70.Защитно-декоративные покрытия

Нанесение защитных и декоративных покрытий существенно повышает качество многих материалов, деталей и изделий, повышая их устойчивость в агрессивных средах и придавая новые декоративные свойства. Для получения качественного покрытия необходимо тщательно подготовить поверхность заготовки, удалить жировые, оксидные и др. загрязнения, ухудшающие прочность сцепления наносимого покрытия с основным материалом.

1. Лакокрасочные покрытия выполняются с помощью специальных жидких веществ, обладающих способностью затвердевать (высыхать), образуя на поверхности изделия тонкую пленку. Такие покрытия широко используют для защиты металлов от коррозии, а неметаллических материалов (древесины, пластмасс и т. п.) – от увлажнения и загнивания; они могут также придавать поверхности специальные свойства (электроизоляционное, теплозащитные и др.) или обеспечивать изделиям декоративный внешний вид.

В состав лакокрасочных материалов входят:пленкообразующие вещества (синтетические смолы, эфиры целлюлозы, высыхающие растительные масла);смолы для увеличения адгезии, придания пленке твердости и блеска; растворители (скипидар, спирты, ацетон) и разбавители (бензол) для растворения пленкообразующего и др. компонентов; пластификаторы(дибутилфталат и др.), сохраняющие эластичность покрытия, снижающие его воспламеняемость и улучшающие морозостойкость; сиккативы (соли или оксиды металлов), примешиваемые к маслу и ускоряющие процесс его высыхания; отвердители термореактивных пленкообразующих (амины); пигменты и красители – придающие определенный цвет и обладающие защитными свойствами; наполнители (тальк, каолин) – для повышения вязкости материала и снижения блеска покрытия; специальные добавки для тропикостойкости, стабилизации свойств и т. п.

Грунтовки первыми наносятся на материал, они защищают его от коррозии и увеличивают адгезию последующих слоев. В состав грунтов входят лак и пигмент, обладающий защитными свойствами (соли хромовой кислоты, цинковый и стронциевый крон, свинцовый и железный сурик и т. п.).

Шпатлевки наносят на предварительно загрунтованную поверхность и предназначены для окончательного выравнивания неровностей на изделии перед окраской. В состав шпатлевок входят лак, пигмент и наполнитель.

Для надежной защиты поверхности изделий и придания ей необходимых свойств в большинстве случаев применяют многослойное покрытие, называемое системой покрытия. Непосредственно на деталь наносится грунт, затем шпатлевка, далее следует краска (эмаль) и покровный лак. Число слоев обычно составляет 2…6, а в отдельных случаях и до 14 (например, при окраске дорогих автомобилей).

2. Электролитические покрытия широко применяют в машиностроении, т. к. нанесение их на изделия обеспечивает получение прочных пленок при небольших расходах и потерях металла. Процесс получения покрытия состоит в выделении или осаждении металла (сплава) из водных растворов его солей при пропускании электрического тока через электролит. Катодом служит покрываемое в электролизере изделие, а анодом – пластины осаждаемого металла (растворимые аноды), графита или металла нерастворимого в электролите (нерастворимые аноды).

Кадмиевые покрытия применяют для защиты от коррозии деталей и изделий из стали для эксплуатации в морском и тропическом климате.

Медные покрытия не используют для защиты стали от коррозии, но широко применяют при изготовлении многослойных защитно-декоративных покрытий в качестве промежуточной прослойки, например, нанося последовательно медь – никель – хром.

Никелевые покрытия обладают высокой твердостью и износостойкостью; устойчивы против воздействия растворов щелочей, органических кислот, но разрушаются в минеральных кислотах и растворах, содержащих аммиак. Никелем покрывают слесарно-монтажный инструмент, детали и узлы, соприкасающиеся со щелочными металлами, детали часовых и крепежных изделий, мембраны, поручни автомобилей, вагонов и т. п.

Оловянные покрытия устойчивы к влажному воздуху и слабым органическим кислотам. Оловом покрывают консервную жесть, аппараты для хранения и приготовления пищевых продуктов, детали электроники, подвергающиеся пайке.

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 др. аппаратуру, соприкасающуюся с агрессивными средами.

Хромовые покрытия обладают высокой твердостью, износостойкостью, термостойкостью и химической устойчивостью, поэтому их применяют в защитно-декоративных целях (детали автомобилей, велосипедов, приборов); в производстве зеркал, отражателей, прожекторов; увеличения износостойкости изделий (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.

Цинковые покрытия широко используется для защиты узлов и деталей машин из чугуна и стали, работающих в атмосферных условиях. Цинк по отношению к железу в водных растворах при обычных температурах служит анодом, поэтому при электрохимической коррозии он растворяется в первую очередь и предохраняет чугун и сталь от разрушения. Цинком покрывают резьбовые крепежные детали, различные фасонные изделия, арматуру, трубы, резервуары для защиты от воздействия воды, продуктов переработки нефти и т. д.

Серебряные, золотые и палладиевые покрытия в основном используются для улучшения поверхностной электрической проводимости в местах контакта деталей электроники и в декоративных целях, в том числе в ювелирной промышленности.

3. Горячие покрытиянаносят на заготовки путем их кратковременного погружения в ванну с расплавленным металлом. В качестве покрытия применяют металл с более низкой температурой плавления, чем защищаемый металл (например, для стали это могут быть цинк, свинец, олово, алюминий). Толщина наносимого покрытия зависит от природы используемого металла, температуры и времени выдержки заготовки в расплавленном металле и колеблется от нескольких микрон до миллиметра.

Алюминий наносят на изделия из стали и чугуна с целью повышения их устойчивости к атмосферной и газовой коррозии, погружая заготовки вначале в ванну с флюсом, а затем в расплавленный алюминий. Высокие защитные свойства связаны с образованием на поверхности плотной пленки оксида алюминия. Алюминий наносят на выпускные и впускные клапаны автомобильных двигателей и др. изделия.

Олово применяют для защиты медных проводов от воздействия серы, выделяющейся из резиновой изоляции, и при производстве белой жести. Из белой жести изготавливают молочную посуду, котлы для варки пищи, тару для хранения и транспортировки пищевых продуктов.

Свинцом покрывают детали из черных металлов, используемые в химической промышленности (мешалки, краны, арматуру и т. п.).

Цинк применяют для защиты изделий, изготовленных из стали и чугуна, от атмосферной коррозии, воды и ряда нейтральных растворов солей. Цинком покрывают листы, проволоку, банки, ведра, трубы.

4.Плакирование[85]– нанесение на поверхность металлических листов, проволоки, труб и иных изделий слоя другого металла, сплава или полимера. Применяют с целью экономии дорогостоящих и дефицитных материалов или для получения материала, обладающего сочетанием свойств исходных материалов.

Биметаллы и триметаллы получают путем соединения двух-трех слоев металлов между собой литьевым, прокатным, взрывным и др.способами. Для плакирования удобно применять металлы или сплавы, обладающие хорошей свариваемостью – углеродистые и кислотоупорные стали, дюралюминий, сплавы меди. В качестве плакирующего материала используют нержавеющие стали, алюминий, никель, титан, тантал и т. д. Толщина плакирующего слоя может составлять от 3 до 60 % толщины основного металла. Плакируют листы, проволоку, фасонные изделия, автоклавы, различного вида сосуды и т. п. Наибольшее применение находит плакирование дюралюминия алюминием, углеродистых сталей нержавеющей сталью или медью. Листовые биметаллы (особенно сталь, плакированная медью) широко используются в машиностроении и электротехнической промышленности.

Металлопласты чаще всего получают прокаткой или склеиванием металлического листа с одним или между двумя листами полимера. В качестве основы обычно применяют сталь, алюминиевые и магниевые сплавы; а для защиты 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. Металлопласты используют для изготовления деталей, применяемых в химической промышленности, судо-, автомобиле- и приборостроении.