылы қолданды. Бүгінде әлемде қолданылатын ЭФБ көлемінің шамамен 70% катодтық ЭФБ түрін құрайды, бұл негізінен автомобиль өнеркәсібінде осы технологияның кеңінен қолданылуына байланысты. Бұл, мүмкін, қазіге дейін жасалған ең жақсы жүйе және автомобильдердің корпусының қызмет ету мерзімін ұзартуға ықпал етті. Мыңдаған патенттер ЭФБ құрамына, ЭФБ процестеріне және ЭФБ арқылы жабылған заттарға қатысты берілді. Патенттерді түрлі мемлекеттік патенттік кеңселер бергенімен, барлық маңызды жетістіктерді АҚШ-тың патенттік және сауда белгілері кеңсесі берген патенттерді қарап шығу арқылы бақылауға болады.

Электрофореттік бояуға әсер ететін факторлар

Сулы жиналу процесінде екі электродта да газ пайда болады. Катодта сутегі газы, анодта оттегі газы түзіледі. Белгілі бір зарядтық жүктеме үшін молекулалық негізде оттегіге қарағанда сутегінің мөлшері екі есе көп. Бұл қаптама процесіне маңызды әсер етеді. Ең айқын көрінісі – пісіру процесінен бұрын жиналған пленканың сыртқы түрі. Катодтық процесс анодтық процеске қарағанда пленка ішінде көбірек газдың тұзбалануына себеп болады. Газдың электрлік кедергісі пленканың немесе ваннаның өзінен жоғары болғандықтан, газ мөлшері белгілі бір кернеуде токқа елеулі әсер етеді. Сондықтан катодтық процестер көбінесе анодтық процестерге қарағанда жоғары кернеуде жұмыс істей алады. Жасалған қаптама қапталған нысанға қарағанда әлдеқайда жоғары кедергіге ие. Пленка қалыңдаған сайын кедергі де артады. Кедергінің өсуі жиналған пленканың қалыңдығына пропорционал, сондықтан белгілі бір кернеуде электр тогы пленка қалыңдаған сайын азаяды, соңында жинақталу баяулаған немесе тоқтаған нүктеге жетеді (өзін-өзі шектеу). Осылайша, қолданылатын кернеу – қолданылатын пленка мөлшерін бақылаудың негізгі факторы. EPD қабатының бөлшектің ішкі ойықтарын жабу қабілеті «өткізу күші» деп аталады. Көптеген жағдайларда жоғары өткізу күшіне ие қаптама материалдарын пайдалану қажет. Қаптаманың өткізу күші бірнеше өзгермелі шарттарға байланысты, бірақ жалпы алғанда, қаптама кернеуі жоғары болған сайын, берілген қаптаманың тереңдікке «жеткізілуі» артады. Жоғары өткізу күшіне ие электрофоретикалық бояулар әдетте 300 вольттан асатын кернеуді қолданады. Қаптама температурасы да EPD процесіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Қаптама температурасы ваннаның өткізгіштігіне және жиналған пленканың өткізгіштігіне әсер етеді, бұл температураның жоғарылауымен артады. Температура сондай-ақ жиналған пленканың тұтқырлығына әсер етеді, бұл өз кезегінде жиналған пленканың қалыптасқан газды бөліп шығару қабілетіне әсер етеді. Қаптама жүйесінің коалесценция температурасы да қаптаманы жобалаушы үшін маңызды фактор болып табылады. Оны белгілі бір жүйенің пленка қалыңдығын қаптама температурасына салыстыра сызу арқылы анықтауға болады, бұл қаптама уақыты мен кернеуді қолдану профилін тұрақты ұстайды. Коалесценция температурасынан төмен температурада пленканың өсу мінез-құлқы және жарылу мінез-құлқы саңылаулы шөгінділердің нәтижесінде әдеттегі тәжірибеден мүлдем өзгеше болады. Қаптама уақыты да пленка қалыңдығын, жиналған пленканың сапасын және өткізу күшін анықтауда маңызды фактор болып табылады. Қапталатын нысанның түріне байланысты бірнеше секундтан бірнеше минутқа дейінгі қаптамалау уақыты орынды болуы мүмкін. Қолданылатын ең жоғары кернеу қаптама жүйесінің түріне және басқа да факторларға байланысты. Жоғарыда айтылғандай, пленка қалыңдығы мен өткізу күші қолданылатын кернеуге байланысты. Алайда, тым жоғары кернеуде «жарылу» деп аталатын құбылыс пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыстың орын алатын кернеуі «жарылу кернеуі» деп аталады. Жарылудың нәтижесінде әдетте өте қалың және саңылаулы пленка пайда болады. Әдетте бұл пленка сыртқы түріне немесе функционалдық қасиеттеріне қанағаттандырмайды. Жарылудың себептері мен механизмдері толыққанды түсініксіз, бірақ келесісі белгілі: Коммерциялық түрде қол жетімді анодтық EPD қаптамасы химиясы көбінесе олардың коммерциялық түрде қол жетімді катодтық аналогтарына қарағанда айтарлықтай төмен кернеуде жарылады. Белгілі бір EPD химиясы үшін ваннаның өткізгіштігі неғұрлым жоғары болса, жарылу кернеуі соғұрлым төмен болады. Белгілі бір EPD химиясы үшін жарылу кернеуі температураның жоғарылауымен төмендейді (коалесценция температурасынан жоғары температурада). Белгілі бір ванна құрамына органикалық еріткіштер мен пластификаторлар қосылған кезде, олар жиналған пленканың тұтқырлығын төмендетеді, көбінесе берілген кернеуде жоғары пленка қалыңдығын тудырады, бірақ сонымен қатар өткізу күшін және жарылу кернеуін төмендетеді. Субстраттың түрі мен дайындалуы (қаптамаланатын нысанды жасау үшін қолданылатын материал) жарылу құбылысына айтарлықтай әсер етуі мүмкін.

Сулы емес электрофореттік шөгінді

Кейбір қолданбаларда, мысалы, керамикалық материалдарды жағу кезінде, судың электролизін болдырмау қажет болса, сулы ЭПД-да 3–4 В-тан жоғары кернеуді қолдануға болмайды. Дегенмен, жабын қалыңдығын арттыру немесе жағу жылдамдығын үдету үшін жоғары кернеулер қажет болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда, сұйық орта ретінде судың орнына органикалық еріткіштер қолданылады. Қолданылатын органикалық еріткіштер көбінесе спирттер және кетондар сияқты полярлы еріткіштер болып табылады. Этанол, ацетон және метилэтилкетон – электрофоретикалық жағуға қолайлы деп есептелетін еріткіштердің мысалдары.