Ваш город: Челябинск
Разные металлы и сплавы на их основе имеют уникальные характеристики и разный состав. Но абсолютно все материалы категории подвержены коррозии и требуют проведения защитной обработки. Если проигнорировать ее, начнутся процессы разрушения в структуре металла, изменится первоначальная геометрия, снизится прочность конструкций. Разрушения металлов ускоряет контакт с химически активными веществами, кислородом и водой.
.jpg)
Провоцируемые коррозией убытки в промышленном сегменте достигают не менее 5% объема ВВП в каждой стране, а металла теряется при производстве еще больше – в районе 20%. Противостоять разрушительным процессам и предотвращать негативное влияние агрессивных сред на металлы помогает специальная защита от коррозии.
Антикоррозионная обработка представляет собой эффективный метод защиты, предполагающий нанесение тонкого слоя других металлов, материалов либо сплавов. Она обязательна к проведению при высокой влажности и контакте с химически агрессивными средами. Для защиты от образования ржавчины могут применяться разные способы – все популярные варианты мы рассмотрим далее.
Принципы защиты металлов путем цинкования основываются на простых процессах физики. В агрессивных внешних условиях (например, при высоком содержании минералов либо соли в воде) цинк начинает функционировать как анод в отношении других металлов. Исключение составляют разве что алюминий и магний. Цинк вступает в реакции с неблагоприятными средами, а сталь, выполняющая функцию катода, будет надежно защищена благодаря наличию цинкового слоя. Скорость коррозии допслоя заметно ниже, чем стали, за счет чего и достигается требуемый уровень антикоррозионной защиты.
Бытует мнение, что качество проведения цинкования зависит от толщины цинкового слоя. Это не совсем верно – на практике даже минимальный слой цинка обеспечивает надежную защиту креплений на долгое время. Это было подтверждено в ходе эксперимента – оцинкованный крепеж помещался в условия, которые имитировали действие агрессивных сред, затем темпы разрушений искусственно ускорялись. Это позволило сделать выводы: важен сам факт наличия цинка и способ нанесения защитного слоя, а не его толщина.
Далее будут рассмотрены популярные технологии оцинковки. Каждый вариант имеет свои особенности, сильные и слабые стороны, которые нужно учитывать при выборе.
В целях улучшения защитных параметров цинкового покрытия детали могут подвергаться пассивации. Процесс стандартно включает обработку поверхностей из металлических сплавов специальным составом либо веществом, формирующим тонкое защитное покрытие. Оно является «пассивным», эффективно противостоит коррозии за счет снижения реактивности материала при контакте со средой.
Для проведения пассивации применяют метод погружения оцинкованных изделий в раствор с содержанием определенных химических веществ – например, солей, фосфатов, хроматов. Цинк будет взаимодействовать с ними и формировать дополнительный слой. Применение хроматных растворов позволяет говорить о процессах хроматирования. Их еще часто называют «желтыми» за счет характерного оттенка готового покрытия. Пассивация с применением хроматов гарантирует отличную стойкость к ржавчине и повышает способности к «саморегенерации» в результате контакта с механическими факторами.
Плюсы методики пассивации:
Но сцепление готового покрытия с изделиями будет достаточно слабым, с высокопрочными крепежами готовый металл не используют (возможна реакция водородной хрупкости). В процессе пассивации образуются токсичные отходы, которые могут нести вред окружающей среде и требовать тщательно удаления.
Цинкование по гальванической технологии представляет собой сложный процесс, в ходе которого металлические поверхности покрывают тонким слоем цинкового сплава. Дополнительно применяют электричество и специальный раствор. Методика позволяет создавать покрытия до 40 мкм.
Гальваника предполагает тщательную предварительную подготовку – поверхности креплений нужно будет очистить в специальных растворах с применением моющих средств на щелочной основе. Затем осуществляется кислотная обработка для удаления поверхностных окалин, ржавчины. Важно обеспечить идеальную чистоту – молекулярные слои ржавчины либо масла е дают покрытию нормально «прилипнуть» на обрабатываемые поверхности.
Также в ходе создания гальванического покрытия применяется методика электроосаждения. Крепление нужно опустить в промышленную ванну, в которую погружены цинковые пластины либо залит анод (растворенный металл). В результате подачи электротока постоянной силы цинк на анодах растворяется, свободные ионы начинают достигать катодов и образуют финишный слой минимальной толщины на поверхности креплений. Итоговая толщина покрытия будет зависеть от длительности обработки в специальной ванне, подачи тока, текущей концентрации ионов в подготовленном растворе.
В результате кислотного очищения и во время гальваники полученный водород в атомарной форме может диффундировать в стальные изделия, что повышает хрупкость креплений. Покрытие гальванического типа улавливает атомы водорода внутри метизов – он может в последствии мигрировать в зоны значительных нагрузок и приводить к образованию микротрещин, разрушениям. Высокопрочные крепления имеют увеличенную подверженность к охрупчиванию водородом: чем больше твердость металлических метизов, чем выше риски разрушения в результате водородных повреждений.
Детали, обрабатываемые данным методом, сначала погружаются в ванну с расплавленной цинковой смесью (ее температура составляет около 450 градусов). В ходе взаимодействия цинка с металлом формируется сплав, создающий после остывания надежное покрытие. Период выдержки детали в расплаве определяет толщину конечного слоя и параметры прочности, поэтому нужно строго соблюдать технологию.
Сроки службы готового покрытия во многом зависят от условий эксплуатации, качества работ по цинкованию и применяемого металла. В среднем это 50 лет без выраженных разрушительных процессов.
Этапы оцинковки горячим способом:
На каждом этапе нужно использовать специальное оборудование. Чтобы готовое покрытие вышло качественным и безопасным, нужна помощь квалифицированного персонала. Горячеоцинкованный крепеж имеет отличную стойкость к коррозии, а защитный слой относится к самовосстанавливающимся (в случае повреждения покрытия цинковые атомы переходят на незащищенные участки и «затягивают» их). Повредить готовый слой, сколоть его практически невозможно. За счет надежной антикоррозионной защиты от водородной хрупкости возможно нанесение на крепеж высокой прочности. Главный минус технологии – цена выше среднего.
Наиболее технологичная и молодая методика в своей категории. Цинковый слой наносится на крепеж внутри реторты (она герметичная). Температура при проведении работ находится в диапазоне 290-450 градусов. Процесс происходит в результате нагрева металлических деталей в специальных емкостях смесью цинкового порошка с другими добавками. При заданной температуре и соблюдении рекомендаций по времени выдержки осуществляется диффузия атомных частиц в поверхностные металлические слои. По результатам на поверхности детали формируется тонкий слой сплава.
Термодиффузная технология не наносит вреда среде и гарантирует отличную защиту – она по качеству превосходит покрытия, получаемые с применением гальванических ванн. Цинк прочно сцепляется с металлом в основе, что снижает риски отслоек и разрушений в результате механических воздействий. Метизы с защитным слоем около 50 мкм служат около 15 лет, в том числе в непростых условиях или при постоянном контакте с морской водой.
Плюсы метода:
Но выбор цветов ограниченный, готовые покрытия обычно выходят серебристыми либо серыми. Производственный процесс сложный, параметры камер ограничиваются действующими технологическими стандартами. Непростой контроль толщины покрытий предъявляет повышенные требования к точности работ.
Холодный метод цинкования предусматривает нанесение специального состава на металлические поверхности – работы выполняют по аналогии с окрашиванием. Методика идеальна для крупных металлических конструкций, обрабатывать которые традиционными методами цинкования достаточно сложно. Получаемые покрытия по характеристикам сравнимы с теми, которые дает горячая оцинковка.
Нанесение препаратов выполняется разными методами, основные:
Процентное содержание цинка в составе – около 92-96%. Качество работ во многом зависит от размеров частичек в составе – чем они мельче, тем прочнее и надежнее выходит конечный вариант.
.jpg)
Технология холодного нанесения защитного цинкового слоя подходит для работы с любыми металлами, кроме магниевых сплавов и сталей высокой прочности. До нанесения рабочие поверхности тщательно подготавливают – удаляют жировые частицы, грязь и другие загрязнения, следы окалины и ржавчины, просушивают поверхности, убирают заусенцы, сварочные брызги и острые углы. Для очистки от пыли удобно использовать воздух под давлением. Когда эти работы будут закончены, можно наносить цинковое покрытие. Используют разные способы, включая погружение изделий в цинковый состав либо окрашивание с применением кистей, валиков, краскопультов. Рекомендованные условия проведения работ – температура от -20 до +40 градусов, ограничений по уровню влажности нет.
Плюсы технологии:
Но для достижения качественных результатов строго соблюдать технологию обязательно, с покрытием труднодоступных мест, внутренних полостей часто возникают сложности.
При использовании данной технологии защитное покрытие получают путем «втирания» цинковой смеси в деталь. Обязательно задействуются барабаны галтовочного типа с шариками из стекла (их диаметр может быть 0.2-5 мм) – они и отвечают за «втирание» цинковых соединений. Процесс протекает в водных средах, обязательно добавляется цинковый порошок и дополнительные ингредиенты. После старта вращения барабана шарики вбивают в поверхности частички деталей цинка, а порошок приваривается на крепления механическим способом. Покрытие выходит равномерным, его толщина может составлять 5-25 мкм (больше при необходимости делать тоже можно).
Методика гарантирует равномерную толщину покрытия по всей площади. Она идеально подойдет для нанесения цинка на высокопрочные крепления, не вызывает водородную хрупкость. Детали при механической обработке выглядят очень аккуратно.
Преимущества технологии:
Но на сложных поверхностях и достаточно мелких деталях покрытие часто выходит неравномерным. Применение в ходе обработки абразивных материалов может приводить к образованию трещин и других дефектов поверхностей.
Другие названия метода – лужение либо оловянирование. Процесс предполагает нанесение тонкого слоя олова на поверхности металлических изделий для их защиты от процессов коррозии и улучшения визуальных характеристик. Применяется методика в пищепроме, в основном в производстве консервных банок. Материал покрытия не будет вступать в реакции с пищевыми продуктами и сохранит их качество в течение продолжительного времени.
Возможности лужения не ограничиваются антикоррозионной защитой. Олово имеет хорошую электропроводность, поэтому незаменимо в покрытии контактов, производстве кабельных изделий. Оттенок красивый, серебристый, присутствует характерный блеск. За счет этого олово применяется в том числе в ювелирном деле и для декора помещений. Первоначальный блеск сохраняется длительное время, изделия долго не будут окисляться и тускнеть.
Для осуществления оловянирования применяют гальванический метод и способ горячего погружения. Электрохимическая процедура может осуществляться в кислых либо щелочных электролитах, позволяет создавать рабочие слои в толщину 6-60мкм. Для создания достаточно толстого покрытия используют метод горячего погружения. Независимо от выбранной технологии, металл нужно будет тщательно очистить, обезжирить, затем обработать кислотой и промыть.
Цинк-ламельный метод относится к новаторским и гарантирует эффективное предотвращение коррозии. На детали наносятся цинковые хлопья (возможно присутствие примесей алюминия), которые в структуре соединяются трехмерными титановыми либо хромированными решетками. Подобный симбиоз позволяет получать надежный защитный слой непроницаемого типа, его средняя толщина достигает от 10 до 15 микрон. Для нанесения применяется метод распыления путем окунания в раствор либо обработки на центрифуге с применением галтовочного колокола.
Этапы проведения работ:
К важным преимуществам метода относят отличные параметры коррозионной стойкости деталей на выходе. Цинк-ламельные покрытия имеют устойчивость в солевых туманах 2 тыс. часов и более, сравнимы по данному параметру только с получаемыми методом горячего цинкования покрытиями. Но для оцинковки ответственных крепежей технология применяется редко в силу незначительной абразивной стойкости.
Плюсы цик-ламельной антикоррозионной защиты:
Но для хороших результатов требуется тщательная подготовка изделий. Сам процесс технологически сложный, предполагает детальную настройку и тщательный контроль.
Фосфатирование метизов направлено на создание защитных покрытий путем создания пленки из нерастворимых фосфатов. Методика задействуется в целях защиты крепежей из стали от процессов коррозии и одновременного повышения адгезии с лаками, красками. Начинается процесс всегда с подготовки поверхностей в соответствии с технологией. Нужно будет удалить загрязнения, жиры, образовавшиеся окислы, в этих целях применяют механические и химические методики. После крепления погружают в специальный раствор.
В ходе реакций фосфатирования активные компоненты раствора взаимодействуют с поверхностями из металла. Формируется тоненькая фосфатная пленка, не растворимая в воде и тесно связанная с металлом. Она имеет пористую структуру, поэтому нормально удерживает смазки с маслами. Процесс фосфатирования эффективный в работе со сталями низколегированного и углеродистого типа, но для высоколегированных нужно будет подобрать другую методику.
Плюсы фосфатирования:
Но есть и минусы – например, невысокая механическая прочность, ограниченные области применения. Поверхности нужно будет тщательно подготавливать.
Латунь представляет собой медно-цинковый сплав, в котором выражены свойства обоих составляющих. Благодаря включениям меди, латунь получает привлекательный золотистый оттенок и высокие параметры электропроводности. Цинк отвечает за стойкость к окислению и ржавчине.
К латунированию прибегают в целях защиты декоративных изделий, их защиты от процессов коррозии и создания дополнительных слоев на случай никелирования, лужения. Качественная адгезия со всеми популярными материалами позволяет применять латунирование для подготовки под нанесение других типов покрытий.
При выполнении гальванической обработки задействуются электролиты – в их состав входят сульфат цинка с купоросом. При погружении заготовок в электролит начинает пропускаться ток, а медные и цинковые ионы самовосстанавливаются на поверхностях, формируя латунное покрытие. Оттенок может варьироваться в желто-коричневой гамме, изменять режимы протекания реакций электролиза и электролитный состав.
Для осуществления меднения используется принцип электролитического осаждения. Крепления погружают в заполненную медным электролитом ванну, потом начинают подавать электроток. Медь из электролита будет оседать на поверхностях и образовывать тонкое покрытие.
Плюсы решения:
Но с течением времени медь склонна к окислению – может потребоваться дополнительная защита.
Крепежи, покрываемые никелевым защитным слоем, имеют привлекательный внешний вид и повышенную защиту от механических повреждений, износа. Но данный тип покрытий обычно создают для декоративных изделий – решение имеет посредственную устойчивость к коррозии электрохимического типа, что ограничивает области его использования.
Никелирование незаменимо в работе с изделиями из стальных и других сплавов. Есть технологии для покрытия керамических, стеклянных, полимерных поверхностей. Основные методы нанесения защитного слоя:
При использовании гальванического в основе рабочих процессов лежат реакции электролиза. Процедура проводится в колокольных ваннах – они заполняются никелем сернокислого типа. Толщина при использовании технологии не превышает 40 мкрн, если задействуется химический метод, ограничений нет.
Никелирование обеспечивает надежную антикоррозионную защиту в результате контакта с атмосферным воздухом, растворами солей и щелочей, слабыми кислотами органического типа. Никель может действовать в роли связующего вещества при хромировании. Если вас интересуют максимальные декоративные параметры не в ущерб термостойкости и минимальное трение, то обработка хромированием станет оптимальным решением. Метод часто применяется для защиты двигателей и другого оборудования, поверхности которого подвержены трению и воздействию значительных температур. Покрывают хромом отдельные части машин, предметы сантехники, хирургический инструментарий. Это придает зеркальный блеск и повышает стойкость к коррозии, истиранию.
Методика предполагает формирование защитного слоя железа за счет гальванического осаждения железных солей при проведении тока через водные растворы. Ее применяют в целях повышения износостойкости, качества сцепления, параметров поверхностной жесткости. Благодаря железнению, можно создавать покрытия в 2-3 мм. Метод широко задействуется в восстановлении параметров изношенных автокомплектующих, востребован и в других сферах.
Железнение выполняет важную роль в повышении сцепления либо адгезии, особенно между цинком и оловом. Это возможно за счет формирования промежуточного железного слоя, выполняющего роль связующего вещества между покрытиями и основными материалами. Во влажных средах полученный путем железнения слой может образовывать ржавчину, несмотря на повышение общей защиты. В таких случаях рекомендовано применять пассиваторы либо создавать дополнительный защитный слой, который предотвратит появление ржавчины, механические дефектов и разрушительные процессы.
Золото имеет 100% устойчивость к ржавчине. Оно не вступает во взаимодействие с большинством химических компонентов – исключение составляет только царская водка (то есть смесь соляной кислоты с азотной). Золочение – идеальное защитное покрытие, технология в силу своей дороговизны применяется в основном в часовом деле и производстве ювелирных украшений. Может он задействоваться в электротехнике, производстве электроники для защиты контактов и прочих компонентов (золото имеет отличные параметры электропроводимости).
Осуществляют золочение разными методами, в том числе гальваническим, химическим осаждением, реже механическим паровым. Осаждать частицы металла можно на разные металлические поверхности. Добавление частичек металла в небольшом количестве способствует улучшению свойств покрытия – например, стойкости к износу либо оттенка.
Слои золота обычно делают совсем тонкие. Хотя металл имеет максимальную устойчивость к коррозии, покрытие легко повредить механическими воздействиями, может оно истираться со временем и утрачивать первоначальные защитные параметры.
Серебро имеет высокую электропроводность, благодаря чему востребовано в производстве сложной электроники, применяется в покрытии проводниковых элементов, контактов, пр. Оптические устройства, зеркала в основном производят с применением метода серебрения.
Металл относится к инертным, поэтому минимально реагирует с химическими компонентами. В плане коррозионной стойкости материал близок к платине с золотом, в стандартных условиях на воздухе окисление происходить не будет. По причине высокой стоимости и неустойчивости к истираниям, в промышленных масштабах серебрение фактически не применяется.
Методы нанесения защитного слоя:
Защитные свойства серебрения хорошие, но сам материал склонен к потускнению или окислению с течением времени – особенно при контакте с веществами вроде сероводорода. Это негативно влияет не только на эстетические параметры, но и на функционал. Если серебро потемнело, проводят повторную обработку для улучшения визуальных параметров.
Защита может выполняться такими способами:
При использовании гальвано-методики металлические заготовки погружают в подготовленный раствор, в составе которого есть ионы хрома. Под влиянием тока элементы будут оседать на рабочих поверхностях. При использовании химической технологии хром наносят на поверхности путем реакции компонентов, электричество в данном случае не задействуется. Методика незаменима в покрытии поверхностей сложных конфигураций, мелких деталей, когда гальваническая методика не применима в принципе.
При хромировании путем вакуум-напыления покрытие наносится небольшим слоем с применением специальной камеры. В ней протекают процессы ионизации хрома: его частички потом осядут на подготовленные основания. Защита хромированием подходит не только для металлических и полимерных изделий. Сначала поверхности покрываются никелевым либо медным составом для создания проводящей структуры, после хромируются с применением гальванического метода.
Речь про химический процесс взаимодействия металла с молекулами кислорода и прочими окислителями с формированием оксидного пленочного слоя. Последняя может иметь толщину несколько мкм и выполняет защитную функцию, предотвращает активную коррозию и реакции окислителей с металлами.
В естественных условиях металлы под воздействием кислорода, который всегда присутствует в воде либо воздухе, окисляются очень медленно. В промышленности есть необходимость ускорить процессы оксидации. Главная цель химического оксидирования – рост стойкости металла к образованию коррозии, улучшение его визуальных характеристик. Оксидная пленка с учетом текущих условий может придавать металлу темно-серый либо черный оттенок – производители используют этот момент для решения декоративных задач.
Среди всех других перечисленных методов антикоррозионной обработки оксидирование является одним из самых популярных в силу простоты реализации и доступной цены. Главный минус – средний уровень надежности, крепеж можно использовать разве что в нормальных условиях без контакта с агрессивными веществами. Для усиления защитных свойств крепления пропитывают маслами, смазывающими и дегидрирующими веществами. Еще один важный момент – применять оксидирование возможно далеко не для всех металлических сплавов. Но если вы ознакомились с исключениями, а технология в целом устраивает, можете смело применять ее.
Суть обработки заключается в подконтрольной активизации процессов, которые происходят с металлами под влиянием факторов среды. Одна из реакций – формирование оксидного слоя в результате контакта с высокими температурами и молекулами кислорода. Чем сильнее и дольше прогревать железо, тем более темной и толстой выйдет оксидная пленка. Реакции термооксидирования протекают в специальных печах, где изделия доводятся до необходимых температур с одновременным контактом с паром воды либо кислородом. Температурные показатели, время для нагрева будут определяться параметрами исходного металлического сплава и желаемыми свойствами готового слоя. Так стальные изделия можно оксидировать при 400-600 градусах. Для низколегированных стальных сплавов нужен другой температурный режим – в диапазоне 300-350 градусов. Процесс еще называют чернением либо воронением, он востребован в решении декоративных задач. После завершения запекания оксидированный слой будет иметь пористую поверхность. В целях дополнительной защиты и улучшения визуальных параметров его можно покрыть маслом либо лаком.
Все плюсы методики:
Для проведения работ в соответствие с технологией нужно обеспечить максимальные температуры, иначе реакции термического оксидирования не пройдут так, как должны. При термическом оксидировании под влиянием высоких температур могут происходить серьезные микроструктурные изменения в металле (а это оказывает влияние на механические параметры).
Если оксидная пленка образуется во время электрохимических реакций, говорят о процессах анодирования. Свое название метод получил благодаря тому, что подлежащий оксидации металл подключается к источнику тока в качестве положительного электрода (то есть анода).
Заготовка погружается в ванну, куда залит предварительно подобранный тип электролита. С учетом желаемых результатов и используемого металла, электролит может применяться разных типов, но обычно используются кислоты (например, фосфорная и серная). По мере прохождения активного тока через электролит запускается оксидация электрохимического типа. Одновременно на поверхности металла образуется стойкая тонкая оксидная пленочка, повышающая привлекательность и предотвращающая коррозию.
Оксидный пленочный слой покрывает поверхность и проникает в структуру пор. Это гарантирует отличные параметры адгезии и повышает стойкость к отслоениям, долговечность готового покрытия. Процессы анодного оксидирования легко контролировать путем изменения текущих рабочих показателей (все параметры настраиваемые). Это позволяет формировать покрытия разной толщины, нужного оттенка. После завершения анодного оксидирования готовая пленка нуждается в дополнительной обработке вроде герметизации – это способствует росту коррозионной стойкости.
К плюсам технологии можно отнести:
Процесс оксидирования достаточно сложный, нарушать последовательность действий нельзя – это негативно повлияет на результат. Учтите, что готовое покрытие выходит пористым – желательно дополнительно выполнять его герметизацию.
Тоже популярный метод обработки, он позволяет создавать оксидные покрытия толщиной в пределах 3 мкм. Во время процедуры применяются специальные химические составы – они и отвечают за формирование оксидных слоев на поверхностях. Ток через рабочие среды пропускать не требуется, достаточно использования соответствующих препаратов.
В целях химической оксидации на металлические поверхности наносят реагенты. Они могут выпускаться в форме расплавов, порошков либо жидкостей. Обычно применяется оксид брома, но возможны и другие варианты. После проведения реагентной обработки все детали погружаются в ванну, где создана кислая либо щелочная среда, там они подвергаются воздействиям согласно технологии в течение выбранного периода времени.
Если решено использовать кислотные компоненты, берут азотную, ортофосфорную либо соляную кислоту. Роль катализатора будет выполнять марганец, калий либо хром. Плюсы метода:
Но может потребоваться грамотная утилизация токсичных химических веществ, что увеличивает цену процедуры. Технологию сложно отнести к дешевым, она требует применения качественных дорогих расходников.
Все перечисленные методы антикоррозионной защиты имеют высокую эффективность, определенные особенности и сферы применения. Выбор должен делать специалист с учетом условий эксплуатации, характеристик изделий, запросов заказчика. При возникновении вопросов или наличии сомнений стоит обращаться за консультацией к специалистам.
Введите свой e-mail и подпишитесь на рассылку.
