Способы покрытия металлических изделий

Защитные покрытия металлов: как и для чего они создаются?

Смотрите также

В противокоррозионной практике для изоляции металла от воздействия агрессивных сред используются специальные защитные покрытия. Все они подразделяются на металлические и неметаллические.

Металлические – анодные и катодные – покрытия наносятся на поверхности методами газотермического напыления, окунания, гальванизации, плакирования или диффузии.

К неметаллическим защитным покрытиям относятся лакокрасочные составы, полимерные пленки, силикатные эмали, резины, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и др.

Рассмотрим все виды покрытий подробнее.

Металлические защитные покрытия

В качестве анодных металлических покрытий выступают металлы, электрохимический потенциал которых меньше, чем у обрабатываемых материалов. У катодных он, наоборот, выше.

Анодные покрытия обеспечивают электрохимическую защиту металлических поверхностей и выполняют свои функции даже при нарушении целостности слоя.

Катодные покрытия препятствуют проникновению агрессивных сред к основному металлу благодаря образованию механического барьера. Они лучше защищают поверхности от негативных воздействий, но только в случае неповрежденности.

В зависимости от способа нанесения металлические покрытия подразделяются на следующие виды.

Гальванические покрытия

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного покрытия для защиты поверхностей от коррозии и окисления, улучшения их прочности и износостойкости, придания эстетичного внешнего вида.

Гальванические покрытия применяются в авиа- и машиностроении, радиотехнике, электронике, строительстве.

В зависимости от назначения конкретных деталей на них наносятся защитные, защитно-декоративные и специальные гальванические покрытия.

Защитные служат для изоляции металлических деталей от воздействия агрессивных сред и предотвращения механических повреждений. Защитно-декоративные предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и их защиты от разрушительных внешних воздействий.

Специальные гальванические покрытия улучшают характеристики обрабатываемых поверхностей, повышают их прочность, износостойкость, электроизоляционные свойства и т.д.

Разновидностями гальванических покрытий являются меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение, серебрение и пр.

Газотермическое напыление

Представляет собой перенос расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность газового или плазменным потоком. Покрытия, образованные таким методом, отличаются термо- и износостойкостью, хорошими антикоррозионными, антифрикционными и противозадирными свойствами, электроизоляционной или электропроводной способностью. В качестве напыляемого материала выступают проволоки, шнуры, порошки из металлов, керамики и металлокерамики.

Выделяют следующие методы газотермическогого напыления:

• Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод, применяемый для защиты крупных площадей поверхности от коррозии и восстановления геометрии деталей
• Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
• Детонационное напыление: применяется для нанесения защитных покрытий, восстановления небольших поврежденных участков поверхности
• Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
• Электродуговая металлизация: для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
• Напыление с оплавлением: применяется тогда, когда риск деформации деталей отсутствует или он оправдан

Погружение в расплав

При использовании этого метода обрабатываемые детали окунаются в расплавленный металл (олово, цинк, алюминий, свинец). Перед погружением поверхности обрабатываются смесью хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Это позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить оксидные и солевые пленки.

Данный метод нельзя назвать экономичным, так как наносимый металл расходуется в больших количествах. При этом толщина покрытия неравномерна, а наносить расплав в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу, не представляется возможным.

Термодиффузионное покрытие

Данное покрытие, материалом для которого выступает цинк, обеспечивает высокую электрохимическую защиту стали и черных металлов. Оно обладает высокой адгезией, стойкостью к коррозии, механическим нагрузкам и деформации.

Слой термодиффузионного покрытия имеет одинаковую толщину даже на деталях сложных форм и не отслаивается в процессе эксплуатации.

Плакирование

Метод представляет собой нанесение металла термомеханическим способом: путем пластичной деформации и сильного сжатия. Чаще всего таким образом создаются защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, алюминия, меди и их сплавов.

Плакирование осуществляется в процессе горячей прокатки, прессования, экструзии, штамповки или сваривания взрывом.

Виды и особенности неметаллических покрытий

Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные защитные покрытия

В состав таких покрытий входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители и катализаторы. Варьирование состава позволяет получать материалы со специфическими свойствами (токопроводящие, декоративные, особопрочные, жаростойкие и т.п.). Они не только защищают изделия в различных условиях, но и придают им эстетичный внешний вид.

В группу лакокрасочных покрытий входят лаки, краски, грунтовки, олифы, шпаклевки.

Силикатные эмали

Применяются для изделий, работающих при высоких температурах в химически агрессивных средах.

Эмалевое защитное покрытие формируется с помощью порошка или пасты. Процесс проходит в несколько этапов. Сначала на изделие наносится грунтовая эмаль – она улучшает адгезию, уменьшает термические и механические напряжения.

Затем, после спекания первого слоя при температуре +880… + 920 °С, накладывается покровная эмаль, после чего изделие снова подвергается нагреванию до +840… +860 °С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно несколько раз. Изделия из чугуна, к примеру, обрабатывают в 2-3 подхода.

Застывшая эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие. Его основным недостатком является сравнительно низкая прочность – под воздействием ударных нагрузок эмаль может растрескиваться или скалываться.

Полимерные защитные покрытия

В число наиболее распространенных полимеров, применяющихся для защиты металлов от коррозии, входят полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерное покрытие осуществляется методами окунания, газотермического или вихревого напыления, обычной кистью. Остывая, оно образует на поверхности сплошную защитную пленку толщиной несколько миллиметров.

Разновидностью полимерных являются антифрикционные твердосмазочные покрытия. Внешне эти материалы похожи на краски, однако вместо пигментов они содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

Основу покрытий могут составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и прочие твердые смазки. В качестве связующих применяются акриловые, фенольные, полиамид-имидные, эпоксидные смолы, титанат, полиуретан и некоторые другие специальные компоненты.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия, а также специальные растворители и очистители для предварительной подготовки поверхностей разрабатывает российская компания «Моденжи».

Материалы MODENGY применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющих, зубчатых передачах, подшипниках и т.д.), на деталях двигателей внутреннего сгорания (юбках поршней, вкладышах валов, дроссельной заслонке), в резьбовом крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических элементах автомобилей (замках, петлях, пружинах, скобах, механизмах регулировки и т.д.), а также в других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Покрытия MODENGY наносятся однократно на весь срок службы деталей. С их помощью создаются узлы трения, не требующие дальнейшего обслуживания и применения традиционных смазочных материалов.

Антифрикционные покрытия MODENGY отличаются:

• Высокой несущей способностью
• Работоспособностью в запыленной среде
• Низким коэффициентом трения
• Широким диапазоном рабочих температур
• Высокой износостойкостью
• Противозадирными и антикоррозионными свойствами
• Стойкостью к воздействию кислот, щелочей, растворителей и других химикатов
• Работоспособность в условиях радиации и вакуума

Покрытия ложатся тонким слоем, поэтому практически не меняют исходные размеры деталей, зато обеспечивают им необходимый комплекс триботехнических и защитных свойств.

Применение материалов MODENGY позволяет эффективно управлять трением, повышать ресурс и энергоэффективность оборудования.

Оксидные защитные пленки

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металлов, которая возникает благодаря их взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. В результате этого процесса на металлических поверхностях образуется защитная пленка, которая увеличивает их твердость, снижает риск образования задиров, улучшает приработку деталей и повышает срок их службы.

Оксидирование используется для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоев. Различают химические, анодные (электрохимические), термические, плазменные и лазерные методы этой обработки.

Резиновые защитные покрытия

Гуммирование, или создание защитных покрытий из резины или эбонита, помогает защитить трубопроводы, химические аппараты, резервуары для перевозки и хранения химических веществ от воздействия агрессивных сред.

Защитное покрытие может быть сформировано из мягкой или твердой резины. Консистенция контролируется добавками серы: мягкая содержит от 2 до 4 % этого вещества, твердая – от 30 до 50 %.

Покрытие наносится на предварительно очищенные и обезжиренные поверхности. Скопившийся после обработки воздух выдавливается валиком. В качестве заключительного этапа гуммирования проводится вулканизация изделий.

Резиновые покрытия являются хорошими диэлектриками, обладают стойкостью ко многим кислотам и щелочам (но не к сильным окислителям). Из существенных недостатков резиновых покрытий можно выделить их старение со временем.

Смазки и пасты

При длительном хранении и перевозке металлоизделий в качестве защитных покрытий могут использоваться специальные смазки и пасты – они препятствуют попаданию на поверхности влаги, пыли и различных газообразных веществ, наносятся кистью или методом распыления.

Консервационные материалы изготавливаются на основе минеральных масел (вазелинового, машинного) и воскообразных веществ (воска, парафина, мыла). Очень популярны смазки, в состав которых входит 5 % парафина и 95 % петролатума (смеси парафинов, масел и минеральных восков – церезинов).

Главный недостаток паст и смазок, применяющихся в качестве защитных покрытий, состоит в том, что целостность образовавшейся пленки легко нарушить. Именно поэтому лучшей альтернативой пластичных составов являются антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Присоединяйтесь

© 2004 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Источник

Защитные и декоративные покрытия сталей и сплавов, способы их нанесения, применяемость

Для увеличения срока службы крепежных изделий и придания им товарного вида используются защитные и защитно-декоративные покрытия. В ЦКИ в основном используются следующие виды покрытий:

• цинкование;
• фосфатирование;
• оксидирование;
• латунирование;
• никелерование;
• порошковая окраска;
• нитрид-титанирование (TiN).

Цинковые покрытия

Наиболее распространенное из них – цинковое. Оно значительно увеличивает срок службы изделия, технологично и недорого.

В ассортименте ЦКИ имеются изделия, оцинкованные по различным технологиям:

Защитное действие цинкового покрытия построено на том, что при наличии контакта с агрессивной средой (например, влажной атмосферой) процессы коррозии предпочтительно развиваются на цинке. Тем самым коррозия основного материала – железа (стали) временно подавляется. Однако защита подобного рода не слишком долговечна – она действует до полного окисления слоя цинка на поверхности стали. В машиностроении толщины цинковых покрытий обычно составляют 7-15 мкм, в строительной индустрии — 50-100 мкм.

Внешне процесс коррозии стали с гальваническим цинковым покрытием в камере соляного тумана (стандартная испытательная среда) выглядит так. Через несколько часов после начала испытаний на изделии появляется белый, сперва компактный, а позднее – рыхлый налет – оксид цинка. Затем через его поры начинается коррозия основного металла. Она проявляется в виде красно-коричневых точек и пятен – ржавчины, в тех местах, где цинковое покрытие уже стало проницаемым.

Технология электролитического цинкования основана на процессе электролиза. Схема установки для электролиза очень проста.

В ванне с электролитом помещаются стальное изделие (ложка), которое необходимо покрыть, и пластины чистого цинка. К ним через специальные зажимы подводится постоянный ток. При этом «-» подается на изделие (катод), а «+» — на цинковые пластины (аноды). Электролитом служат растворы различных кислот, щелочей и солей. В процессе электролиза цинковый анод растворяется, его ионы переносятся катоду – изделию, где восстанавливаются до металла и осаждаются на поверхности покрываемого изделия. Следует иметь в виду, что одновременно с осаждением цинка на той же поверхности образуется газообразный водород. Он проникает в металл, формирует газовые пустоты, которые перестраивают кристаллическую решетку, снижая тем самым механические характеристики металла. Именно поэтому цинкование не рекомендуется применять для изделий из материала с классом прочности выше 8.8.

Для повышения коррозионной стойкости и придания изделиям улучшенного декоративного вида применяют пассивирование. Оно заключается в том, что непосредственно после нанесения и промывки цинковое покрытие погружают на 5-10 минут в раствор бихромата натрия и серной кислоты. Цинковое покрытие при этом приобретает зеленовато-желтую окраску с радужными оттенками. Поэтому при неформальном общении его часто называют «желтым цинком». Если необходимо получить блестящее покрытие, применяют другой раствор, содержащий хромовый ангидрид, серную и азотную кислоты. Он не только пассивирует, но и осветляет поверхность изделия. Защитный эффект, вызываемый пассивированием, основан на заполнении пор цинкового покрытия соединениями хрома VI. Довольно часто употребляется термин «голубое» хроматирование. В этом случае речь идет о покрытиях, полученных при пассивировании составом, содержащим хром III.

На сегодняшний день электролитическое цинкование является самым распространённым способом защиты крепежных изделий от коррозии. Это обусловлено высокой производительностью гальванических агрегатов, низкой себестоимостью процесса и достаточно высокой защитной способностью.

Другой массовой технологией нанесения цинка является горячее цинкование. В этом случае стальные изделия погружают в расплавленный цинк при температуре от 445 до 460°C. Образование покрытия при этом происходит гораздо быстрее, чем при электролитическом способе: скорость горячего цинкования может достигать 80 мкм/мин. Это чрезвычайно удобно при нанесении покрытий на крупногабаритные детали.

Если обработке подвергаются мелкие детали, избыток цинка удаляют с помощью центрифуги, а детали сложной формы вообще к обработке в расплаве не допускаются.

Структура горячего покрытия состоят из двух слоев. Внутренний представляет собой сплав железо-цинк переменного состава (интерметаллид), а наружный – собственно металлическое цинковое покрытие. Существуют технологические приемы, позволяющие изменять толщину и структуру этих слоев. А высокая скорость формирования покрытия проявляется в крупном зерне внешнего цинкового слоя.

Узнать подробнее о технологии и свойствах горячего цинкования вы можете в технической статье. Кроме того, вы можете сравнить результаты испытаний горячеоцинкованного крепежа и метизов с гальваническим покрытием в статье ЦКИ «Горячеоцинкованный крепеж».

Термодиффузное цинкование (шерардизация) – насыщение верхнего слоя металлического изделия цинком (термодиффузный слой). Достаточно сложная и дорогая технология нанесения защиты. Производится в разогретых вращающихся центрифугах с цинковой пылью. Температура в контейнере достигает 290–450 °C. Шерардизация позволяет получить толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 мкм, причём покрытие образуется ровное и беспористое, с высокой адгезией к подложке. Защитная способность такого покрытия в 3–5 раз выше, чем у гальванического, и сравнима с горячецинковым. Этот способ используется для защиты металлопродукции специального назначения, например, для деталей железнодорожного транспорта. К минусам стоит отнести небольшую производительность, лимитируемую объёмами камер для цинкования, ограничение размера деталей размером контейнера и отсутствие декоративных свойств у диффузионного покрытия (серые тона, отсутствие блеска).

Цинк-ламельное покрытие содержит до 80% цинковых чешуек (ламелей), 10% алюминиевых и связующую основу (акриловые, уретановые, эпоксидные и кремнийорганические смолы). Микроскопические чешуйки расположены параллельно, поэтому перекрывают друг друга, не оставляя «пробелов» на металлической поверхности, куда мог бы попасть кислород. Кроме того, скорость окисления алюминия ниже, чем цинка, поэтому цинк-алюминиевое покрытие в 3 раза устойчивее к коррозии, чем стандартное горячеоцинкованное покрытие.

Цинк-ламельное покрытие можно наносить не только на чёрный металл, но и на оцинкованную сталь, никель, алюминий, медь, нержавеющую сталь и другие металлы. При необходимости на базовое покрытие наносятся дополнительные слои, которые повышают коррозионную и химическую устойчивость, придают нужный цвет и увеличивают износостойкость. Как правило крепежные изделия покрываются цинк-ламелью методом погружения в раствор, остатки которого удаляются в центрифуге.

Среди всех видов покрытия цинк-ламельное заметно превосходит аналогичные, выигрывая по физическим и эстетическим параметрам. Несмотря на то, что детали покрываются тонким слоем состава и полностью сохраняют свою форму, они на 100% защищены от коррозии, а металл – от проникновения водорода и охрупчивания. Такое покрытие выдерживает максимальный класс нагрузки – С5. Его просто наносить на детали сложной формы, а требования к толщине материала базы минимальны. Несмотря на очевидные преимущества цинк-ламельного покрытия, в России его пока используют предприятия, которые можно сосчитать по пальцам одной руки.

Существуют также многочисленные варианты покрытий на цинковой основе.
На саморезах SPAX после нанесения гальванического цинкового покрытия производится заполнение его пор суспензией фторопласта. Это повышает коррозионную стойкость системы, а также, что не менее важно, ее антифрикционные свойства.

На практике цинковое покрытие наносится на крепежные детали в подавляющем большинстве случаев. Однако, когда это по каким-либо причинам невозможно (например, из-за наводороживания высокопрочных сталей) или когда к покрытию предъявляются какие-либо специальные требования, используются фосфатное и оксидное покрытия.

Фосфатное покрытие

Фосфатное покрытие – результат фосфатирования. Так называют процесс химической обработки стали (как, впрочем, и других металлов и сплавов), в растворах фосфорнокислых солей щелочных металлов или аммония. В результате фосфатирования на поверхности изделия возникает слой из труднорастворимых солей – фосфатов железа. Покрытие имеет цвет от темно-серого до черного и шероховатую поверхность. Обычная толщина защитного слоя составляет 2-5 мкм. Он устойчив против воздействия керосина, смазочных масел, кислорода воздуха, выдерживает кратковременный нагрев до 500 0 С и охлаждение до — 75 0 С, но разрушается под действием кислот и щелочей. Часто используется как грунт – покрытие под окраску.

В нашем ассортименте фосфатные покрытия можно встретить:

Оксидное покрытие

Оксидное покрытие – результат оксидирования. Так называется процесс получения на поверхности изделия искусственно образованной пленки, состоящей преимущественно из оксидов покрываемого материала. В случае оксидировании сталей и чугунов на их поверхности образуется темная пленка, состоящая условно из оксида железа Fe3O4 толщиной всего несколько мкм. Среди прочих других, наиболее распространен способ химического оксидирования. При его реализации покрываемое изделие погружают в кипящий раствор, чаще всего состоящий из щелочи и окислителей — нитратов и нитритов. Получающаяся пленка плотно сцеплена с металлом основы, имеет черный цвет. Для повышения коррозионной стойкости пленку промасливают, благодаря чему ее поры заполняются и становятся непроницаемыми для внешней агрессивной среды. Одним из широко распространенных вариантов оксидирования является воронение. Название происходит от цвета покрытия. Оно черное с синим отливом, как крыло у ворона.

В нашем ассортименте оксидные покрытия можно встретить:

• на винтах установочных, где недопустимо использование мягкого покрытия;

Латунирование и никелерование

Латунирование придает покрываемым изделиям декоративные свойства. Чаще всего используется при монтаже сантехники. Основными составляющими латуни являются медь и цинк в разных сочетаниях, но в принципе преобладает медь. Типичная латунь имеет золотистый цвет. Общепринятый состав электролитически осаждаемой латуни содержит около 60-70% меди и 30-40% цинка.

Латунированные детали представлены в ассортименте ЦКИ мебельными винтами и шурупами, а также мебельными декоративными гайками.

Никелерование используется для придания крепежу большей стойкости в соляном тумане. Толщина наносимого покрытия обычно составляет от 1 до 50 мкм. Никелированию подвергаются детали, изготовленные из стали и сплавов на основе меди, алюминия, железа, а также гальваническое никелирование может наноситься на изделия из титана, молибдена, вольфрама. При никелировании стальных деталей на них обычно наносится подслой меди.

В ЦКИ никелем покрываются заклепки. С подробностями вы можете ознакомиться в разделе «Заклепки».

Лакокрасочные покрытия

Порошковая покраска придает изделиям декоративный вид и стойкость к коррозии. Покраска саморезов, заклепок и другого крепежа увеличивает срок его эксплуатации. Также плюсом является отсутствие «заливания» сложных шлицов на саморезах и винтах, таких как внутренний шестигранник и Torx, а также высокая адгезия к подложке.

Нитрид-титанирование (TiN)

Нитрид титана применяется для покрытия режущего инструмента и битах для увеличения ресурса.

В ассортименте ЦКИ вы можете найти следующие изделия с титан-нитридовым покрытием:

Источник