 |
Защитные покрытия и консервация
|
|
|
|
Металлы, применяемые в технике, подвергаются коррозии, т.е. процессам разрушения в результате химического или электрохимического воздействия внешней среды на их поверхности.
Коррозия сопровождается изменением внешнего вида, цвета, веса изделия, снижением прочности и пластичности металлов. Она является одной из причин преждевременного износа и разрушения деталей.
Признаки коррозии на различных металлах следующие:
1. На стальных и чугунных деталях при нормальной температуре появляется ржавчина, т. е. налет оранжево-бурого цвета. После горячей обработки на поверхностях изделий образуется окалина.
2. На алюминиевых деталях коррозия появляется сначала
в виде белого порошкообразного налета, а затем образуются раковины, заполненные этим порошком.
3. На деталях из меди и медных сплавов появляются налеты зеленого, а иногда и черного цвета.
4. На кадмированных или оцинкованных деталях возникают
точки или пятна белого, серого или черного цвета.
По виду действия среды на металл различают:
а) газовую коррозию, возникающую обычно при высоких температурах под воздействием агрессивных газов;
б) атмосферную коррозию - наиболее распространенный тип коррозии, так как значительная часть машин эксплуатируется на открытом воздухе; скорость атмосферной коррозии зависит от влажности воздуха, содержания дымовых газов, пыли и других загрязнений;
в) жидкостную коррозию, т.е. коррозию металлов в жидкой среде; в зависимости от рода среды различают морскую коррозию, кислотную, щелочную, солевую;
г) почвенную коррозию, т.е. коррозию трубопроводов, резервуаров кабельных сетей, находящихся полностью или частично в почве.
|
|
|
К числу причин, усиливающих появление коррозии, относятся:
- резкие изменения температуры;
- соприкосновение разнородных металлов;
- соприкосновение металлических изделий с гигроскопическими материалами (ватой, бумагой, пылью, тряпками), которые обладают способностью поглощать влагу из окружающей среды;
- нахождение металлических изделий в помещениях, где
хранятся кислоты, щелочи, соли или находятся установки, выделяющие пары кислот и газы;
- нахождение металлических изделий в сырых помещениях,
где влага оседает на поверхностях изделий;
- применение несоответствующих охлаждающих жидкостей
(эмульсий) при механической обработке деталей;
- прикосновение к отполированным поверхностям руками,
так как пот рук содержит кислоты и соли.
Гладкая поверхность, полученная шлифованием или полированием, более устойчива против коррозии, чем необработанная.
Своевременная защита от коррозии предохраняет изделия, машины и различные конструкции от преждевременного разрушения и способствует экономии материалов. Для предохранения металлов от коррозии применяют различные защитные покрытия.
Кроме защитного действия покрытия обладают свойством придания поверхности изделия красивого внешнего вида - декоративные качества покрытий.
В машиностроении применяют в основном следующие виды защитных покрытий:
1) лакокрасочные;
2) оксидно-фосфатные;
3) металлические.
Лакокрасочные покрытия являются самым распространенным и доступным видом защитных покрытий. Они должны быть стойкими к переменным атмосферным воздействиям - к влиянию влаги, света, тепла, холода, различных газов, обладать прочной прилипаемостью к окрашиваемому материалу, не отслаиваться и не менять цвета в процессе эксплуатации.
Некоторые виды лакокрасочных покрытий устойчивы к действию масел, бензина, агрессивных жидкостей.
Оксидно-фосфатные покрытия представляют собой оксидные и солевые пленки на поверхности металлов. Процессы получения пленок путем химической и электрохимической обработки называются оксидированием и фосфатированием.
|
|
|
Защитные свойства оксидной пленки значительно повышаются после ее обработки жирами, маслами, лаками. Фосфатированные поверхности также обычно покрывают лаками и красками.
Металлические покрытия бывают гальванические, горячие и нанесенные способом металлизации.
Гальванические покрытия подразделяются на следующие виды:
1) защитные - покрытия цинком, оловом, свинцом и др.;
2) защитно-декоративные - покрытия никелем, хромом, серебром, золотом, бронзой, латунью и др.;
3) специальные покрытия - меднение для местной защиты от цементации, лужение для защиты от азотирования, хромирование и железнение для увеличения износостойкости или восстановления деталей машин и инструментов, хромирование и серебрение для придания поверхности высокой отражательной способности и ряд других.
Гальванические покрытия бывают одно- и многослойные.
Горячие покрытия получаются при погружении защищаемого изделия в ванну с расплавленным металлом (покрытие листового железа, проволоки расплавленным цинком, оловом и свинцом).
Металлизацией называют покрытие изделий расплавленным металлом, частицы которого наносятся на защищаемую поверхность струей сжатого воздуха или газа.
Лакокрасочные покрытия являются наиболее доступным и эффективным способом защиты металлических изделий от коррозии и разрушения. Выгодно отличаясь от других видов защитных покрытий своей дешевизной, простотой нанесения и надежностью лакокрасочные покрытия нашли широкое применение в промышленности.
Для получения лакокрасочного покрытия, обладающего одновременно надежными защитными свойствами и хорошим внешним видом, применяют способ многослойного нанесения лакокрасочных материалов (систем покрытий).
Лакокрасочные материалы - многокомпонентные составы, способные при нанесении тонким слоем на поверхность изделий высыхать с образованием пленки, удерживаемой силами адгезии. Пленка может быть бесцветной или окрашенной, прозрачной или непрозрачной (укрывистой).
Подбирая лакокрасочные материалы с хорошей адгезией (сцеплением), используя в системах одновременно защитные свойства одного материала и декоративные качества другого, можно получить многослойные комбинированные системы лакокрасочных покрытий, превышающие по стойкости металлические, химические и другие виды защитных покрытий.
|
|
|
Главными составными частями всякого лакокрасочного покрытия являются пленкообразующее вещество и пигмент. Защитные свойства лакокрасочного покрытия обусловлены тем, что на поверхности защищаемого материала образуется сплошная пленка, которая, изолируя поверхность материала от окружающей среды, препятствует проникновению к ней агрессивных реагентов и, тем самым, предохраняет материал от разрушения.
В зависимости от состава и назначения лакокрасочные материалы, применяемые в машиностроении, подразделяются на лаки, грунтовки, шпатлевки, краски (в том числе эмали).
Лаки - растворы пленкообразователей в органических растворителях. Они служат для получения прозрачных покрытий или нанесения поверхностного слоя по слою эмали для увеличения блеска покрытия.
Грунтовки, шпатлевки и краски представляют собой пигментированные лаки или олифы (высыхающие масла с добавлением катализатора процесса высыхания - сиккатива). Краски, изготовленные на лаках, называют эмалевыми красками или эмалями, а изготовленные на олифе - масляными красками.
Грунтовки применяют для нанесения нижних слоев покрытия, которые обеспечивают прочную адгезию с окрашиваемой поверхностью и обладают хорошими антикоррозионными свойствами.
Шпатлевки применяют для выравнивания поверхности, они имеют вязкость, значительно более высокую, чем остальные лакокрасочные материалы. Это достигается введением в состав шпатлевки большого количества пигментов и наполнителей.
Адгезия шпатлевки к металлу обычно значительно хуже, чем грунтовок, и поэтому их наносят по слою грунтовки. Исключение составляют эпоксидные шпатлевки, которые можно наносить непосредственно на металл.
Эмали применяют для получения верхних слоев покрытий по слою грунтовки или шпатлевки. Они должны придавать покрытию требуемый цвет, укрывистость и стойкость в условиях эксплуатации.
|
|
|
Масляные краски служат для получения грунтовочных и верхних слоев покрытий.
Покрытие окисными пленками - оксидирование - применяют для защиты сталей, медных и алюминиевых сплавов от атмосферной коррозии. При оксидировании стали, ее поверхность приобретает черный цвет, поэтому процесс оксидирования называют также воронением
Наиболее распространенным способом оксидирования стали является обработка в концентрированных щелочных растворах с добавлением окислителей, но существуют также и другие способы. Оксидная пленка обладает защитными свойствами только при условии пропитки ее маслами или лаками, причем жировая смазка при эксплуатации изделий в атмосферных условиях должна систематически возобновляться.
Оксидирование алюминия и его сплавов, называемое также анодированием, производится чаще всего путем электрохимической обработки в растворе серной кислоты, хромовой или щавелевой кислот. С помощью анодирования толщину окисной пленки, которая всегда имеется на поверхности алюминия, удается увеличить в десятки раз. Полученная пленка обладает высокой твердостью, жаростойкостью, электроизоляционными свойствами, хорошо сцепляется с поверхностью алюминия. Имея значительную пористость, пленка способна окрашиваться в различные цвета органическими и минеральными красителями.
Фосфатированием называется обработка стальных, а также оцинкованных изделий в растворах фосфорнокислых солей. На поверхности изделий образуется при этом плотный мелкокристаллический слой труднорастворимых фосфатов железа и марганца, имеющий черный или серый цвет. Фосфатная пленка обладает жаростойкостью (до 500°С) и электроизоляционными свойствами, но имеет низкую твердость и не может работать в условиях трения. Вследствие пористости она может служить защитой от коррозии только при условии пропитки ее жирными смазками. Часто фосфатирование применяют как грунт под лакокрасочные покрытия.
Все окисные и фосфатные покрытия в гальваностегии называются обычно химическими покрытиями.
Нанесение покрытий на детали относится к отрасли техники, называемой гальванотехникой. Гальванотехника - один из отделов электрохимии, охватывающий вопросы осаждения металлов из растворов их солей с помощью электрического тока и включающий гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия - покрытие металлических предметов слоем другого металла, производимое с помощью электротока из раствора соли наносимого металла; сюда входят также оксидирование, фосфатирование и ряд других процессов. Гальванопластика - получение путем электролитического осаждения металлических предметов (металлических и неметаллических).копий с различных
|
|
|
По характеру получения металлические покрытия могут быть анодными или катодными.
Покрытие называется анодным в том случае, если металл покрытия играет роль анода в гальванической паре с защищаемым металлом. Это значит, что металл покрытия способен более активно переходить в раствор в виде положительных ионов, чем защищаемый металл. Примером такой защиты является покрытие железа цинком в атмосферных условиях. Анодные покрытия защищают металлические изделия электрически. Пористость анодных покрытий ускоряет их растворение, сокращает срок их службы, но не снижает защитной способности.
Катодными покрытиями называются покрытия такими металлами, которые, имея высокую коррозионную стойкость в данной среде, играют роль катода в гальванической паре с защищаемым металлом. Примером могут служить покрытия железа медью, хромом и другими металлами. Защитные действия катодных покрытий может быть только механическим и заключается в изолировании поверхности изделий от воздействия коррозионной среды. При наличии большого количества пор, поврежденных или оголенных участков катодного покрытия, защитное действие подобных покрытий прекращается, и, в случае неблагоприятных условий службы или хранения изделий (повышенная влажность, наличие газов, пыли и других загрязнений воздуха), коррозионные разрушения усиливаются и ускоряются.
Покрытие способом погружения в расплавленный металл, называемое также горячим способом, заключается в том, что изделие или деталь погружают в ванну с расплавленным металлом, который смачивает поверхность изделия и благодаря способности металлов частично растворяться друг в друге, прочно сцепляется с ней. Для покрытия этим способом изделий из железа применяются металлы со сравнительно низкой температурой плавления - олово, цинк, алюминий, свинец. К положительным сторонам этого способа относятся - простота обслуживания, высокая производительность и высокое качество покрытия; к отрицательным сторонам этого способа относятся - большие потери металла на угар, трудность регулирования толщины покрытия, невозможность покрытия изделий сложной конфигурации и деталей, имеющих резьбу или отверстия малого диаметра.
Металлизация распылением заключается в расплавлении металла покрытия (алюминия, цинка, стали и др.) в пламени ацетиленового или другого горючего газа или электрической дуги и пульверизации его сильными струями сжатого воздуха или газа на металлизируемую, заранее подготовленную поверхность металлических или неметаллических изделий. Применяется металлизация алюминием, цинком, свинцом, медью, латунью, бронзой, сталью, в том числе нержавеющей, в редких случаях - кадмием, оловом и никелем.
Для защиты от коррозии применяются цинковые, алюминиевые и, реже, свинцовые покрытия.
Недостатком этого способа является: меньшая плотность покрытий в сравнении с покрытиями другими способами, в некоторых случаях недостаточное сцепление покрытия с основным металлом и значительный непроизводительный расход металла (25% и выше).Гальванические покрытия - наиболее качественные защитные металлические покрытия, получаемые гальваническим способом, т.е. посредством электролитического осаждения металла на изделие из растворов солей, содержащих наносимый металл. Электролитический способ обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими способами покрытия. При электролитическом осаждении толщина осадка может регулироваться с большой точностью в очень широких пределах. Благодаря этому, расход цветного металла на покрытие при этом способе гораздо ниже, чем при окунании в расплавленный металл и металлизации распылением. Значительная экономия от снижения расхода дефицитных металлов делает этот способ наиболее целесообразным.
Гальванический способ незаменим при покрытии изделий металлом, имеющим высокую температуру плавления (медь, никель хром и др.), а также в тех случаях, когда покрываемое изделие невозможно погрузить в расплавленный металл. Только электролитическим осаждением можно получить высокое качество декоративной отделки и придать изделиям красивый внешний вид.
Электролитическим путем можно получить на металлических изделиях покрытия из большинства применяемых в технике металлов. Для защиты от коррозии и защитно-декоративной отделки применяются чаще всего покрытия цинком, никелем, хромом, медью, кадмием и оловом, для повышения твердости и величины сопротивления износу - покрытия хромом и никелем.
Недостатком электролитического способа получения покрытия являются сравнительно небольшая скорость наращивания осадка, а также вредное действие на организм ряда применяемых растворов, что заставляет применять особые меры по технике безопасности в гальванических цехах. Кроме того гальванические покрытия обладают известной пористостью и поэтому для более надежной защиты основного металла от коррозии приходится наносить в ряде случаев многослойные покрытия из нескольких металлов, например, медь-никель-хром, никель-медь-никель, и т.п. Никелирование применяется как защитно-декоративное покрытие в целях защиты от коррозии в атмосферных условиях и щелочных средах. На воздухе при обычной температуре на поверхности никеля образуется тончайшая пассивная пленка, приостанавливающая процесс дальнейшего окисления. Внешний вид покрытия из никеля от появления на его поверхности тонкой окисной пленки не меняется. Осадок никеля имеет мелкокристаллическую структуру и прекрасно поддается полированию. Благодаря этому покрытия из никеля применяются весьма широко для окончательной отделки изделий в самых различных областях промышленности.
В гальванической паре никель - железо никель является катодом по отношению к железу и поэтому защищает основу (различные углеродистые сплавы) только при условии полной беспористости покрытия. Так как гальванически осажденный никель даже в слое толщиной 25-30 мкм обладает пористостью, то для более надежной защиты стали от коррозии он применяется обычно с подслоем меди.
Гальваническое меднение как самостоятельное покрытие для защиты стальных изделий от коррозии не применяется. Это объясняется тем, что в атмосферных условиях медь легко окисляется и покрывается под действием углекислоты воздуха зеленым налетом углекислых солей. При механическом повреждении слоя меди стальные изделия будут корродировать значительно быстрее чем неомедненные. В технике медные покрытия используются в основном в качестве подслоя при декоративном никелировании и хромировании. Как самостоятельное покрытие медь применяется, в основном, для защиты поверхности стали от цементации.
Гальваническое осаждение сплава медь - цинк (латунирование) применяется очень давно и для самых разнообразных целей. Латунные покрытия часто используются в качестве подслоя при лужении, никелировании и хромировании; латунирование широко применяется для обеспечения прочного сцепления резины со стальными деталями при гуммировании. Латунные покрытия хорошо полируются и поэтому могут служить также для декоративной отделки стальных деталей с последующим химическим окрашиванием и нанесением бесцветного лака. В ряде случаев латунирование готовых изделий успешно применяется в целях замены самой латуни.
Гальваническое цинкование применяется как защитное покрытие для предохранения стальных изделий от коррозии в атмосферных условиях. В условиях повышенной влажности и при работе деталей в пресной воде. В гальванической паре цинк - железо слой цинка является анодом по отношению к железу и поэтому защищает основу не только механически, но и электрохимически. В сухом воздухе цинковое покрытие почти не изменяется; во влажной атмосфере, загрязненной различными промышленными газами, слой цинка, будучи анодом, постепенно растворяется, защищая основной металл от коррозии до тех пор, пока не оголится от покрытия значительная часть поверхности изделия.
Срок службы цинкового покрытия зависит от толщины нанесенного слоя и условий эксплуатации изделия. Для предохранения самого цинка от коррозионного разрушения цинковое покрытие пассивируют в растворах солей хромовой кислоты, одновременно придавая ему декоративный вид.
Ценные свойства гальванически осажденного хрома широко используются в современном машиностроении. В отличие от большинства гальванических процессов, применяющихся с целью защиты металлов от коррозии и для придания изделию красивого внешнего вида, хромирование широко используется для повышения износостойкости стальных деталей машин и инструмента, а также для восстановления размеров деталей при их ремонте.
Хромовые покрытия отличаются высокой твердостью, низким коэффициентом трения, свойством прочно сцепляться с основным металлом, а также хорошей химической и термической стойкостью. Хром относится к числу электроотрицательных металлов и в контакте с железоуглеродистыми сплавами должен бы служить анодом. Однако, обладая склонностью к пассивированию, хром в атмосферных условиях приобретает свойства благородных металлов и в паре железо - хром является катодом. Крупным недостатком отложений хрома является их значительная пористость, которая в условиях воздействия агрессивной среды может привести к разрушению основного металла. Поэтому для более надежной защиты железоуглеродистых сплавов от коррозии при декоративном хромировании применяют подслой из меди, никеля или обоих металлов сразу. Толщина слоя хрома при декоративном хромировании не превышает, как правило, 1-2 мкм, достаточных для длительного сохранения красивой блестящей поверхности изделий.
Таблица 3.9
Условные обозначения покрытий
Условные обозначения покрытий
| Вид покрытия или химической обработки | Условное обозначение по ГОСТ 9.306-85 |
| Электрохимические или химические способы нанесения покрытий | |
| Кадмирование | КД |
| Никелирование | Н |
| Меднение | М |
| Хромирование | Х |
| Серебрение | Ср |
| Оловянирование (лужение гальваническое) | О |
| Цинкование | Ц |
| Анодное оксидирование (анодирование) | Ан. Окс. |
| Химическое оксидирование | Хим. Окс. |
| Химическое пассивирование | Хим. Пас. |
| Химическое фосфатирование | Хим. Фос. |
| Хроматное пассивирование | хр |
| Глянцевое покрытие | г |
| Блестящее покрытие | б |
| Матовое покрытие | м |
| Горячие способы нанесения покрытий | |
| Лужение оловом | Гор. О |
| Лужение сплавом ПОС | Гор. ПОС |
| Покрытия, наносимые диффузионным способом | |
| Диффузионное цинкование | Диф. Ц |
| Алитирование | Диф. А |
| Металлизационные способы нанесения покрытий | |
| Металлизация алюминием | Мет. А |
Примеры покрытий:
Ц.3.хр - цинковое покрытие 3 мкм с хроматированием.
Кд.9.хр - кадмиевое покрытие толщиной 9 мкм с хроматированием.
МО.36 - покрытие медью и оловом толщиной 36 мкм.
МНХ.9 - меднение, никелирование, хромирование толщиной 9 мкм.
Х.9.Ч - хромирование толщиной 9 мкм, цвет черный.
М.6. Хим.Окс. черное - меднение толщиной 6 мкм и химическое оксидирование, цвет черный.
Н. Ср.30 - никелирование и серебрение толщиной 30 мкм.
Х.6.г - хромирование толщиной 6 мкм, глянцевое.
Хим.Окс.фос. - окисно-фосфатное покрытие.
Хим. Н.12 - никелевое покрытие, наносимое химическим способом, толщина 12 мкм.
Если покрытие наносят не навсе, а на часть поверхностей, то производится запись:
«Покрытие поверхностей А …» (рис. 3.15), либо
«Покрытие наружных поверхностей…».
Рис. 3.15
При шлифовании и различных отделочных операциях с применением охлаждающих жидкостей, а также при контроле, сборке и укладке в тару детали подвергаются действию влаги, кислот, пота и жировых веществ, усиливающих коррозию. Поэтому на таких операциях принимаются меры к предохранению от коррозии наиболее точных деталей и поверхностей.
К основным способам антикоррозионной обработки изделий относятся:
1. Добавление пассивирующих веществ в охлаждающие жидкости, применяемые при механической обработке. В качестве пассивирующих добавок, создающих тонкую пленку окислов на поверхности металлов, что предохраняет их от коррозии, применяют соду, нитрит натрия или хромпик.
Промывание изделий вручную или на моечных машинах
в спирте, бензине, керосине или специальных растворах.
Промасливание и консервация изделий.
Основным способом защиты деталей от коррозии при хранении и транспортировке является смазка поверхностей изделий маслами и жирами. Смазка не позволяет влаге из окружающей среды проникнуть к поверхности изделия. По сравнению с лакокрасочными покрытиями смазка имеет то преимущество, что ее легко удалить в случае необходимости. Однако смазка должна наноситься только на сухие и чистые поверхности, потому что грязь и влага, оказавшиеся под слоем смазки, будут вызывать коррозию. Обычно детали перед промасливанием тщательно промывают и затем сушат.
Детали, предназначенные для консервации, погружают в нагретую до 60-90°С смазку; у крупных деталей поверхности смазку наносят кистью.
В качестве смазки для деталей из черных металлов при консервации применяются специальные антикоррозионные и другие смазки. Детали из цветных сплавов, а также стальные изделия с металлическими покрытиями из цветных металлов консервируются в обезвоженном техническом вазелине с примесью 2-5% церезина. Консервирующие смазки перед началом работы обезвоживают, прогревая их при температуре 110-120°С до исчезновения пены.
После смазки детали обычно обертывают в плотную парафинированную или промасленную бумагу. Применение сырых упаковочных материалов приводит к оседанию влаги на изделиях и к возникновению коррозии.
|
|
|
