Глава IX. Защитные и специальные металлопокрытия

Покрытие поверхности стальной проволоки другим металлом имеет несколько функциональных назначений. Основное назначение — это защита металлической основы от коррозии, потери от которой составляют около 20 % мирового производства стали.

Защита осуществляется механическим и электрохимическим способами. При механической защите покрытие должно надежно экранировать основной металл от окружающей среды. Достаточно полная изоляция и защита от механических повреждений обеспечиваются толщиной покрытия, его сплошностью и прочностью сцепления (адгезией) с металлом основы.

При электрохимической защите по характеру процессов металл покрытия по отношению к металлу-основе может быть анодом или катодом. Механизм взаимодействия определяется значениями стандартного потенциала Ео, В, контактирующих металлических пар:

Металл	Mg	Al	Ti	Mn.	Zn	Cr
Ео, В	-2,36	1,66	-1,63	-1,18	0,763	0,744
Металл	Fе	Cd	Со	Ni	Sn	Pb
Е0, В	0,44	0,403	0,27	0,25	0,136	0,126
Металл	Н2/H+	Сu	Ag	Pt	Cl/Cl2	Аu
Еа, В	0,00	+0,337	+0,799	+1,20	+1,395	+1,70

Анодными называют металлические покрытия, имеющие более отрицательный потенциал, чем защищаемый основной металл в данной коррозионной среде.

Катодные покрытия имеют по отношению к основному металлу более положительный потенциал.

Катодными покрытиями по отношению к углеродистой стали являются кадмий, кобальт, никель, олово, свинец, медь. Катодное покрытие защищает сталь только механическим способом. Наличие трещин, пор, механических повреждений приводит к образованию гальванических микропор, работа которых разрушает стальную основу.

Анодные покрытия (алюминий, хром, цинк титан) кроме механической защиты стали создают протекторный эффект, активно сохраняя стальную основу при наличии трещин, пор и механических повреждений поверхности вплоть до полного разрушения самого покрытия.

Классификация металлов, применяемых для покрытия, по стандартному ряду напряжений условна, поскольку электродные потенциалы металлов зависят от самой коррозионной среды. Например, олово по ряду напряжений по отношению к железу (стали) является покрытием катодным. Однако оловянное покрытие на стали в другой коррозионной среде --в консервированных пищевых продуктах - ведет себя, как анодное покрытие, надежно защищая сталь от коррозии.

Явление пассивирования (пассивации) также вносит коррективы в понятия анодное и катодное покрытия. Хром и алюминий - металлы, более отрицательные по ряду напряжений, чем железо, являются покрытиями анодными. Однако пассивирование поверхности за счет самовосстанавливающихся тончайших оксидных пленок переводит эти металлы в разряд катодных типов покрытий по отношению к стали.

Наряду с защитными функциями покрытия широко применяют для создания специальных свойств на поверхности проволоки - повышения адгезионных свойств поверхности металла с резиной при латунировании, хорошей паяемости при лужении, улучшения электрического контакта и повышения электропроводности при меднении и т.п.

Ассортимент материалов покрытия постоянно расширяется из-за растущих требований усложняющегося производства. Основные материалы металлопокрытий - цинк, олово, медь, алюминий, никель, латунь, кадмий, свинец и другие металлы. Наряду с металлическими покрытиями применяют полимерные и лакокрасочные.

Выбор материала покрытия, его состав и количество, способ нанесения должны соответствовать условиям работы проволоки или изделий из нее.

Металлопокрытия наносят на проволоку горячим и электролитическим способами, плакированием, металлизацией и контактным (гальваническим) способом.

При горячем способе покрытие образуют погружением проволоки с тщательно очищенной поверхностью в расплав наносимого металла. Из-за относительной простоты технологии этот способ наиболее широко применяется при покрытии стали легкоплавкими металлами - цинком, оловом, свинцом, алюминием и их сплавами.

Электролитический способ покрытия основан на катодном осаждении металлов на поверхности стали из водных и неводных растворов солей или их расплавов. Электролитическим способом наносят оловянное, цинковое, медное, кадмиевое, никелевое, хромовое покрытия. Это наиболее универсальный способ нанесения металлических покрытий на сталь.

При контактном (гальваническом) способе осаждение металла покрытия, находящегося в растворе и имеющего более положительный потенциал, происходит за счет обменной реакции с металлом основы. Такого типа покрытия пористы, плохо сцеплены с подложкой и обладают низкими защитными свойствами. Метод широко используется в подготовке поверхности при меднении для повышения технологичности процесса волочения.

Горячий, электролитический и гальванический способы образуют на поверхности обрабатываемого металла покрытия микронных размеров, когда его толщина намного меньше размеров самой проволоки.

Металлизация, или газотермическое напыление, состоит в распылении струей воздуха или горячего газа расплавленного напыляемого материала. В качестве источника теплоты чаще всего используется энергия пламени, образующегося при горении смеси кислорода и горячего гaза (газопламенный метод), электрической дуги (электродуговой метод) и плазменной струи.

Преимущество этого способа — относительная простота технологии и высокая скорость нанесения покрытий, в том числе толстослойных с заданной массой покрывающего материала, многослойных, композиционных и легированных.

Изготовление двух- и многослойных композиций металл — металл с соизмеримым соотношением компонентов по площади поперечного сечения называется плакированием. Плакирование осуществляют различными методами.

На практике применяют две основные технологические схемы изготовления проволоки с металлопокрытием: нанесение покрытия на готовом размере (после волочения, волочения и термообработки) и покрытие передельной термообработанной заготовки с последующим волочением на готовый размер.

Нанесение покрытий любым способом требует тщательной очистки поверхности от оксидов, ржавчины, смазки и других загрязнений.