Види захисних покриттів металів

Щорічно близько 10% металевих конструкцій (виробів) від загального числа всіх металевих виробів зазнає впливу іржі і приходить у непридатність - цей процес оцінюється десятками мільярдів доларів. Для зменшення втрат використовуються різні методи антикорозійного захисту. На металевих виробах формується так званий захисний шар, стійкий до довкілля. Основні види захисних покриттів розглянуті у цьому матеріалі. Основні переваги та недоліки різних видів захисних покриттів представлені в Таблиці №1.

Захисні покриття для металів

Різні покриття металів використовуються для ізоляції цих матеріалів від агресивного довкілля. Щоб виконувати свою основну функцію, покриття повинні бути суцільними, непроникними, які рівномірно розподіляються по поверхні. Також вони повинні мати хорошу адгезію, високу зносостійкість, жаростійкість і твердість.

Захисні покриття поділяють на металеві та неметалічні. Розглянемо докладніше обидві категорії.

Металеві захисні покриття

Металеві покриття наносяться на різні поверхні (не тільки на метал, а й на скло, кераміку, пластмасу та ін.) з метою їх захисту від корозії, надання твердості та зносостійкості, електропровідних та декоративних функцій.

Для надання поверхонь антикорозійних властивостей покриття наносяться такими способами:

• Гальванізацією (електролітичним методом): метал або сплав осідає на поверхню у вигляді водних розчинів солей шляхом постійно пропускання струму через електроліт
• Газотермічним напиленням: розплавлений метал розпорошується на оброблювану поверхню за допомогою струменя повітря
• Зануренням: гарячий спосіб нанесення покриття методом занурення виробу у ванну з розплавленим металом
• Плакування (термомеханічним методом): на поверхню основного металу наноситься інший, більш стійкий до агресивного середовища, шляхом лиття, спільної прокатки, пресування або кування
• Термодифузійний метод: покриття проникає в поверхневий шар основного металу під впливом високої температури

За способом захисту металеві покриття поділяють на анодні та катодні – залежно від того, анодом або катодом є металопокриття до виробу, що обробляється.

Електрохімічний захист від корозії здійснюють виключно анодні покриття, що мають негативніший електрохімічний потенціал. Під впливом навколишнього середовища вони поступово руйнуються, але зберігають цілісність виробів.

Хорошим прикладом анодного покриття металів є цинковий захисний шар на залізі.

Катодні захисні покриття, що мають позитивний електродний потенціал, використовуються набагато рідше, оскільки захищають деталі лише механічно. Основний метал виробу, що є анодом, при підведенні до нього вологи починає інтенсивно руйнуватися, тому катодне покриття має бути суцільним, без найменших пор і подряпин. Прикладом такого покриття є олов'яний або мідний захист на залозі.

Гальванічні покриття

Гальванізація відноситься до електрохімічних методів нанесення металевих покриттів.

Отримуваний захисний шар попереджає корозію та окислення, покращує зносостійкість та міцність виробів, надає їм естетичного зовнішнього вигляду.

Гальванічні покриття поширені у будівництві, авіа- та машинобудуванні, радіотехніці та електронній промисловості.

Залежно від призначення вони бувають захисними, захисно-декоративними та спеціальними. Призначення перших двох зрозумілі вже з назв. Спеціальні наносяться на вироби для надання їм підвищеної твердості та зносостійкості, покращених електроізоляційних, магнітних та інших властивостей.

Різновидами гальванізації є міднення, хромування, цинкування, залізнення, нікелювання, латунування, породження, золочення, сріблення, покриття оловом.

Газотермічне напилення

Газотермічне напилення - це метод перенесення розплавлених частинок на поверхню, що обробляється за допомогою газового або плазмового потоку. Покриття, утворені газотермічним способом, мають зносостійкість, корозійну стійкість, антифрикційні, протизадирні, термостійкі, електропровідні та інші властивості.

Як напилюваний матеріал використовуються дроти, шнури і порошки з металів, кераміки або металокераміки.

Існують такі методи газотермічного напилення:

• Високошвидкісне газополум'яне напилення: використовується для утворення щільних металокерамічних та металевих покриттів.
• Детонаційне напилення: застосовується для відновлення невеликих пошкоджених ділянок поверхні
• Плазмове напилення: використовується для створення тугоплавких керамічних покриттів
• Електродугове напилення: застосовується для нанесення антикорозійних металевих покриттів на великі площі поверхні
• Газополум'яне напилення: найпростіший і недорогий метод у плані впровадження та експлуатації; використовується для захисту великих поверхонь від корозії та відновлення геометрії деталей
• Напилення з оплавленням: металургійно пов'язує покриття з основою; застосовується у тих випадках, коли відсутня ризик деформації деталей або цей ризик виправданий

Занурення у розплав

При використанні даного методу деталь поринає в розплавлений метал: олово, цинк, алюміній або свинець. Перед зануренням поверхні обробляються флюсом, що складається з хлориду амонію (52-56%), гліцерину (5-6%) і хлориду металу, що покривається. Така обробка дозволяє видалити сольові та оксидні плівки, а також захистити розплав від окиснення.

Даний метод не надто поширений, тому що витрачає велику кількість захисного покриття, при цьому не забезпечуючи його рівномірну товщину і не дозволяючи наносити метал у вузькі зазори.

Термодифузійне покриття

Даний вид обробки поверхонь по відношенню до чорних металів є анодним та забезпечує ефективний електрохімічний захист сталі. Покриття має високу адгезію з основою, в процесі експлуатації не відшаровується. Воно також має високу стійкість до механічних навантажень та деформації.

Термодифузійний метод дозволяє досягти однорідного шару за товщиною навіть на деталях складних форм. Крім цього, таке покриття дуже стійке до корозії і не викликає водневого крихтіння металу. Як нанесений матеріал виступає цинк.

Неметалеві покриття

Неметалічні захисні покриття застосовуються для ізоляції металевих виробів від впливу зовнішнього середовища (насамперед вологи) та надання їм естетичного зовнішнього вигляду.

До неметалевих відносяться полімерні, гумові, лакофарбові, емалеві, оксидні та ін. покриття.

Полімерні покриття

На сьогоднішній день даний вид покриття металу є найбільш популярною альтернативою оцинковування та фарбування виробів.

Деталі, оброблені полімерними речовинами, мають довгий термін служби, естетичний зовнішній вигляд, відмінні електроізоляційні, високотемпературні та протизносні властивості.

Як напилюваний матеріал найчастіше виступають поліестер, пластизоль, поліуретани, полівінілдефторид та деякі інші.

Однією з найсучасніших і високотехнологічних різновидів полімерних покриттів є антифрикційні покриття (АФП).

За структурою вони схожі на фарби, проте замість пігменту містять високодисперсні частинки твердих мастил: дисульфіду молібдену, графіту, політетрафторетилену (ПТФЕ) та ін. .

Наприклад, у Росії такі покриття розробляє компанія «Моделювання та інжиніринг».

Основним призначенням АФП MODENGY є:

• Середньо- та важконавантажені вузли тертя ковзання (напрямні, зубчасті передачі, підшипники і т.д.)
• Деталі ДВС (спідниці поршнів, підшипники ковзання, дросельна заслінка та ін.)
• Пластикові та металеві компоненти автомобілів (замки, петлі, пружини, скоби, механізми регулювання в салоні автомобіля тощо)
• Різьбові з'єднання та кріплення
• Трубопровідна арматура
• Інші пари тертя метал-метал, метал-гума, полімер-полімер, метал-полімер.

Антифрикційні твердозмащувальні покриття (АТСП) MODENGY наносяться одноразово на весь термін служби вузлів тертя, що дозволяє повністю відмовитися від масел, що регулярно поповнюються, і пластичних мастил.

Висока популярність АТСП зумовлена ​​їхньою високою несучою здатністю, низьким коефіцієнтом тертя, широким діапазоном робочих температур, стійкістю до дії води та хімікатів, працездатністю в запиленому середовищі, умовах радіації та вакууму.

Тонкий шар захисного покриття мало впливає на вихідну точність розмірів деталі.

Емалювання

Емаль – це тонке покриття на металі, що має антикорозійні властивості. Отримують за допомогою високотемпературної обробки склоподібного порошку, змішаного з водою.

Локальне випалювання деталі проводиться в печі або за допомогою пальника. Залежно від виду та кольору покриття температура випалу може коливатися від +700 до +900 °C. Необхідно пам'ятати, що склоподібний шар емалі не можна піддавати грубим механічним впливам, так як він досить крихкий і легко ушкоджується.

Оксидування

Оксидування – це окислювально-відновна реакція металу, яка виникає завдяки взаємодії з киснем, електролітом чи спеціальними кислотно-лужними складами. Результатом процесу є утворення захисної плівки, яка збільшує твердість поверхні, збільшує термін служби деталей, покращує підробіток, знижує утворення задирок.

Оксидування буває анодним, хімічним, термічним, плазмовим, лазерним (останнє доступне лише у промислових умовах).

Фарбування

Цей метод антикорозійного захисту металу добре відомий кожному. Однак лакофарбові покриття не відрізняються термостійкістю та зносостійкістю, пошкодити їх дуже легко.

Основною перевагою фарбування є низька вартість та досить проста технологія.Достатньо провести ретельну підготовку поверхні та дотримуватися рекомендацій щодо нанесення матеріалу, що використовується.

Термін служби лакофарбових покриттів залежить від умов експлуатації деталей. При високих навантаженнях і температурах їх не застосовують, використовуючи найчастіше як декоративний шар.

Захисні покриття металів: як і навіщо вони створюються?

Унікальним різновидом неметалічних захисних покриттів є антифрикційні матеріали. На вигляд вони нагадують фарби, проте замість пігментів містять частинки твердих мастильних речовин, які рівномірно розподілені в суміші сполучних компонентів і розчинників.

У протикорозійній практиці для ізоляції металу від дії агресивних середовищ використовуються спеціальні захисні покриття. Усі вони поділяються на металеві та неметалічні.

Металеві – анодні та катодні – покриття наносяться на поверхні методами газотермічного напилення, занурення, гальванізації, плакування чи дифузії.

До неметалевих захисних покриттів відносяться лакофарбові склади, полімерні плівки, силікатні емалі, гуми, оксиди металів, сполуки фосфору, хрому та ін.

Розглянемо всі види покриттів докладніше.

Металеві захисні покриття

Як анодні металеві покриття виступають метали, електрохімічний потенціал яких менше, ніж у оброблюваних матеріалів. У катодних він, навпаки, вищий.

Анодні покриття забезпечують електрохімічний захист металевих поверхонь і виконують свої функції навіть за порушення цілісності шару.

Катодні покриття перешкоджають проникненню агресивних середовищ до основного металу завдяки утворенню механічного бар'єру. Вони краще захищають поверхні від негативних впливів, але у разі непошкодженості.

Залежно від способу нанесення металеві покриття поділяються на такі види.

Гальванічні покриття

Гальванізація – це електрохімічний метод нанесення металевого захисного покриття для захисту поверхонь від корозії та окислення, покращення їх міцності та зносостійкості, надання естетичного зовнішнього вигляду.

Гальванічні покриття застосовуються в авіа- та машинобудуванні, радіотехніці, електроніці, будівництві.

Залежно від призначення конкретних деталей на них наносяться захисні, захисно-декоративні та спеціальні гальванічні покриття.

Захисні служать для ізоляції металевих деталей від впливу агресивних середовищ та запобігання механічним ушкодженням.

Спеціальні гальванічні покриття покращують характеристики оброблюваних поверхонь, підвищують їхню міцність, зносостійкість, електроізоляційні властивості і т.д.

Різновидами гальванічних покриттів є міднення, хромування, цинкування, залізнення, нікелювання, латунування, родування, золочення, сріблення та ін.

Газотермічне напилення

Являє собою перенесення розплавлених частинок матеріалу на оброблювану поверхню газового або плазмовим потоком. металів, кераміки та металокераміки.

Виділяють такі методи газотермічного напилення:

• Газополум'яне напилення: найпростіший і недорогий метод, що застосовується для захисту великих площ поверхні від корозії та відновлення геометрії деталей
• Високошвидкісне газополум'яне напилення: використовується для утворення щільних металокерамічних та металевих покриттів.
• Детонаційне напилення: застосовується для нанесення захисних покриттів, відновлення невеликих пошкоджених ділянок поверхні
• Плазмове напилення: використовується для створення тугоплавких керамічних покриттів
• Електродугова металізація: для нанесення антикорозійних металевих покриттів на великі площі поверхні
• Напилення з оплавленням: застосовується тоді, коли ризик деформації деталей відсутній або він виправданий

Занурення у розплав

При використанні цього методу оброблювані деталі поринають у розплавлений метал (олово, цинк, алюміній, свинець). Перед зануренням поверхні обробляються сумішшю хлориду амонію (52-56%), гліцерину (5-6%) і хлориду металу, що покривається. Це дозволяє захистити розплав від окислення, а також видалити оксидні та сольові плівки.

Даний метод не можна назвати економічним, так як метал, що наноситься, витрачається у великих кількостях. При цьому товщина покриття нерівномірна, а наносити розплав у вузькі зазори та отвори, наприклад, на різьблення, неможливо.

Термодифузійне покриття

Дане покриття, матеріалом для якого виступає цинк, забезпечує високий електрохімічний захист сталі та чорних металів. Воно має високу адгезію, стійкість до корозії, механічних навантажень і деформації.

Шар термодифузійного покриття має однакову товщину навіть на деталях складних форм і не відшаровується у процесі експлуатації.

Плакування

Метод є нанесення металу термомеханічним способом: шляхом пластичної деформації і сильного стиснення. Найчастіше таким чином створюються захисні, контактні або декоративні покриття на деталях із сталі, алюмінію, міді та їх сплавів.

Плакування здійснюється в процесі гарячої прокатки, пресування, екструзії, штампування або зварювання вибухом.

Види та особливості неметалічних покриттів

Неметалічні покриття поділяються на органічні та неорганічні. Вони створюють на оброблюваних поверхнях тонку, інертну до агресивних речовин плівку, яка оберігає деталі від негативних впливів навколишнього середовища.

Лакофарбні захисні покриття

До складу таких покриттів входять плівкоутворювальні речовини, наповнювачі, пігменти, пластифікатори, розчинники та каталізатори. Варіювання складу дозволяє отримувати матеріали зі специфічними властивостями (токопровідні, декоративні, особливо міцні, жаростійкі тощо). Вони не тільки захищають вироби в різних умовах, але й надають їм естетичного вигляду.

До групи лакофарбових покриттів входять лаки, фарби, ґрунтовки, оліфи, шпаклівки.

Силікатні емалі

Застосовуються для виробів, що працюють за високих температур у хімічно агресивних середовищах.

Емалеве захисне покриття формується за допомогою порошку чи пасти. Процес відбувається у кілька етапів. Спочатку на виріб наноситься ґрунтова емаль – вона покращує адгезію, зменшує термічні та механічні напруги.

Потім після спікання першого шару при температурі +880… + 920 °С, накладається покривна емаль, після чого виріб знову піддається нагріванню до +840… +860 °С.

Якщо потрібно нанести кілька шарів силікатної емалі, вищеописані операції проводять кілька разів. Вироби з чавуну, наприклад, обробляють у 2-3 підходи.

Застигла емаль є тонким, схожим на скло, покриттям. Його основним недоліком є ​​порівняно низька міцність – під впливом ударних навантажень емаль може розтріскуватися чи сколюватися.

Полімерні захисні покриття

До найбільш поширених полімерів, що застосовуються для захисту металів від корозії, входять полістирол, поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, фторопласти, епоксидні смоли та ін.

Полімерне покриття здійснюється методами занурення, газотермічного або вихрового напилення, звичайним пензлем. Охолоджуючи, воно утворює на поверхні суцільну захисну плівку завтовшки кілька міліметрів.

Різновидом полімерних є антифрикційні твердозмащувальні покриття. Зовні ці матеріали схожі на фарби, проте замість пігментів вони містять високодисперсні частинки твердих мастил, які рівномірно розподілені в суміші сполучних компонентів і розчинників.

Основу покриттів можуть становити дисульфід молібдену, графіт, політетрафторетилен (ПТФЕ) та інші тверді мастила. Як сполучні застосовуються акрилові, фенольні, поліамід-імідні, епоксидні смоли, титанат, поліуретан та деякі інші спеціальні компоненти.

Антифрикційні твердозмащувальні покриття, а також спеціальні розчинники та очищувачі для попередньої підготовки поверхонь розробляє російська компанія «Моденжі».

Матеріали MODENGY застосовуються в середньо- і важконавантажених вузлах тертя ковзання (направляючих, зубчастих передачах, підшипниках і т.д.), на деталях двигунів внутрішнього згоряння (спідницях поршнів, вкладишах валів, дросельній засувці), в різьбовому кріпленні, металеві елементи автомобілів (замки, петлях, пружинах, скобах, механізмах регулювання і т.д.), а також в інших парах тертя метал-метал, метал-гума, полімер-полімер, метал-полімер.

Покриття MODENGY наносяться на весь термін служби деталей. З їх допомогою створюються вузли тертя, що не вимагають подальшого обслуговування та застосування традиційних мастильних матеріалів.

Антифрикційні покриття MODENGY відрізняються:

• Високою несучою здатністю
• Працездатністю в запиленому середовищі
• Низьким коефіцієнтом тертя
• Широким діапазоном робочих температур
• Висока зносостійкість
• Противозадирними та антикорозійними властивостями
• Стійкістю до дії кислот, лугів, розчинників та інших хімікатів
• Працездатність в умовах радіації та вакууму

Покриття лягають тонким шаром, тому практично не змінюють вихідні розміри деталей, проте забезпечують їм необхідний комплекс триботехнічних та захисних властивостей.

Застосування матеріалів MODENGY дозволяє ефективно керувати тертям, підвищувати ресурс та енергоефективність обладнання.

Оксидні захисні плівки

Оксидування – це окислювально-відновна реакція металів, що виникає завдяки їхній взаємодії з киснем, електролітом або спеціальними кислотно-лужними складами.В результаті цього процесу на металевих поверхнях утворюється захисна плівка, яка збільшує їх твердість, знижує ризик утворення задир, покращує підробіток деталей і підвищує термін їх служби.

Оксидування використовується для одержання захисних та декоративних покриттів, а також для формування діелектричних шарів. Розрізняють хімічні, анодні (електрохімічні), термічні, плазмові та лазерні методи цієї обробки.

Гумові захисні покриття

Гумування або створення захисних покриттів з гуми або ебоніту допомагає захистити трубопроводи, хімічні апарати, резервуари для перевезення та зберігання хімічних речовин від впливу агресивних середовищ.

Захисне покриття може бути сформоване з м'якої або твердої гуми. Консистенція контролюється добавками сірки: м'яка містить від 2 до 4 % цієї речовини, тверда – від 30 до 50 %.

Покриття наноситься на попередньо очищені та знежирені поверхні. Повітря, що накопичилося після обробки, видавлюється валиком. Як заключний етап гумування проводиться вулканізація виробів.

Гумові покриття є хорошими діелектриками, мають стійкість до багатьох кислот і лугів (але не до сильних окислювачів). Зі суттєвих недоліків гумових покриттів можна виділити їх старіння з часом.

Змащення та пасти

При тривалому зберіганні та перевезенні металовиробів як захисні покриття можуть використовуватися спеціальні мастила та пасти – вони перешкоджають попаданню на поверхні вологи, пилу та різних газоподібних речовин, наносяться пензлем або методом розпилення.

Консерваційні матеріали виготовляються на основі мінеральних масел (вазелінової, машинної) та воскоподібних речовин (віску, парафіну, мила). Дуже популярні мастила, до складу яких входить 5 % парафіну та 95 % петролатуму (суміші парафінів, олій та мінеральних восків – церезинів).

Головний недолік паст і мастил, що застосовуються як захисні покриття, полягає в тому, що цілісність плівки, що утворилася, легко порушити. Саме тому найкращою альтернативою пластичних складів є антифрикційні твердозмащувальні покриття.

Приєднуйтесь

Усі матеріали сайту https://atf.ru/ належать
ТОВ "НОВІ РІШЕННЯ" ІПН 5751054390

© 2004 – 2024 ТОВ "АТФ". Усі авторські права захищені. ТОВ "АТФ" є зареєстрованою торговою маркою.