آماده سازی سطوح و لزوم ایجاد چسبندگی

هدف از آماده سازی سطح ایجاد چسبندگی مطلوب پوشش بر روی سطح کار است‌. چسبندگی در کل، نقش تاثیر پوشش بر سطح را تعیین می‌کند. لذا قبل از شروع آماده سازی باید مشخص شود که آیا با اعمال پوشش تنها قرار است یک لایه فیلم بر روی سطح ایجاد شود‌ یا یک عامل تاثیر گذار برای سطح به حساب می‌آید‌. در مناطق خورنده شدید در صورت عدم آماده سازی مناسب، چسبندگی دارای مشکلات عدیده‌ای خواهد بود‌. بنابراین آماده سازی سطح برای طولانی شدن عمر و تاثیر پوشش بسیار حیاتی است‌.

یکی از صنایعی که به موضوع چسبندگی پوشش اهمیت زیادی می‌دهد، صنعت نفت است. اغلب اوقات از بین رفتن پوشش‌ها‌، بخاطر شرایط آب و هوای مختلف مثل باران، برف، طوفان، گرد و غبار، آلاینده‌های صنعتی، نمک و … روی سطح خارجی آنها اتفاق می‌افتد.

همچنین اطمینان از آماده سازی تحت تاثیر کشش سطحی بین سطح و پوشش حاصل خواهد شد و نقایص عدم انسجام را در برخواهد داشت‌. نقص انسجام به ضعف پیوستگی فیلم پوشش مربوط می‌شود و نقص چسبندگی به عنوان ایراد بین لایه اولیه پوشش و سطح معرفی می‌شود.

عیوب مطرح در آماده سازی سطوح

Cohesion failures

عبارت از وجود پیوندهای ضعیف درون ملکولی لایه پوشش. در این موارد پوشش‌ها ورقه ورقه شده ولی هنوز قسمتی از آن بر روی سطح باقی می‌ماند چنین نقصان‌های در پوشش‌های پایه قیری و مواد مشابه به آن در زمانی که هیچ چسبندگی موثری درون پوشش وجود ندارد مشاهده کرد‌.

Adhesion failures

عبارت از نقصان در سطح تماس بین رنگ و فلز، در این موارد پوشش از سطح زمینه کاملاً جدا شده و هیچ پوشش روی سطح باقی نمی‌ماند.

Substrate failure

مواقعی که سطح زیر کار سریع‌تر از پوشش اعمال شده فرسوده می‌شود‌. این مورد، بیشتر در سطوح بتنی دیده می‌شود ولی در صورتی که از پوشش اپوکسی بر روی بتن استفاده شود به علت چسبندگی و کشش بیشتر پوشش‌های اپوکسی در سطح بتن نتیجه خوبی حاصل میشود.

انواع چسبندگی

چسبندگی به سطح و پوشش، در بيشتر اوقات از سه نوع چسبندگی شيميايی‌، قطبی و مکانيکی بايستی حداقل دو نوع چسبندی را ايجاد نموده تا بتوان به يک چسبندگی ايده آل رسيد.

بتن نوع متفاوتی از چسبندگی مکانیکی را دارا است، چرا چه سطح بتن نسبتاً دارای خلل و فرج زیادی با حفره‌های حاوی رطوبت، هوا و سطوح ناهموار است‌. لذا پوشش‌های این سطوح ترجیحاً بایستی دارای جذب و نفوذ بالایی باشند. پوشش‌های آلی بر پایه اپوکسی اصلاح شده با آمین‌ها نسبتاً جهت این امر مناسبند و به خوبی چسبندگی لازم را ایجاد می‌کنند. نکته مهم در اعمال پوشش میزان پروفیل سطح در اثر ایجاد پستی و بلندی است‌.

اهداف آماده سازی‌ سطوح

پیش زمینه یک پوشش خوب‌، آماده سازی مناسب سطح است آماده سازی سطح دو منظور را به وجود می‌آورد. هدف اول برداشتن هر شی نامربوط‌، مواد جدا شده و روی سطح مانده به طوری که موجب حذف باندهای رسوبی شیمیایی و اکسیدها شود و یک سطح صاف و تمیز بدست آید و در نتیجه سطح بدست آمده در تماس با پرایمر چسبندگی عالی بوجود آورد .

دومین هدف افزایش سطح به واسطه افزایش زبری است و این فعالیت سطح را فعال ساخته تا امکان چسبندگی شیمیایی و قطبی پرایمر روی سطح میسر شود. این بی نهایت مهم است که افزایش سطح فرصتی مناسب جهت تشکیل پیوندهای اولیه و ثانویه در زمان اعمال پوشش است.

به عبارتی با افزایش سطح به واسطه افزایش زبری، سطح بزرگتر شده و در اثر ناهمواری سطح و میزان سطح بر حسب متر مربع بیشتر می‌شود‌. از طرفی آلودگی سطح باعث جدایش سطح تماس بین سطح فلز با پوشش شده‌، بنابراین امکان پیوندهای قطبی و شیمیایی از بین رفته است‌.

انواع آلودگی‌های سطوح

Mill Scale

در پروسه تولید ورق‌های آهنی به روش hat rolled سطح آهن از ذراتی پوشیده می‌شود که به آن mill scale می‌گویند و تا ضخامت ۲۵۰ میکرون روی سطح را می‌پوشانند. mill scale نوعی از اکسید آهن است که در پروسه گرم کردن به وسیله کوره باز ایجاد می‌شود و به شکل بسیار چسبنده‌ای به سطح فلز اتصال دارند. mill scale تشکیل شده در طول این پروسه شکل واحدی ندارد.

Mill scale لایه شکننده‌ای است و ضریب گرمایی کمتری نسبت به آهن دارد. بر اثر سرد و گرم شدن شکاف بر می‌دارد و از طریق این شکاف‌ها آب و اکسیژن هوا به قسمت‌های داخلی راه یافته و از آنجا که Mill Scale نسبت به سطح فلز شدیداً کاتدیک است شرایط برای تشکیل یک پیل خوردگی را فراهم می‌سازد‌. زمانی که خوردگی با این روش آغاز می‌شود محصولات حاصل از خوردگی حجم بیشتری پیدا کرده و تاول‌های حجیم‌تری نسبت به سطح فلز پدید می‌آورند‌.

در حالتی که قطعه مورد نظر در معرض هوا و شرایط خوردگی شدید قرار داشته باشد عملیات سریعتر اتفاق می‌افتد‌، این پدیده‌، زیر سطح پوشش نیز به وقوع می‌پیوندد‌، باید توجه داشت زمانی که پوشش روی Mill Scale اعمال می‌شود‌، در حقیقت هیچ گونه چسبندگی به سطح فلز ایجاد نمیشود. ‌ بنابراین وقتی پدیده خوردگی رخ می‌دهد مواد تشکیل شده هیچ گونه تماسی با سطح فلز نداشته و اجازه می‌دهند که یک فضای خالی بین سطح پوشش و سطح فلز به وجود آید.

آلودگی‌های از نوع گريس و روغن

روغن و گريس نوع ديگری از آلودگی‌های سطح هستند که قبل از رنگ آميزی بايستی از سطح زدوده شوند.

انواع آماده ساز‌ی سطوح

انواع مختلف آماده سازی سطوح با روش‌های متفاوتی جهت بهبود و ایجاد چسبندگی مناسب وجود دارد.

white metal blast

یک سطح به شکل خاکستری – سفید دارای اتصالات قلابی جهت پوشش است. این سطح عاری از هر گونه روغن‌، گریس، خاك‌، MillScale، پوسیدگی، اکسید خوردگی‌، رنگ و دیگر مواد خارجی است‌. این سطح بهترین آماده سازی در صنایع شناخته شده و فقط ممکن است برای لوله‌ها بهترین نوع نباشد ولی از نظر مهندسین خوردگی بهترین نتیجه را می‌دهد. در white metal سطح را به طور مناسب خشن‌ ‌و با ایجاد پیوندهای قطبی و شیمیایی در پوشش‌ها‌، چسبندگی خوبی حاصل میشود.

Near white metal blast

به عنوان سطحی که تمام آلودگی‌ها از قبيل روغن، گريس، خاك، Mill Scale پوسیدگی، خوردگی – اکسید‌، رنگ و دیگر مواد خارجی روی آن وجود ندارد و به شکل تیره تری از خاکستری روشن است. ‌در بعضی موارد به صورت نوارهای تیره روی سطح سندبلاست شده مشخص شود‌. مناطق پوسیده شده در سطح نیز ممکن است به صورت رگه‌های اکسیدی نمایان باشد و نهایتاً ۹۵٪ سطح نزدیک به white metal است. مقادیر باقی مانده از آلودگی روی سطح تقریباً مشخص است‌.

Commercial Blast

در این نوع آماده سازی تمام روغن، گریس، خاك، رسوبات و تمامی مواد زائد بایستی برداشته شوند به طوریکه حداقل دو سوم سطح از مواد زائدی که چشم قادر به دیدن آنها است آزاد شود‌. با توجه به سایر روش‌ها‌ از درجه پائينتری برخوردار است.

Acid Pickling

تمیزکاری سطح به نحوئی که هیچ گونه آلودگی روی سطح باقی نمی‌ماند و به وسیله فعل انفعال شیمیایی یا الکترولیز یا هر دو، به طور کامل سطح از مواد خارجی پاك میشود. سپس سطح بایستی از اسید غیر فعال‌، الکالی و لکه ها پاك شود. این روش جهت تاسیسات و سازه‌های نصب شده قابل اجراء نیست. مورد فوق جهت فولادهایی به کار می‌رود که بتوان آنها را در حمام اسید غوطه ور ساخت.‌ لذا حجم حمام بایستی متناسب اندازه فولادها در نظر گرفته شود.

درون حمام‌های دارای روی مذاب‌، جهت بالا بردن نقاط اتصال روی با فلز بایستی از کوچکترین آلودگی‌های زیر لایه اجتناب کرد‌. در خصوص پوشش‌های عالی و غیر آلی نیز می‌توان با قرار دادن این پوشش‌ها در درون حمام عملیات رنگ آمیزی را به صورت غوطه وری انجام داد.

روش خوبی جهت آماده سازی سطوح و به منظور اعمال خوب پوشش است‌. البته یک نقطه ضعف در این روش وجود دارد که افزایش سطح در این روش به نسبت دیگر روش‌های مکانیکی کم است. ولی برای پوشش‌های که کمتر نیازمند چسبندگی مکانیکی هستند روش خوبی است.

Brush Blasting

روش فوق جهت از بين بردن Scale و آلودگی از روی سطح خارجی تانک‌ها مناسب است. در روش فوق سطح بخوبی زبر شده و ازدیاد سطح پیدا می‌کند و چسبندگی مکانیکی را هم روی پوشش قبلی و مناطق پوسیده بهبود می‌بخشد‌. وقتی که پوشش‌هایی مثل پلی یورتان و اپوکسی مورد بحث هستند روش فوق، مورد خوبی جهت ایجاد چسبندگی هر چه بیشتر است. کیفیت این روش نسبتاً دارای فاصله بیشتری نسبت به روش‌های دیگر بوده و‌ نسبت به روش‌های تمیزکاری دستی مناسب‌تر است‌.

Flame Cleaning Of New Steel

روش فوق به عنوان تمیز کننده عالی سطح زمانی طرفداران زیادی داشته ولی نسبت به روش‌های دستی دیگر مناسب‌تر‌‌ است‌. روش فوق به خاطر دمای زیادی که روی سطح ایجاد می‌کند‌، باعث انبساط رسوب‌ها شده و وقتی فلز سرد می‌شود سطح براقی از روی فلز بلند می‌نماید‌. اختلاف حرارتی میان دو مواد (‌رسوب و فلز‌) و همچنین اختلاف مقدار انبساط آنها باعث ترکیدن و بلند شدن رسوب‌ها می‌شود‌.

بيشترين برتری روش فوق به خاطر اعمال پرايمر روی سطح خشک و گرم است. با پايين آمدن ويسکوزيته پرايمر، به خاطر خشک شدن سريع فعاليت شيميايی افزايش پيدا می‌کند البته در روش فوق مقداری رطوبت در روی سطح وجود دارد‌.

Power Tool Cleaning

تمیزکاری فوق به طوری است که رسوب‌های سست و رنگ‌های فرسوده به وسیله وایر، برس‌زنی‌ یا شن پاشی‌ یا ترکیبی از آنها زدوده می‌شوند. ولی برای مواد خارجی سفت و محکم مورد استفاده ندارند.

اکثر موادی که در روی سطح باقی می‌مانند توسط روش‌هائی که‌ ذکر شد قابل زودودن از روی سطح هستند. تنها در بعضی موارد استفاده از روش فوق موثر است. به خصوص برای مواردی که بحث ترمیم مد نظر باشد‌.

Hend Tool Cleaning

یک روش آماده سازی سطح جهت برداشتن Mill Scale های سست‌، پوسیدگی‌ها و رنگ‌های باقیمانده به وسیله وایر، برسزنی، شن پاشی دستی‌، جاروی دستی‌، چکش‌دستی‌، یا دیگر ابزار دستی یا ترکیبی از همه اینها است. البته این روش‌ برای موارد سخت و محکم به کار نمی‌رود‌.

یکی از قدیمی‌ترین روش‌ها برای آماده‌سازی سطح تمیزکاری دستی است. البته با این روش مقدار زیادی آلودگی روی سطح باقی می‌ماند‌. چکش‌کاری و دیگر روش‌های ضربه‌ای باعث ایجاد ترك روی سطح شده و در داخل حفره‌ها به خوبی تمیز نمی‌شوند. به طور کلی روش فوق وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که دستگاه‌های برقی در دسترس نباشند.‌ یا نیاز به انجام تعمیرات جزیی در مساحت‌های بسیار کوچک باشد. ابزارهای دستی مثل وایر برس، جارو، چاقو، چکش یا کاغذ سنباده از این قبیل هستند‌. بعد از اینکه سطح چکش‌کاری شد و رسوب‌ها از بین رفت،سطح به وسیله کاغذ سنباده از آلودگی تمیز می‌شود. البته مقدار کمی روی سطح برش‌های خطی بوجود می‌آید که جهت اعمال پرایمر مفید است‌.

Solvent Cleaning

روش فوق بI منظور برداشتن تمام مواد زائد مثل روغن، گریس، خاك و دیگر آلودگی‌ها از روی سطح به وسیله حلال یا تمیزکاری با بخار و روش‌های مشابه که حلال‌ها در آنها دخیل هستند بکار می‌رود‌. روش فوق به طور اهم در مورد از بین بردن روغن و گریس بکار می‌رود‌.

این روش نمی‌تواند Mill Scale، پوسیدگی‌ها و رنگ‌های مانده را از بین ببرد‌. به علت حل شدن روغن و گریس توسط حلال‌، روش فوق احتمال دارد دیگر جاهای روی سطح را نیز آلوده کند و به محض تبخیر حلال روغن و گریس روی سطح باقی بماند و طبق مباحث قبل روغن و گریس تماس بین سطح و پوشش را تضعیف کرده و چسبندگی از بین می‌برند‌. البته چربی‌های روی سطح یک مورد عمومی هستند که حتماً قبل از اعمال رنگ بایستی به تمیزکاری آنها دقت شود.

Water Blasting

روش Water Blasting نمی‌تواند ایجاد خلل و فرج روی سطح کند ولی می‌تواند رسوبات و رنگ‌های مانده از قبل را از روی سطح از بین ببرد. روش فوق به منظور تمیز کاری متریال‌های غیر حساس با ایجاد کمترین آلودگی نسبت به سندبلاست. از نظر سرعت و روند کار به مراتب بهتر از روش‌های مکانیکی است. در استفاده از روش فوق سهولت در کار نیز دیده می‌شود‌. از مزایای این روش استفاده از شلنگ‌های سبک، فشار گرفتن سریع آب و وجود نداشتن هیچگونه جرقه را می‌توان نام برد‌. البته اگر فشار آب با بدن شخصی بر‌خورد کند حتماً دچار حادثه خواهد شد‌. در جاهائی که نمی‌توان از دیگر روش‌های تمیزکاری استفاده کرد مورد فوق روش خوبی است ولی اگر اعمال بسیار خوب رنگ مد نظر باشد، روش فوق مناسب نیست.

Abrasive Blasting

بهترین روش آماده سازی سطح‌، جهت اعمال بسیار مناسب رنگ استفاده از مواد ساینده است. این روش سطح را از پوسیدگی، رسوب، چربی، رنگ و تمامی آلودگی‌ها را از روی سطح پاک کرده و یک سطح فعال و بسیار مناسب پوشش ایجاد می‌نماید.

Air Blasting

روش فوق از نظر هزینه نسبت به بقیه روش‌ها در سطح پائینتری قرار دارد و در جاهائی که نرخ خوردگی روی سطح فلز زیاد باشد روش فوق بسیار عالی است. از روش فوق بدون هیچ محدودیتی (هر جا که منبع هوا و فشار وجود داشته باشد) جهت آماده سازی سطوح سازه‌ها و تجهیزات و تانک‌ها‌ در مراحل ساخت و نصب استفاده می‌شود.

مزایای روش فوق این است که سطح خشک است، سطح فلز فعال شده و گروه‌های قطبی جهت چسبندگی ایجاد می‌شوند. همچنین پروفیل سطح ‌خلل و فرج‌ خوبی روی سطح ایجاد می‌کند و با وجود یک سطح خشک هر گونه پوششی به خوبی می‌تواند اعمال شود‌.

در این روش برای سطوح سند بلاست شده،‌ وجود رطوبت محیط باعث شروع مجدد خوردگی می‌شود و بسته به شرایط جوی و در‌صد رطوبت، پوسیدگی در عرض چند دقیقه اتفاق می‌افتد‌. با وجود اینکه سندبلاست آلودگی را از روی سطح می‌زداید ولی خود ‌در اثر شکسته شدن دانه‌های ساینده‌ باعث ایجاد آلودگی روی سطح می‌شود.

Water Abrasive Blasting

از مزایای فوق عاری بودن از خاك است. اما جمع آوری آب نیز خود می‌تواند مشکل ساز باشد‌. سطح آماده شده به وسیله روش فوق با ترکیب کمی مواد ساینده‌، نسبتاً سطحی با پروفیل خوب بدست می‌دهد و این روش نسبت به روش رطوبتی بهتر است. در اثر خیس بودن سطح ممکن است به مشکل تجمع مواد ساینده روی سطح به وجود آید که در این صورت بایستی سطح دوباره با آب تمیز شود. احتمال بروز این مشکل در سوراخ‌ها و منافذ موجود روی سطح بیشتر است چرا که مقداری آب و مواد ساینده در داخل آنها جمع می‌شود‌. در روش فوق سطح خیس و مرطوب بوده و سطح مرطوب به راحتی و به سهولت مستعد اکسید شدن است.

Abrasive Material

پارامترهای زیادی در مواد ساینده وجود دارند که در زمان انتخاب باید در به کار گرفته شوند. به خصوص به منظور ایجاد یک سطح عالی در روش آماده سازی نوع ساینده بسیار مهم است. انواع ساینده شامل درجه‌های مختلف شن رودخانهای‌، کوارتز‌، شن‌های مصنوعی‌، ساینده‌های فلزی‌، غلات، اکسیدهای فلزی و … هستند که هر کدام از این متریال‌ها سطوح آلوده را از راه‌های مختلف و در درجه‌های تمیزی مختلف روی سطح ایجاد می‌کند‌. مواد سایندهی با درجات سختی از خیلی سخت تا درجه سختی نرم تقسیم بندی می‌شوند.

Surface Profile

گونه‌های متفاوت تمیزکاری سطح بستگی به سطح اولیه داشته و انتخاب نوع و درجه تمیزی سطح وابسته به نوع پارامترهای زیادی نظیر نوع ساینده‌، سرعت تماس و زمان پروسه تمیزکاری است.

پروفایل یک اندازه و مقیاس، جهت استفاده از ساینده‌ها است. با دانستن سختی‌، اندازه‌، سرعت تماس، زمان انجام عملیات و درجات مختلف ساینده‌ها می‌توان به انواع پروفیل‌ها دست یافت‌. ارتفاع پروفیل‌های تولید شده به وسیله ساینده‌های مختلف و تاثیرشان روی چسبندگی پوشش موضوع همواره مورد بحث بوده است. بعضی پوشش‌ها به خاطر چسبندگی ذاتی خودشان روی سطوح جذب دارند و در آنها عدم وجود پروفیل سطح، تاثیر بسزایی در چسبندگی نخواهد داشت.  فقط عدم آلودگی سطح در آنها فاکتور مهم است. رابطه ارتفاع پروفیل‌های مختلف با توجه به معدل کشش باندینگ پوشش محاسبه و تعیین می‌شود تا بهترین باندینگ را ایجاد کنند‌.

به وسیله استفاده از ساینده‌های مختلف منحنی واقعی از پروفیل روی سطوح فلزی به وجود می‌آید که به خوبی نشان دهنده سطح بدست آمده با ساینده‌های مختلف است‌. ساینده‌های فلزی، عمق و تیزی خوبی مثل دانه‌های سیلیس و سرباره‌های معدنی نمی‌سازند.