4. Защитные покрытия

К защитным покрытиям относятся цинковые, кадмиевые, свинцовые, оловянные покрытия.

Основная область применения цинковых и кадмиевых по­крытий — защита изделий из стали и чугуна от атмосферной коррозии.

Цинковое покрытие является анодным и защищает черные металлы не только механически, но и электрохимически.

Электродные потенциалы кадмия и железа близки друг к другу, поэтому при эксплуатации изделий с кад­миевым покрытием характер защиты (механический или элект­рохимический) в большей степени зависит от характера среды и условий эксплуатации. Кадмирование применяется в тех слу­чаях, когда изделия из черных и цветных металлов подвергают­ся действию атмосферы или жидкой среды, содержащей хлори­ды, а также в тропических условиях эксплуатации, в которых кадмий защищает изделия электрохимически, являясь анод­ным покрытием. В промышленной атмосфере, насыщенной диоксидом серы, цинковые покрытия более коррозионноустойчивы, чем кадмиевые.

Продолжительность защитного действия цинковых и кад­миевых покрытий зависит в основном от характера коррозион­ной среды, температуры, толщины покрытий. Начало корро­зии цинка и кадмия может быть сильно замедлено пассивацией покрытых изделий в хроматных или фосфатных растворах.

Цинковые покрытия применяются для защиты от коррозии деталей машин, крепежа, трубопроводов, стальных листов, про­волоки и занимают доминирующее положение. С помощью цинка защищают от коррозии примерно 20 % всех стальных де­талей, около 50 % производимого в мире цинка расходуется на гальванические покрытия.

Толщина цинкового покрытия выбирается в зависимости от условий эксплуатации изделий и устанавливается ГОСТ 9.303-84. Для легких условий эксплуатации минималь­ная толщина цинка составляет 6 мкм, для средних, жестких и особо жестких условий с обязательным хроматированием она равна соответственно 15, 24 и 36 мкм. По опыту ряда предпри­ятий толщина цинковых покрытий, полученных из электроли­тов с блескообразующими добавками, может быть снижена на 30-60 %.

С целью повышения коррозионной стойкости цинковых покрытий получают легированные покрытия. В качестве леги­рующих компонентов цинковых электролитических сплавов используют олово, никель, кобальт, железо, молибден, хром.

Покрытия Zn — Sn (до 0,5 % Sn) имеют лучшую паяемость и коррозионную стойкость по сравнению с цинковыми. Их при­меняют в радиотехнической и электронной промышленности.

Легирование цинковых покрытий никелем обеспечивает лучшую защиту от коррозии по сравнению с чистым цинковым покрытием. Например, покрытие сплавом Zn — 14 % Ni, полу­ченное из щелочного электролита, при толщине 8 мкм без пас­сивации выдерживает до 760 ч в камере соляного тумана до по­явления красной коррозии стали (испытания ISO 9227), в то время как цинковое покрытие (щелочной электролит, 8 мкм, без пассивации) — 180 ч. Повышенная коррозионная стой­кость и особенно микротвердость, превосходящая показатели цинка примерно вдвое, позволяют использовать сплавы Zn — (20—25 %) Ni как защитные, а также для восстановления изно­шенных поверхностей и упрочнения деталей машин из чугуна и алюминиевых сплавов.

Для автомобильной промышленности разработано покры­тие сплавом Zn — (12—16 %) Ni из кислого электролита, которое устойчиво при повышенных температурах до 300 °С и может быть использовано в зоне отсека двигателя, а также при монта­же с алюминиевыми деталями. Благодаря высокой изно­состойкости и коррозионной стойкости такое покрытие может применяться для защиты низа кузова автомобилей, чугунных тормозных скоб и суппортов.

Покрытия Zn — Сo отличаются высокими декоративными свойствами. При содержании в сплаве 5—14 % Со осадки полу­чаются блестящими. Твердость покрытий сплавом цинка с 10— 14 % Со составляет 3,3—3,4 ГПа и превосходит твердость по­крытий не только чистого цинка, но и кобальтовых покрытий, что позволяет использовать электролитические сплавы Zn — Со для упрочнения поверхности.

Сплавы Zn - Fe (18-65 % Fe) применяют для защиты сталь­ных изделий, эксплуатируемых при повышенной температуре и в среде, загрязненной хлором. Цвет осадков Zn — Fe изменя­ется в зависимости от содержания железа от молочного до тем­ного. Микротвердость таких покрытий в 2—3 раза превосходит осадки цинка. В соляном тумане они обладают повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с железными и цин­ковыми покрытиями. Прочность сцепления сплавов с углеро­дистыми и низколегированными сталями и чугунами хорошая и составляет 110—150 МПа.

Покрытие сплавом цинк-железо с черной хроматной плен­кой отличается высокой коррозионной стойкостью и может применяться в камерах автомобильного двигателя, где темпера­тура достигает 100 °С.

Беспористые цинковые покрытия можно получать, исполь­зуя нестационарные режимы электролиза, что повысит корро­зионную стойкость самого покрытия (не будет условий для контактной коррозии со стальной основой после нарушения целостности верхнего пассивного слоя).

Все большее распространение получают цинковые компози­ционные электрохимические покрытия (КЭП). Из сульфатного электролита осаждают КЭП с включениями корунда до 0,4— 0,5 мас. %. Из цинкатного электролита с порошком карбониль­ного никеля получают КЭП с содержанием никеля 6-12 мас. %. На основе цинка можно получить покрытия с частицами поли­меров — капрона и полиамида, содержание которых в КЭП составляет 0,9—3,1 мас. %. Эти покрытия в 1,5 раза более стойки к воздействию кислот, чем чистые цинковые покрытия.

Основное назначение кадмиевых покрытий — защита от кор­розии деталей из высокопрочных и пружинных сталей, эксплуа­тирующихся при температуре до 200 °С в условиях воздействия морской воды. Кадмирование проводят в кислых сульфатных, цианистых и аммиакатных электролитах. Так как кадмий и его соединения токсичны и дефицитны, применение данного по­крытия максимально ограничивают. Для замены кадмиевых по­крытий разработаны покрытия сплавами цинк—кобальт и цинк — никель, которые обеспечивают надежную защиту от коррозии благодаря последующему хроматированию (цинк-никель) и защищают сталь электрохимически (цинк-кобальт). Сплав цинк — кобальт улучшает коррозионную стойкость двигателя при высоких температурах, повышает прочность сцепления с ре­зиной. Такой сплав можно получить из слабокислых электроли­тов с использованием импульсного режима электролиза.

Покрытие сплавом цинк-кобальт (20 %), осаждаемое из аммонийхлоридного электролита с добавками «Лимеда-НЦ» и столярного клея, по коррозионной стойкости оценивается в 10 баллов (ГОСТ 27597-88).

Свинцовые покрытия, наносимые на изделия из черных сплавов при условии их беспористости, применяют для защиты от коррозии в загрязненной промышленной атмосфере, в рас­творах серной кислоты, в сернистых соединениях. Толщина свинцовых покрытий может достигать 300 мкм и более.

Для повышения прочности сцепления покрытия толщиной более 100 мкм предварительно рекомендуют проводить пескос­труйную или гидроабразивную обработку металла основы.

Для повышения стойкости свинцовых покрытий в минераль­ных маслах их легируют оловом, индием, а также медью и сурь­мой. Антифрикционные сплавы свинца с оловом обычно содер­жат 5—17 % олова. С повышением содержания олова в сплаве его стойкость в маслах увеличивается, но снижается верхний темпе­ратурный предел использования покрытия, так как снижается температура плавления сплава. Введение в свинцово-оловянные покрытия третьего компонента — меди или сурьмы в количестве 2—3 % — значительно увеличивает износостойкость покрытий и их стойкость в минеральных маслах. Для применения антифрик­ционных покрытий на основе свинца при повышенных темпера­турах используют его сплавы с марганцем.

Сплавы Pb — In используются вместо свинцовых покрытий пар трения, работающих в минеральных маслах. Эти сплавы ха­рактеризуются хорошей прирабатываемостью, высокой корро­зионной стойкостью в маслах, повышенной работоспособно­стью при высоких давлениях и скоростях в подшипниках скольжения.

Оловянные покрытия используют для защиты от коррозии изделий пищевой промышленности и обеспечения пайки. Оло­вянные покрытия являются катодными по отношению к стали и анодными по отношению к медным сплавам. Для повышения твердости и износоустойчивости олово легируют никелем, ко­бальтом и висмутом.

Электролитические сплавы олово - никель, содержащие интерметаллид NiSn (~ 35 % Ni), обладают высокой коррозионной стойкостью, повышенной твердостью и износостойкостью, со­противлением к потускнению, красивым внешним видом. По­крытия этими сплавами являются заменителями декоративного хромирования в производстве металлической фурнитуры, свето­водов телевизионной кабельной связи, холодильного оборудова­ния, оптической аппаратуры. Они обладают антифрикционны­ми свойствами и способностью удерживать масляную пленку на своей поверхности, благодаря чему нашли применение в автома­тических размыкающих системах, переключающих передачах, трущихся частях музыкальных инструментов.