Термодиффузионная металлизация

Термодиффузионная металлизация - процесс насыщения поверхности изделий при высокой температуре устойчивыми к агрессивной среде элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором. Её проводят при совместном нагревании изделия и элемента покрытия, который может использоваться как в виде порошка с добавкой хлоридов, так и в виде паров его летучих соединений. При таком совместном нагревании выделяющийся элемент в атомном состоянии диффундирует в поверхностный слой изделия, что обеспечивает хорошее сцепление с защищаемым металлом. Образовавшийся поверхностный слой приобретает устойчивость к газовой коррозии, повышенную твёрдость и износостойкость.

Алитирование — процесс введения алюминия в поверхностный слой изделий из стали, чугуна, меди. Наиболее часто алитирование проводят в твердой среде нагреванием изделий с порошкообразной смесью, состоящей из алюминия (или ферроалюминия) - 45 %, оксида алюминия - 53 % и хлорида аммония - 2 %.

Термохромирование - процесс насыщения хромом поверхностных слоев изделий из стали или чугуна. Он осуществляется при 1000 - 1150 °С в течение 20 - 25 ч в жидкой, газообразной и твёрдой (порошки) средах.

Неметаллические покрытия

Из всех покрытий, применяемых для защиты изделий от коррозии, наиболее распространены неметаллические. К ним относятся эмали, лаки и краски, покрытия резиной, полимерами, смазкой и др. Особенно широко применяют лакокрасочные покрытия, ассортимент которых превышает 1000 наименований.

Лакокрасочные защитные покрытия

Компонентами лакокрасочных материалов служат плёнкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы). Пленкообразующие вещества - это вещества, способные образовывать тонкие прочные плёнки. К ним относятся растительные масла, природные и синтетические высокомолекулярные соединения, эфиры целлюлозы, животные клеи, жидкое стекло, декстрин, казеин. Растворителями плёнкообразующих веществ служат спирты (этанол, бутанол), ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др. Пластификаторы придают покрытиям требуемую эластичность. К ним относятся касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, хлорированный нафталин и др. Количество пластификаторов, вводимых в лакокрасочный материал, составляет 20-75 % от массы плёнкообразующего вещества. Красители и пигменты вводят для придания определённого цвета покрытию.

Требования по антикоррозионным свойствам

Для успешной противокоррозионной защиты хорошее лакокрасочное покрытие (ЛКП) должно отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечивать надежное экранирование изделий. Все современные краски в той или иной степени проницаемы для воды и кислорода. Некоторые связующие менее проницаемы, чем другие, но их способность создавать лучший диффузионный барьер проявляется только при нанесении обладающих хорошим сцеплением многослойных покрытий, которые эффективно закрывают поры и другие дефекты. Диффузия через слой покрытия обычно затрудняется при введении в него пигментов. Особенно эффективны в этом отношении пигменты, имеющие форму чешуек (например, слюдяной или чешуйчатый гематит, алюминиевый порошок); ориентированных параллельно поверхности металла (например, при окрашивании кистью). С другой стороны, диффузия имеет тенденцию к ускорению под действием электроосмотических факторов, независимо от того, является ли покрытый металл катодом в гальванической паре или сам катодно защищен.

2. Ингибировать протекание коррозии. Пигменты, содержащиеся в слое грунтовки (слое, непосредственно прилегающем к поверхности металла), должны быть эффективными ингибиторами коррозии. Достигая поверхности металла, вода растворяет определенное количество пигмента и становится менее корроаион-ноактивной. Пигменты, обладающие свойствами ингибиторов коррозии, должны быть достаточно растворимы, чтобы создать ту минимальную концентрацию ингибирующих ионов, которая необходима для уменьшения скорости коррозии. Однако растворимость не должна быть настолько велика, чтобы приводить к быстрому вымыванию их из покрытия.

Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, лишь несколько действительно отвечают предъявляемым к ним требованиям. К эффективным пигментам, чье действие подтверждено многими специальными испытаниями, относятся свинцовый сурик Рb₃O₄, а также хромат цинка ZnCrO₄ и основной хромат или тетраоксихромат цинка.

3. Обеспечивать большой срок службы при низкой стоимости. Стоимость ЛКМ должна определяться его эксплуатационными характеристиками. Экономически оправдано повышение стоимости краски вдвое, если она при этом обеспечивает увеличение срока службы на 35 % или с 5 лет по крайней мере до 7 лет (соотношение затрат на труд и ЛКМ 2:1).

Скорость разрушения ЛКП зависит от свойств атмосферы, в которой оно находится, т.е. от количества атмосферных загрязнений, осадков и продолжительности воздействия солнечных лучей. Некоторую роль играет цвет наружного слоя покрытия, определяющий способность отражать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, а также тип связующего. При прочих равных условиях эффективность высококачественных ЛКП, применяемых для противокоррозионной защиты, определяется их суммарной толщиной. Покрытие определенной толщины предпочтительнее наносить в несколько слоев, чем в один, потому что краска, наносимая в несколько слоев, лучше закрывает поры и, кроме того, в тонких пленках легче происходят испарение растворителя и пространственные превращения при полимеризации.

Лакокрасочные материалы, используемые для защиты от коррозии

Краски на основе растительных масел. Масляные краски, изготовленные на натуральной или полунатуральной (оксоль) олифе, обладают хорошей атмосферостойкостью. Их можно использовать для окраски наружных поверхностей оборудования и конструкций, установленных на открытых площадках или в помещениях, но не подвергающихся воздействию сильноагрессивных сред.

Покрытия из масляных красок отличаются низкой химической стойкостью, высоким набуханием и малой механической прочностью.

Процесс высыхания масляного покрытия при комнатной температуре весьма длителен — не менее 24 ч. Масляные краски наносят на поверхность вручную волосяными кистями, накатками или методом разбрызгивания.

Битумные и каменноугольные краски и лаки. Для изготовления лакокрасочных материалов этой группы используют битумы нефтяные и каменноугольные в сочетании с растительными маслами и смолами.

Покрытия из этих лакокрасочных материалов обладают хорошей водостойкостью и химической стойкостью в слабоагрессивных средах.

Битумные композиции наносят на поверхность вручную или методом разбрызгивания с использованием специальной установки.

Лаки и эмали на основе перхлорвиниловой смолы. Перхлорвиниловые лаки и эмали представляют собой смеси перхлорвиниловой смолы с летучими растворителями с добавлением других смол, пластификаторов и пигментов.

Покрытия из перхлорвиниловых лаков и эмалей обладают достаточной химической стойкостью и высокими атмосферостойкостью и защитными характеристиками. Их применяют как наружное защитное покрытие оборудования и строительных конструкций в химических цехах с атмосферой, загрязненной парами минеральных кислот и хлора. Эти покрытия стойки и при кратковременном воздействии на них растворов минеральных кислот низких концентраций (до 10 %).

Перхлорвиниловые лаки и эмали наносят на поверхность краскораспылителем. Передвигать краскораспылитель следует равномерно со скоростью 14—18 м/мин. Рабочая вязкость эмалей и лаков при 20 °С должна составлять 19—23 с по вискозиметру ВЗ-4.

Лаки на основе фенолоформальдегидной смолы. Покрытия из лаков, получаемых на основе фенолоформальдегидной смолы, обладают хорошей химической стойкостью в растворах минеральных кислот, солей и в ряде органических растворителей (этиловый и метиловый спирты, толуол, бензол); они нестойки в щелочах и окислительных средах.

К недостаткам этих лакокрасочных материалов следует отнести сравнительно сложную термическую обработку, которой необходимо подвергать покрытие (горячее отверждение).

Из этой группы лакокрасочных материалов наиболее распространен бакелитовый лак.

Бакелитовый лак — это раствор резольных смол в этиловом спирте с добавкой пластификатора.

В эпоксидные лакокрасочные материалы перед их применением вводят отвердитель (3,5-5 %) — гексаметилендиамин или по-лиэтиленполиамин.

Покрытия сушат при 80—150 0С или в естественных условиях. Покрытия, высушенные в естественных условиях, отличаются меньшей химической стойкостью.

Обычно на поверхность наносят четырехслойное покрытие: два слоя без наполнителя и два слоя с наполнителем. Каждый слой сушат при комнатной температуре «до отлипа», а затем подвергают термообработке при 80 0С.

Нагревание до 80 °С производят постепенно в течение 3−4 ч. При 80 ⁰С покрытие выдерживают не менее 2 ч.

Лаки и эмали на основе фуриловых смол. Покрытия на основе фуриловых смол обладают хорошей теплостойкостью, стойкостью в растворах минеральных и органических кислот и щелочей, а также в некоторых растворителях и ароматических углеводородах.

Лак с наполнителем наносят кистью.

Лаки и эмали на основе кремнийорганических смол. В качестве пленкообразующего вещества в производстве кремнийорганических лакокрасочных материалов применяют разветвленные полиорганосилоксаны, отличающиеся высокой термостойкостью в течение длительного времени (от 200 до 700 °С). В основном применяют соединения, содержащие и метильные, и фенильные группы, — полиметилфенилсилоксаны, которые хорошо растворяются в толуоле и ксилоле, в их смесях с простыми и сложными эфирами, кетонами, спиртами и хлорированными углеводородами. Полиметилфенилсилоксаны наряду с высокой термостойкостью обладают морозостойкостью до минус 45-60 °С, гидрофобно-стью, негорючестью. Покрытия на их основе стойки к действию различных химических реагентов (2—10%-х растворов неорганических кислот, разбавленных растворов щелочей, солей, аммиака фенола и др.), обладают хорошей атмосферо- и влагостойкостью! В состав кремнийорганических лаков вводят модификаторы, ус корители высыхания и растворители.