Пористость покрытий

Хотя скорость общей коррозии и служит полезной сравнительной характеристикой, но именно локальная коррозия вследствие очень высокой скорости, возникая на трещинах и в кавернах, является причиной катастрофически быстрых поломок. Поры являются классическим примером предварительно сформированных локальных дефектов: поверхностных включений в основу; остаточных чешуек или загрязнений, абразивных включений,

Рже. 2. Зависимость пористости (р) покрытия - гальванического хрома от его толщины d

поверхностных трещин, каверн, царапин и т.д. Пористость связана с несовершенством предшествующих процессов, таких как очистка, травление, обкатка, механическая обработка. По мере роста толщины покрытия почти всегда пористость падает экспоненциально (рис. 2), что было показано на многих металлических покрытиях.

Минимальная толщина, при которой возможно получение низкой пористости (* 5 %), составляет обычно 1 мкм, хотя ясно, что этот критерий сильно зависит от обстоятельств. Так, для жертвенного покрытия цинка на стали некоторая пористость не является серьезным препятствием, так как в большинстве сред цинк обеспечивает катодную защиту стали посредством связанных пор. Однако для благородного покрытия такая пористость может оказаться катастрофической, особенно для такого металла как золото, где по экономическим соображениям для декоративных целей толщина не должна превышать 2 мкм. К счастью, часто катастрофа может быть предотвращена путем использования 5-10-мкм подслоя никеля, который и создает реальный барьер для защиты стали или меди, а также циановой гальваники, которая обеспечивает чистоту с точки зрения включений, а также обладает хорошей способностью к образованию сплошных покрытий. Для декоративного хрома, где нормальная толщина может составлять 0,1-1,5 мкм, реальная длительная защита обеспечивается, в основном, подслоями из никеля и/или меди (общей толщиной в 5-50 мкм); общепринятой практикой является создание микронеоднородностей - либо пор, либо трещин в слое хрома для эффективного рассеяния поражаемых зон и, тем самым, сведения к минимуму катастрофических изменений.

В области пористости покрытий, в частности, необходимы хорошие объективно качественные испытания, которые могли бы быть полезны в лабораториях рутинного контроля качества и которые также могли бы использоваться для изучения причин образования пористости - как следствие плохого качества предварительной обработки в промышленном производстве.

Покрытия из сплавов металлов

В прошлом часто рассматривалась важность замены сплавов на металлы в покрытиях, так как сплавы непросто применять, используя непосредственно традиционные технологии нанесения. Однажды, когда рассматривались новые пути, достойные исследования, было признано, что сплавы могут иметь некоторые преимущества в свойстве, а влияние методов их нанесения не всегда отрицательно как при формировании хрупких, но защитных диффузионных слоев. Покрытия можно получить непосредственно гальваническим осаждением сплавов, напылением или горячим окунанием, а также сформировать при общей или последующей термообработке. Если термин "сплавы" использовать в его : наиболее широком трактовании, то к неорганическим сплавам могут быть причислены покрытия из сплавов металлов и неметаллов таких как фосфаты, ранжированы от мягкой (1) до очень жесткой (4).

Спецификация покрытий

Покрытия, создаваемые для уменьшения коррозии основы в данной среде, должны в идеале иметь определенное или предсказуемое время службы. Характеристики основы должны корреспондироваться с покрытием, а также с процессом его нанесения. Для подобных покрытий метод создания обычно не столь значительный фактор с точки зрения ресурса, однако он имеет значение для достижения заданной толщины наиболее приемлемо и экономично. Толщина покрытия и срок его службы часто взаимосвязаны независимо от метода нанесения покрытия (рис. 3).

Хотя для каждого существующего классификационного стандарта в качестве ограничений могут быть названы низший уровень общей его согласованности, консервативность позиций, общность рассмотрения, тем не менее следует приветствовать любую попытку создания новых более совершенных специальных классификаций.

Гальваническим способом можно наносить покрытия разных толщин, сообразуясь с потребностью. Таким образом, классификация для меди, никеля, хрома и кадмия (таблица 4-7) относится к толщинам от < 1 до 20 мкм и более для защитных целей и значительно больших толщин для других применений, таких как гальванопластика. То же самое можно сказать о серебре и золоте, но в этом случае основное внимание концентрируется на ограничении толщины благородного покрытия, так как существует еще подслой высокого качества и защитное действие этой системы определяется их совместной работой. Для цинка, олова и алюминия классификация диапазонов толщин может быть отнесена к разным технологиям нанесения. Ниже приведены толщины покрытий разными металлами в зависимости от назначений (согласно BS 1224, BS 2569, BS 3382, BS 4087 и др.).

Толщины, мкм, медных покрытий: защищающих конструкции при обработке (цементация) 2-5, декоративных (блестящих) 5-15, подслоя для никеля 5-25, защищающих от атмосферной коррозии 25, кабельных, электропроводки 100, коммутаторов импульсного тока 100, для целей гальванопластики 50-1000.

То же для никелевых покрытий: соединителя вспышек 0,2-3, подслоя для золота 5-20, подслоя для хрома 10-40, декоративных (блестящих) 5-10, химически стойких 100, плотно осажденных 15—1000, для целей гальвано­пластики 100-1000.

Толщины, мкм, для хромовых покрытий: декоративных (на Ni, Си) 0,2-1,5; твердого хрома для поршневых колец, штампов, пуансонов, ма^иц 5, для режущего инструмента 10, для шаблонов, сверл 20, для поршневых штоков, шатунов 40, для оружейных стволов 200, для роликов, валов, валков 2-500.

То же для кадмиевых: деталей с резьбой 2-8, застежек, соединителей 3-12, морских фиттингов 5-20.

Толщины, мкм, серебряных покрытий: рефлекторов 0,1-0,2, контактов для электроники 1-10, ювелирных изделий 1-20, защитных от атмосферной коррозии 10-25, поверх 15-20-мкм Ni 5-8, контактов реле 20-40, деталей тяжелой коммутационной аппаратуры 20-400.

То же, для покрытий золотом: декоративного (поверх 10-мкм Ni) 1,

Рис. 3.

Взаимосвязь между ресур­сом (Т) работы и поверхностной плотностью р покрытий: алюминия, цинка и кадмия на стали, испыты­вавшихся в Шеффрилде. Покрытия создавались гальваническим осаж­дением, цементацией, горячим оку­нанием и напылением

контактов щеток (поверх 7,5-мкм Ni) 0,5, контактов фотобатарей (поверх 5-15 мкм Ni) 1-3, паяных соединений 2, контактов (поверх 10-мкм Ni) 5, сильноточных контактов 20.

Толщины, мкм, цинковых покрытий: листов электрогальванизацией 1-10, листов, оцинкованных горячим окунанием, 15-100, резьбовых элементов 3-10, застежек, соединителей 3-25, морских фиттингов 20-50, водопроводных труб 10-25, баков водоснабжения 50-100, проволочных ограждений 10-20, напыленных покрытий 80-500.

Толщины, мкм, оловянных покрытий: электролитической белой жести 0,25-1,5, белой жести, получаемой горячим окунанием 1,5-5, паяных элементов 5, элементов элктроники 2-12, трущихся поверхностей в атмосферных условиях 15-50, деталей оборудования пищевой промышленности 3-50, поршней двигателей 2-10, подшипников 10-100, для защиты элементов конструкции при обработке (азотирование) 8.

То же для алюминиевых покрытий, нанесенных: горячим окунанием 25-100, напылением 100-250, вакуумным осаждением 0,01-1. хроматы и стекловидные эмали. Более того, быстрое развитие технологий, общеизвестных в последние 10 лет, делает возможным, например, гальваническое осаждение сплавов и композитов со стабильностью, приемлемой для промышленных целей.

В качестве общего разумного правила можно принять, что сплавы на основе твердых растворов позволяют значительно улучшить сопротивление коррозии по сравнению с большинством металлов, а многофазные сплавы обладают более низким качеством вследствие присутствия микроэлектродов на поверхности, являющихся локальными ячейками коррозии. Если сплавы имеют метастабильные твердые растворы, то для некоторых гальванопокрытий может наблюдаться эффект старения, влияющий как на механические, так и на коррозионные свойства. Улучшение коррозионной стойкости можно рассмотреть и без учета пористости (табл. 2). Существует много примеров использования и эксплуатации покрытий из сплавов металлов в значительных масштабах с целью повышения износостойкости в химических установках, защиты от высокотемпературной газовой коррозии и т.п. [4].

3.4.2 МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Металлические покрытия на изделия наносят элект­рохимическим осаждением (электролитический метод), термо­механическим (плакирование) и диффузионным метода­ми, напылением (металлизация) и погружением в расплавленный металл (горячий метод).

По характеру защитного действия металлические покрытия подразделяются на катодные и анодные. К катодным покры­тиям относятся покрытия, при которых покрывающий металл имеет более положительный электродный потенциал, чем металл защищаемого изделия, например, сталь, покрытая оловом или медью. При нарушении целостности катодное покрытие перестает защищать изделие от коррозии, более того, присутствие такого металла на поверхности изделия усиливает его коррозию. Анод­ными называют покрытия, при которых покрывающий металл имеет в данной среде более отрицательный электродный потенциал, чем защищаемый, например при покрытии стали цинком.

Анодное покрытие будет защищать основной металл при наруше­нии его целостности, лишь само подвергаясь разрушению. Следо­вательно, требования герметичности при нанесении анодного покрытия не очень существенно, тогда как катодное покрытие должно быть сплошным и непроницаемым для агрессивной сре­ды.

Электролитический метод. Электролитические покрытия широ­ко применяют в машиностроении, так как нанесение их на изделия обеспечивает получение прочных покрытий при небольших расхо­дах и потерях металла. Процесс получения покрытия состоит в вы­делении или осаждении металла или сплава из водных растворов их солей при пропускании электрического тока через электролит. Покрываемое изделие в электролизере служит катодом, а ано­дом — пластины осаждаемого металла (растворимые аноды), гра­фита или металла нерастворимого в электролите (нерастворимые аноды). При электролизе в ваннах с растворимыми анодами металл анода растворяется, а из раствора на катоде выделяется та­кое же количество металла, поэтому концентрация раствора соли в электролите практически не изменяется. При использова­нии нерастворимых анодов постоянство концентрации электролита поддерживается периодическим введением требуе-мого количества со­ответствующей соли.

Рассмотрим процесс нанесения никелевого покрытия при использо­вании растворимых анодов (электро­лит— раствор NiSO₄), на электро­дах протекают процессы :

Ni²⁺+2е = Ni (на катоде)

Ni - 2е = Ni ²⁺ (на аноде) Выделяющийся никель покрывает поверхность изделия, образуя метал­лический осадок различного строе­ния, начиная от гладкого мелкокрис­таллического до крупнокристаллического.

Масса металла, выделившегося при электролизе, зависит от количества прошедшего электричества и подчиняется первому за­кону Фарадея, т. е. количество вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально количеству электричества, про­ходящего через электролит. Для выделения 1 моль (отношение атомной массы металла к его валентности) любого металла затрачивается 26,8 А-ч. Количество металла, выделяемое на катоде при прохождении постоянного тока силой в один ам­пер в течение часа, называется электрохимическим эквивален­том, величина которого различна: для серебра—4,025 г/(А-ч), (107,88/26,8), золота—7,357 г/(А-ч), цинка—1,210 г/(А-ч) и т. д.

Толщину слоя покрытия (а) определяют по формуле

һ = (Е t i_k η)/(ρ 60 ∙60)

где Е — электрохимический эквивалент, г/(А>ч.); t — продолжи­тельность электролиза, мин; η — выход металла по току (отно­шение практически выделившегося металла к массе металла, кото­рая должна была выделиться теоретически), %; i_k — катодная плотность тока, А/дм²; ρ — плотность металлопокрытия, г/см³.

Электролитические покрытия можно наносить на изделия тол­щиной от микрон до нескольких миллиметров. Такой способ нанесения покрытий имеет ряд преимуществ перед другими спо­собами и, в частности, отличается легкостью регулирования толщины покрытия, малым расходом металла, обеспечивает нане­сение металлов и сплавов.

Наибольшее применение находят сернокислые электролиты и электролиты на основе комплексных соединений. Разработаны неводные электролиты, состоящие из соответствующих солей наносимого металла и органических веществ (например, А1С1з, этиловый эфир, бутиламин). Такие электролиты можно использо­вать при нанесении металлов, которые не могут быть получены из водных растворов (например, титана).

Цинкование изделий из чугуна и стали широко использует­ся в практике для защиты узлов и деталей машин, работающих в атмосферных условиях. Цинк по отношению к стали в водных растворах при обычных температурах служит анодом (анодное покрытие), поэтому при электрохимической коррозии он раство­ряется и предохраняет изделие от разрушения. Наносят цинк на деталь из серно-кислых, соляно-кислых, борфтористоводородных, аммиакатных и сложнокомплексных электролитов. Цинком покрывают резьбовые крепежные детали, различные фасонные из­делия, арматуру, трубы, резервуары для защиты от воздействия воды, продуктов переработки нефти и т. д. Толщина покрытий различна и составляет обычно от 6 до 30 мкм.

Кадмий наносят практически только электролитическим спо­собом. Применяют его для защиты от коррозии деталей и аппара­туры из стали, работающих в морском и тропическом климате. Кадмирование осуществляют с использованием серно-кислых, цианидных и аммиакатных электролитов. Толщина кадмиевого покры­тия зависит от условий эксплуатации и составляет 9—24 мкм. После цинкования и кадмирования изделия подвергают химичес­кой обработке, погружая их в пассивирующие (хроматные) раст­воры с целью усиления защитных свойств покрытий.

Олово устойчиво к влажному воздуху и слабым органичес­ким кислотам. Олово — катод по отношению к железу, поэтому стальные изделия оно защищает от коррозии механически при отсутствии пор. Оловом покрывают консервную жесть, аппараты для хранения и приготовления пищевых продуктов, детали элект­роники, подвергающиеся пайке. Оловянирование осуществляют из серно-кислых и станнатных электролитов. Толщина покрытий колеблется от 15 до 30 мкм (для жести 0,25—1,5 мкм).

Свинец относится к химически стойким элементам. Свинцо­вые покрытия применяют для защиты металлоконструкций от коррозии в кислых средах, содержащих сульфаты; от газовой коррозии в средах, содержащих сернистые соединения. Свинцом покрывают автоклавы, кристаллизаторы, трубы, вакуум-аппараты и другую аппаратуру, соприкасающуюся с агрессивными средами. Он также используется для защиты от воздействия рентгеновс­кого излучения. Наносят свинец на изделия из стали на подслой предварительно нанесенной меди из борфтористоводородных и кремнефтористоводородных электролитов. Толщина покрытия составляет от 30 до 300 мкм.

Медь неустойчива к атмосферной коррозии, так как она легко реагирует с парами воды, с оксидом углерода (IV) воздуха, с серосодержащими газами и другими средами. Медь не используют для защиты стали от коррозии, но применяют для получения мно­гослойных защитно-декоративных покрытий в качестве промежу­точной прослойки например медь — никель — хром. Кроме того, медь применяют для увеличения электрической проводимости изделий, защиты сталей от науглероживания в процессе цемен­тации и как антифрикационные покрытия. Для меднения исполь­зуют серно-кислые, цианидиые, пирофосфатные и борфтористо-водородные электролиты. Толщина медных покрытий равна 6—30 мкм и более.

Никель применяют главным образом в качестве защитно-декоративного покрытия, но он способен защищать стальные изделия от коррозии при условии беспористости образующихся пленок. Беспористые никелевые покрытия получают попеременным осаждением нескольких слоев металлов, например меди и никеля. Никелевые покрытия обладают высокой твердостью и износо­стойкостью; устойчивы против воздействия растворов щелочей, органических кислот, но разрушаются в минеральных кислотах и растворах, содержащих аммиак. Никелированию подвергают детали из углеродистых сталей, алюминия и его сплавов. Для никелирования используют серно-кислые, фторборатные, сульфа-минные (составленные на основе сульфаминовой кислоты NH₃ SО₃Н) и кремнефтористые электролиты. Толщина покрытий колеблется от 3 до 30 мкм.

Никелем покрывают слесарно-монтажный инструмент, детали и узлы, соприкасающиеся со щелочными металлами, детали часовых и крепежных изделий, мембраны, поручни автомобилей, вагонов.

Хромированные изделия обладают высокой поверхност­ной твердостью, износостойкостью, термостойкостью и химической устойчивостью. Они устойчивы в концентрированной азотной кислоте, растворах щелочей, органических кислотах, сероводо­роде, растворах многих солей. Они плохо смачиваются расплав­ленными металлами. Хромовые покрытия применяются для за­щитно-декоративных целей (детали автомобилей, велосипедов, приборов и. т. п.), в производстве зеркал, отражателей, прожек­торов, для увеличения износостойкости изделий (материальные инструменты, фильеры для волочения металлов, штампы и матри­цы, трущиеся поверхности, например, хромирование стенок ци­линдров и поршневых колец двигателей внутреннего сгорания и т. д.); размерного восстановления деталей. Хромирование прово­дят в электролитах, состоящих из хромовых кислот (Н₂СrO₄ и Н₂Сr₂О₇), серной кислоты, сульфата циркония, кремнефторида калия, едкого натра при 18—70°С и плотности тока от 1,5 до 10,0 кА/м². Толщина покрытий в зависимости от назначения до 300 мкм.

Серебрение в основном используется для улучшения по­верхностной электрической проводимости в местах контакта дета­лей электроники, для покрытия изделий в ювелирной промышлен­ности. Серебро наносят на сталь, медь, латунь и другие материалы. Для более широкого использования электрических покрытий применяются сплавы из двух и более компонентов, обладающие высокой электрической проводимостью, особыми магнитными свойствами, высокими антифрикционными и коррозионными свойствами, твердостью и износоустойчивостью, каталитической активностью и т. д. Среди них такие сплавы, компоненты которых не удавалось путем электролиза водных растворов выделить в чистом виде, например, вольфрам, молибден, ванадий, титан.

Автоматические линии для нанесения электролитических покрытий. Процесс нанесения электролитических покрытий осу­ществляют на подвесках в колокольных и барабанных ваннах в ос­новном на полуавтоматических и автоматических линиях. Корпус ванны обычно изготовляют из листовой стали с футеровкой внутренней поверхности устойчивым в электролите покрытием (винипласт, резина и др.). Нагрев или охлаждение электроли­та осуществляют с помощью водяной рубашки или змеевика. Полуавтоматические или автоматические линии представляют собой комплект ванн, где выполняются все операции нанесе­ния однослойных и многослойных покрытий. В автоматизирован­ных линиях все операции, кроме монтажа деталей на подвески и разгрузка, выполняются автоматически по заданным режимам. Автоматы жесткого цикла применяют в условиях массового производства и наличии стабильной продукции с технологическим . процессом, не требующих частых изменений. Такие автоматы просты при эксплуатации, обладают высокой надежностью.

Автоматы автооператорного типа с нежестким циклом приме­няют в основном в мелкосерийном производстве. Недостаток таких автоматов — сложность организации и обслуживания командоаппаратов управления.

Горячий метод. Свойство металлов обладать в расплавленном состоянии высокой химической активностью легло в основу техно­логии нанесения на изделие металлического осадка. Высокая реакционная способность расплавленного металла в большинст­ве случаев приводит к образованию сплава с металлом изделия, который является хорошей основой сцепления для покрываемого металла. Некоторые металлы, например, цинк и алюминий, с железом образуют твердые и хрупкие сплавы (Fe₂Zn₇, Fe₂Zn₃, А1Fe, Аl₂Fe, Аl₃Fe). При таком подслое покрытие при механической обработке легко отделяется от основного металла. Для устранения образования таких нежелательных слоев к ме­таллу покрытия вводят другой металл, например при покрытии стальных изделий цинком в расплав вводят алюминий или олово.

Для нанесения металлического покрытия горячим методом заготовку погружают на несколько секунд в ванну с расплавлен­ным металлом, который смачивает поверхность заготовки. Для этого применяют металл с более низкой температурой плавле­ния, чем покрываемый металл (например, цинк, свинец, олово, алюминий). Расплав металла защищают при помощи флюса, например, состоящего из 55,4 % NH₄Cl, 6% глицерина, 38,4% ZnCl₂ Такой флюс защищает расплав от окисления, а также растворяет оксидные и другие пленки, находящиеся на поверх­ности покрываемого металла. Удаление пленок с изделия улучшает адгезию металла с металлом покрытия. Толщина наносимого покрытия зависит от природы используемого металла, температу­ры и времени выдержки изделия в расплавленном металле и колеб­лется от нескольких микрон до миллиметра. Горячий способ нанесения покрытий используют для защиты от коррозии полу­фабрикатов, фасонных изделий из стали и чугуна.

Свинцом покрывают детали из черных металлов, которые затем используют в химической промышленности (мешалки, кра­ны, арматуру и т. п.). Свинцовое покрытие беспористо, устойчиво ко многим электролитам и, что важно, к воздействию разбавлен­ных растворов серной кислоты и ее солей, сернистых газов. Так как расплавленный свинец не сплавляется с железом и не смачивает его поверхность, то его наносят по подслою из олова, сурьмы, или в расплав вводят металлы, способные растворяться как в железе, так и в свинце. Аппаратура, работающая под вакуу­мом или обогреваемая через стенку, покрывается свинцом толщи­ной 2 мм и более.

Цинк применяют для защиты изделий, изготовленных из стали и чугуна, от атмосферной коррозии, воды и ряда нейтраль­ных растворов солей. Свыше 80% цинка, используемого на покрытие, расходуется на горячее цинкование. Наносят цинк на детали, погружая их на 6—20 с в расплавленный цинк или цинк с добав­кой алюминия (до 0,2%) или олова (1—3%) при 440—460°С. Цинком покрывают листы, проволоку, банки, ведра, трубы Современные технологические линии горячего цинкования обеспе­чивают нанесение покрытия на стальную ленту со скоростью 2 м/с.

Олово применяют для защиты медных проводов от воздействия серы, получения белой жести и при местной защите поверхности металла при азотировании. Из белой жести готовят молочную посуду, котлы для варки пищи, тару для хранения и транспорти­ровки пищевых продуктов. Процесс лужения аналогичен горячему цинкованию.

Алюминий наносят на изделия из железа, стали и чугуна с целью повышения их устойчивости к атмосферной и газовой кор­розии. Покрытия наносят погружая детали вначале в ванну с флю­сом, а затем в расплавленный (нагретый до 800°С) алюминий. Высокие защитные свойства алюминиевого покрытия связаны, с наличием на поверхности равномерной плотной пленки оксида алюминия, образующейся в результате окисления алюминия под действием кислорода воздуха. Алюминий наносят на выпускные и впускные клапаны автомобильных двигателей и другие из­делия.

При горячем методе нанесения покрытий не удается получать равномерные по толщине осадки и предохранять от коррозии изделия с узкими отверстиями и резьбой. Расход цветных метал­лов при горячем способе велик, так как полученные осадки имеют большую толщину. Кроме того, этот метод позволяет наносить то­лько металлические осадки на изделия, имеющие небольшие раз­меры.

Плакирование. Процесс защиты от коррозии основного метал­ла или сплава другим металлом (сплавом), устойчивым к агрессив­ной среде, называют плакированием. Соединить два металла меж­ду собой можно литьевым, прокатным и недеформированным плакированием. Наибольшее применение находит способ совмест­ной прокатки двух металлов, из которых один (химически стой­кий) выполняет роль защитного слоя. Для плакирования приме­няются металлы или сплавы, обладающие хорошей сваривае­мостью. К ним относятся углеродистые и кислотоупорные стали, дюралюминий, сплавы меди. В качестве плакирующего материала используются нержавеющие стали, алюминий, никель, титан, тан­тал и др. Для соединения основы с покрытием используется и сила взрыва. Причем с помощью взрыва можно соединять металлы, которые иначе соединить невозможно. Толщина плаки­рующего слоя составляет от 3 до 60% толщины основного металла. Получаемые двухслойные материалы подвержены всем видам об­работки. Плакируют фасонные изделия, листы, автоклавы, проволоку, различного вида сосуды и т. д. Наибольшее примет ние находит плакирование дюралюминия алюминием, углеродистых сталей нержавеющей сталью. Плакированные изделия широко используют в машиностроении.

Метод плакирования металлов лежит в основе получения материала называемого металлопластом. Получают его прокаткой или склеиванием металлического листа одним или двумя листами полимера. Металлопласт готовят из стали, алюминиевых и магниевых сплавов, а в качестве защитного слоя от коррозии используют термопластичные полимеры: полихлорвинил, полиизобутилен, полиэтилен, полипропилен и др. Металлопласты дешевле и долго­вечнее нержавеющей стали, а по химической стойкости к агрессив­ным средам превосходят ее. Металлопласт используют для изготовления различных деталей, применяемых в химической про­мышленности, судо-, автомобиле- и приборостроении.

Металлизация распылением. Процесс нанесения защитных покрытий на поверхность изделий распылением расплавленного металла или другого тугоплавкого материала сжатым воздухом или инертным газом называют металлизацией распылением. Такие операции проводят в аппаратах — металлизаторах, ко­торые подразделяют на газовые и электрические. Газовые металлизаторы работают на ацетилене, который, сгорая в кислороде, выделяет большое количество теплоты, что приводит к расплавле­нию металла. Расплавленный металл под действием струи сжатого воздуха или инертного газа распыляется на мельчайшие частич­ки (0,02—0,4 мм) и наносится на поверхность изделия со ско­ростью 100—200 м/с. Плавление металла в электрических метал­лизаторах происходит за счет теплоты электрической дуги.

Для защиты от коррозии, размерного восстановления изношен­ных деталей машин используют практически все металлы, метал­локерамику, карбиды, пластмассы, стекло, которые можно наносить не только на металл, но и на дерево, бетон, стекло, ке­рамику, бумагу.

При металлизации покрытие образуется за счет вклинивания расплавленных частиц металла или другого материала в поры и прилипания к неровностям поверхности детали. Прочность сцеп­ления зависит от размера частиц, скорости их движения и степени деформации при ударе о поверхность. Покрытие имеет чешуйчатую структуру и высокую пористость, которую уменьшают путем увели­чения толщины покрытия, шлифованием, полированием и нанесе­нием неметаллических покрытий. Например, пористость цинкового покрытия уменьшается в 10 раз при увеличении его толщины от 0,2 до 0,4 мм.

Металлизацию распылением применяют для защиты от кор­розии емкостей и аппаратуры крупных габаритов: вулканизационных котлов, железнодорожных мостов, газгольдеров, свай, корабельных и морских труб, металлоконструкций шлюзов плотин, собранных изделий и др. Для защиты от атмосферной и подземной коррозии применяют цинк и алюминий, наносимые на сталь и чугун толщиной от 0,05 до 4 мм. Аппаратура серно­кислотного производства покрывается свинцом, а от воздействия водяного пара, сернистого газа, морской атмосферы (при повы­шенных температурах)—алюминием толщиной до 0,3 мм.

3.5 ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ ПОЛИМЕРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ И КРАСКАМИ

ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Если сравнивать органические покрытия с другими хорошо известными методами защиты металлов от коррозии, то мы увидим, что эти методы, как правило, более дороги, менее эффективны, а их возможности ограничены Поэтому органические покрытия по-прежнему остаются на переднем крае исследований по антикоррозионной защите. Оценить перспективы развития органических покрытий можно, рассмотрев развитие некоторых направлений, в которых ведутся активные исследования, а также попытавшись предсказать, к каким новым продуктам или методам могут привести исследования в этих направлениях. Речь идет о таких способах нанесения органических покрытий, как электронанесение, автофорез, электрополимеризация. Мы обсудим также способы снижения чувствительности покрытий к плохой подготовке поверхности, новые комбинации ингибиторов и связующих, а также улучшенные методы оценки качества покрытий.

Существует пять хорошо известных методов уменьшения коррозии : конструирование, выбор материалов, контроль за условиями окружающей среды, электрохимическая защита и покрытия.

Правильное конструирование очень важно для защиты от коррозии. Хотя вернее было бы сказать наоборот: неудачная конструкция часто ведет к повышенной коррозии. Правильное конструирование с точки зрения использования органических покрытий необходимо для того, чтобы обеспечить достаточную защиту от коррозии и поддерживать антикоррозионное покрытие в хорошем состоянии во время эксплуатации. Тем не менее, широко известны многочисленные ошибки в конструировании [2, 3]. Успехи в области конструирования с целью защиты от коррозии пока ограничены упражнениями при обучении специалистов и различными сообщениями в литературе (хотя нельзя сказать, что это так уж существенно).

Как правило, создание новых материалов и сплавов сопряжено со стоимостью этих работ, и новые сплавы находят применение лишь в узких, специализи­рованных областях. Но создание новых органических полимеров происходит и как бы "само собой" (в частности, для разработки новых композитов, упрочненных волокнами). Примером может служить использование полиэфирных материалов, упрочненных стеклянными волокнами.

Методы катодной защиты хорошо известны, и в этой области нельзя ожидать быстрого прогресса. Могут произойти небольшие изменения в составе расходуемых сплавов, которые применяются для катодной защиты. Эти изменения могут быть связаны либо со специфическими условиями работы, либо - скорее всего - с попыткой обойти существующие патентные формулы. Можно ожидать появления в ближайшем будущем новых высоковольтных, механически прочных анодов, в частности, на основе керамик или металлокерамических композитов. Анодная зашита все еще не заняла того места, которого она заслуживает, хотя в этой области ведутся активные исследования и появляется множество публикаций. Можно лишь догадываться, почему так происходит: то ли

инженеры-практики подозрительно относятся к методике анодной поляризации для защиты от коррозии, то ли использование потенциостата лежит за пределами их возможностей.

Наиболее активного развития исследований по защите от коррозии можно ожидать в области, которая одновременно рассматривает органические покрытия и контроль за условиями окружающей среды. Действительно, мягкие и малоуглеродистые стали по-прежнему будут широко использоваться как материал для разных конструкций. Этому способствует их низкая стоимость, хорошая свариваемость, возможность термической обработки, хорошо определенный предел упругости, усталостная устойчивость и возможность горячего и холодного упрочнения этих материалов. Инженерами накоплен большой опыт применения сталей. Поэтому следует ожидать новых заметных успехов в создании органических покрытий для защиты от коррозии сталей и других сплавов железа.