2. Термодиффузиялық әдіс. Металдау әдісі.

Бұл әдістің ерекшелігі газдық коррозияға төзімді қаптаулар алуға болады. Процесс жүрген кезде қаптау металдың қосылыстарын жоғарғы температураларға жеткізгенде, қорғалатын тетіктің бетіндегі металдың бір қабаты тотығып, қосылыстағы металды тотықсыздандырады. Сонымен қатар термодиффузиялық процестің арқасында негізгі металмен қаптау металдың атомдары бір – біріне сіңіп керекті адгезия пайда болады. Процесті арнаулы герметикалық пештерде жүргізеді. Пешті қыздырған кезде қаптаудың металл қосылыстары бұрынғы қатты түрінде қалады, немесе сұйық, я газды фазаларға өтеді. Қосылыстар қатты түрде қалатын болса оларды тетіктің бетіне себу керек, ал сұйықталатын болса тетік оған түгел бату керек.

Бұл әдіспен болаттан жасалған тетіктерді алюминиймен, хроммен және кремниймен қаптауға болады.

Термохромдық қаптау алу үшін тетіктің бетіне хром хлоридімен, алюминий хлоридін себедіде пештің ішінде 1000 С^о 20сағат ұстайды. Сонда термохромдаудың реакциясы:

(6)

Аммоний хлориді аммиакпен хлорсутекке бөлінеді

(7)

Бұл газдар пештің ішінен ауаны сыртқа ығыстырып, металдарды ауадағы оттегіде сақтайды.

Кремнийлеу (силицирлеу) процесі 1000-1200⁰С кремний хлориді арқылы жүреді.

(8)

Кремний болаттың бетіне сіңіп темірмен диффузиялық қабат түзейді. Бұл қабаттың қалыңдығы температурамен процестің ұзақтығына байланысты.

Диффузиялық алитирлеу процесінде алюминий хлориді 1000⁰С газдық фазаға өтіп темірмен әрекеттеседі.

(9)

Термодиффуциялық қаптаулардың ыстыққа төзімділігі олардың бетінде түзілетін оксидтерге байланысты. Бұл оксидтердің Al₂O₃, Cr₂O₃, Si₂O₃, немесе FeAlO₄, FeCr₂O₄, FeSiO₄ қорғау қабілеті өте жоғары болғандықтан олар коррозияны бірден тоқтатады.

Металдау әдісі. Процесс арнаулы аппараттың (металлизатардың) көмегімен жүргізіледі. Сым я ұнтақ түріндегі металл, осы аппараттың ішінде газдың немесе электр доғасының көмегімен балқытылады, ал сығылған ауа сұйық металды тозаңдандырып, аппаратттан айдап шығады. Ауада салқындалған металл ұсақ бөлшектер күйінде тетіктің бетіндегі кедір – бұдырларға берік жабысады. Бұл әдіс ірі бұйымдарды коррозиядан қорғауға ыңғайлы.

3. Лак-бояу қаптамалары. Лак-бояу қаптамаларын химиялық және эксплуатациялық белгілеріне қарай топтастырады. Химиялық топтастыру негізіне қабат құрайтын заттың аты кіреді. Мысалы эпоксидтік, полиакрилаттық , кремнийорганикалық т.б. жабулардың негізінде қолданатын эпоксидтікк, полиакрилаттық т.б. материалдар. Жабулардың эксплуатациялық таптастыруы қолдану жағдайымен байланысты. Мысалы, атмосфераға тұрақты, химияға берік, термокүштілер т.б. атаулар өте көп таралған, бірақ олар қабыршақ материалының табиғаты туралы мәлімет бермейді. Тұтынушыларға арналған осындай мінездемелер өте маңызды.

Құрылымы бойынша жабулар бір - және көп қабаттыларға бөлінеді. Соңғылар, өз кезегінде біркелкі және әр текті болуы мүмкін. Көп қабатты әр текті жабулардың қабаттарына да ат қояды. Біріншісін, байланыстырушы қабат (грунттау) деп атайды, онан сон аралық қабаттар, ең жоғарғысы жабушы (сәндік немесе коррозияға тұрақты) қабаттар. Аралық қабаттардың ролі сәндік жабуларға даярлау- беттерді тегістеу (шпатілдік қаптаулар).

Грунттау металлдың бетімен каптаудың адгезиясын қамтамасыз етеді. Коррозияға тұрақтылығын жоғарылату үшін оған пигменттер қосады.

Шпателдеу пигменттердің, толтырғыштардың және басқа қоспалардың қою пастасымен жасалынады.

Өндірісте әр түрлі грунттаулар, шпаклевкалар, бояулар, эмальдар, лактар қолданады. Олардың негізі қабатын (пленка) құрайтын табиғи және синтетикалық заттар. Табиғи заттардың ішінде өсімдік майлар, канифоль, шеллак, ағаш өңдеу өнімдері. Синтетикалықтарға қіретіндері алкидтік, эпоксидтік және басқа шайырлар.

Пигменттер қаптауларға әдемі түс беру үшін қолданады сонымен қатар олар қаптаудың атмосфералық, химиялық жоғары температуралық факторларын қүшейтеді. Қаптаулардың физика – химиялық қасиеттерін (қаттылықтың, химиялық беріктіктің ж.б.) жақсарту үшін олардың құрамына толтырғыштар қосады.

Пигменттер және толтырғыштар ретінде ең жиі қолданатындар: ақ түсті (титан диоксиді, литопон, мырышты ағартқылар); сарылар (қорғасын кроны, стронций кроны); қызылдар ( темір қызыл сурик, қорғасын сурик); көктер ( ультрамарин); жасылдар (хром оксиді, жасыл хром); қаралар (газды күйе , мұнай күйе); алюминийлік опаны.

Органикалық бояғыш заттың (пигменттер) ең кең қолданатыны қара түсті (нигрозин және индулин), көктер (монастраль және индантрен), қызыл (литоль - шарлах және қызыл толуидин).

Еріткіштердің негізгі атқаратын жұмысы шайырды немесе басқа қабат құрайтын затты сұйық жағдайға өткізіп жабатын бетте жіңішке қабат алу. Бұл үшін оларды спиртте, бензолда, петролейлік эфирде, ацетонда , скипидарда, майларда және басқа еріткіштерде сұйылтады.

Лак қабыршақтың жұмсақтық және иілгіштік қасиеттерін жоғарылату үшін пластификаторлар қосады [4].

Қаптаулар алу үшін әр түрлі әдістер қолданады: щеткалармен (кисточкамен, шпательмен) көмегімен, батыру, қысылған ауа, электрофорез арқылы т.б.

Дәріс № 6. Механикалық өңдеу әдістерінің түрлері. Химиялық және электрохимиялық жолмен беттік аудандарды майсыздандыру.

Жоспары:

1. Механикалық өңдеу әдістерінің түрлері.

2. Химиялық және электрохимиялық жолмен беттік аудандарды майсыздандыру.

1. Механикалық өңдеу әдістерінің түрлері. Химиялық және электрохимиялық тегістеу. Бұйым бетін гальваникалық және химиялық қаптама алу алдында дыйындау.

Металдармен құймаларға гальваникалық және химиялық қаптамалар алу алдында қапталатын бұйымдарының бетін дайындаудың мақсаты - қаптама алатын металды негізгі металл бетімен жақсы жабысу үшін, қаптаманың бетінің тегіс біртекті болып шығуы үшін, қаптаманың бетінің тегіс біртекті болып шығу үшін, сыртқы түрі әдемі болу үшін жүргізіледі. Гальваникалық цехқа келіп түсетін бұйымдар әдетте әр түрлі ластанған күйде болады.

Таза сапалы қаптамалар алу үшін бұйым беті әр түрлі ластардан (зәңдерден, тотықтардан, майлардан) тазартылады. Егер бұйым беті жақсы тазаланбаса онда алынған қаптама біртегіс болмай, уақыт өткенннен соң қабыршақталып бұзылады, кейде қарайып кетеді. Алынған қаптамалардың дефектілері көп жағдайда бұйым бетін сапасыз дайындаудан туады. Бұйым бетінің бір тегіс болмауы, кедір-бұдыр болуы кей жерлерінде тесіктердің болуы мұндай жағдайда бұйымның коррозияға төзімділігі, беттің әдемілігі сонымен қатар, келесі алынатын қаптаманың сапасы төмендетіледі. Жоғары сапалы қаптама алу үшін қапталатын бұйымдарға, олардын бетінің дайындығына белгілі бір талаптар қойылады. Ол талаптар МЕСТ-қа сәйкес келуі керек. Мысалы: Бұйым бетінің кедір-бұдырлығы МЕСТ-бойынша 4-ші класс дәлдігінен төмен болмауы керек. Бұйым бетін дайындау операциясы, ретті негізгі материалдың табиғатына, бұйымдардың қаптама алу жолына және ластану сипаптына қарай 3-жолмен жүргізіледі: 1-ші механикалық өңдеп тегістеу, жылтырыту, гидрообразивті өңдеу, вибрациялық өңдеу , құммен ысқылау операциялары жатады [5].

Механикалық өңдеу – бетті коррозиялық өнімдерден тазалау үшін қолданылады. Механикалық өңдеу түрін таңдау бұйым бетінің күйіне және қапталатын металдың сипатына қарай таңдалады.

Тегістеу - образив дәндердің көмегімен бұйым бетінің жұқа қабатын, сыпырып алу. Нәтижесінде беттің жұқа қабатын, ой-шұңқырын тегістеп, дефектілері азаяды.

Тегістеу қатты және икемді, созылғыш дөңгелектермен немесе образивті ленталы станоктармен жүргізіледі. Қатты дөңгелектер керамика немесе синтетикалық материалдар негізінде жасалған, образивтерден тұрады.

Икемді, созылғыш дөнгелектер жүннен және басқа текстиль материалдардан жасалады. Ұсақ бұйымдарды тегістеу үшін айналмалы металл барабандары қолданылады. Барабанның ішіне тазаланатын бұйымдарды салып образивті материалдарды қосып айналдырады. Металл тотықтарын тазалауды жеңілдету үшін кейде қышқыл қосады.

Жылтырату- механикалық өңдеудің ең соңғы сатысы ретінде айнадай жылтыраған тегіс бет алу үшін қолданылады .Әдетте жылтыратуды түсті металдардан жасалған бұйымдарды қаптау алдында сонымен қатар Си, Al, Сч қаптамаларын тегістеу үшін қолданылады.

2. Химиялық және электрохимиялық жолмен беттік аудандарды майсыздандыру. Барлық жағдайда металл бетіне қаптама алу процесінің алдында бұйым бетін химиялық майсыздандыру әдісімен өңдеу жүргізеді, яғни бұл дегеніміз минералды майларды, консервационды жағындылар, жылтырату пасталарының қалдықтарын жою болып табылады. Бұйым бетіндегі майлар жануарлар мен өсімдіктер майлары, яғни бұлар жуылатын майлар және минералды майлар болып бөлінеді. Бұл майлар органикалық еріткіштерде, сілтілі ерітінділерде, синтетикалық беттік активті заттарда жақсы ериді.

Майсыздандыру бұйымдарды сұйықтыққа батыру, ерітінді ағынында ұстау немесе бу фазасында өңдеу арқылы жүргізеді. Майсыздандыру үшін жанбайтын органикалық еріткіштер ішінен хлорланған көмірсутектер қолданылады. Олар тетрахлорэтилен және үшхлорэтилен [6].

Бұйым бетін майсыздандыру үшін сілтілі ерітінді де қолданылады. Мұндай майлар майлы қышқылдардың глицеринді эфирлері: палметинді, стеаринді және олеинді. Бұл майлар сілтілермен әрекеттескенде олар жуылады, яғни сабын түзіліп метал бетінен жуылып кетеді:

C₃H₅ (COOR)₃ + 3NaOH = C₃H₅ (OH)₃ + 3RCOONa (10)

Түзілген глицерин және карбон қышқылдарының тұздары суда жоғары температурада ериді. Минералды майлар сілтілі орталарда ерімейді, бірақ олар арнайы заттардың эмульгаторлардың қатысуымен сулы эмульсиялар түзеді. Эмульгаторлар май - ерітінді шекарасында беттік керілуді төмендетеді. Бұл май пленкасының негізгі металдан бөлінуін жеңілдетеді. Эмульгатор ретінде сабын сұйық шыны, органикалық беттік активті заттар, синтанол ДС, сульфанол НП-3.

Әртүрлі маркалы болаттарды майсыздандыруға қолданылатын ерітінді құрамы:

NaOH немесе KOH 5-15 г/л;

Na₃PO₄· 12H₂O 15-35 г/л;

Na₂SO₃ 15-35 г/л;

Эмульгатор 3-10 г/л.

Эмульгаторларды көп қолданбайды, себебі қолданылған, ласталған суларды биологиялық тазалау өте қиын, және олардың құймалары сілтіде жақсы ериді.

Алюминий, мырыш және олардың құймалары сілтілі ерітінділерде оңай ериді. Сондықтан бұл металдарды майсыздандыру үшін концентрациясы төмен құрамында сұйық шынысы бар ерітінді қолданылады, ол кезде метал бетінде бұзылудан қорғайтын пленка түзіледі. Сонымен қатар, техникалық жуғыш заттар да майсыздандыруды жақсы жүргізеді. Әр түрлі жылтыратқыш пасталар ТМС-31, МЛ-51 импульс т.б. жуғыш заттар жақсы тазалайды. Жалпы майсыздандыру процесі металдың ластану табиғатына байланысты жүргізіледі. Сілті ерітінділерде және жуғыш заттарда химиялық майсыздандыру жоғары температурада жақсы жүреді (60-80 ⁰C), себебі температура көтерілген кезде майдың бөліну реакциясы гидролиз тез жүреді және ерітіндінің айналымы жоғарылайды. Майсыздандыру уақыты 5-20 минут. Жоғары жиілікті дыбыс толқыны ультрадыбысты қолданып химиялық майсыздандыру әдісін қолдануға болады. Бұл әдіс төмен сілтілі ерітінділерде өте майда және қиын профильді бұйымдарды майсыздандыруда сағат, медициналық құралдар өндірісінде қолданылады.

Электрохимиялық майсыздандыру. Бұл сілтілі ерітінділерде электр тогының әсерінен металдарды анодта және катодта майсыздандыру. Бұйымның қандай электрод болуына байланысты майсыздандыру анодты және катодты деп аталынады. Электрохимиялық майсыздандыруда қолданылатын ерітінді химиялық майсыздандыруда қолданылатын ерітінді құрамымен бірдей, бірақ эмульгатор қолданылмайды. Процесті 60-80ºС және ток тығыздығы 2-10 А/дм² жүргізіледі.

Мысалы: тазартылатын бұйым катод ретінде алынса, онда мынадай электролитте өткізуге болады, (г/л):

NaOH 10-20

Na₃PO₄·12H₂O 20-40

Na₂SO₃ 3-5

Температура, К 330-350

Ұзақтығы, мин 5-7

Анод- болат, темір никельмен қапталған химиялық әдіске қарағанда бұйымдарды электрохимиялық әдіспен тазартқан әрі тез, әрі тиімді.

Бұл жағдайда электр тогы арқылы электродтағы пайда болған оттегі (анодтық майсыздандыру) немесе сутегі (катодтық майсыздандыруда) бұйым бетіндегі майды кетіруде өте жақсы әсер етеді. Электрохимиялық майсыздандыру химиялық майсыздандырумен салыстырғанда эффективті, себебі электродтардағы бөлінетін газдар сутегі, оттек эмульгатор қызметін атқарады, яғни метал бетімен май тамшыларының байланыстылығы төмендетіледі және сондықтан олардың жоюлығын жылдамдатады. Катодта майсыздандырғанда металдың сутексіздендіруі мүмкін метал сынғыш болып қалады. Сондықтан комбинирленген майсыздандыру процесі жүреді. Катодта 3-10 минут аралықта анодта 1-3 минут. Пружина типті және өте жұқа бұйымдарды сутексіздендіру болдырмау үшін тек анодта 3-10 минут ұзақтығында өңдейді.

Дәріс № 7. Бұйым бетінен оксид қабатын жою. Активтендіру. Жуу.

Жоспары:

1. Бұйым бетінен оксид қабатын жою.

2. Активтендіру. Жуу.

1. Бұйым бетінен оксид қабатын жою. Қаптаған метал бұйым бетінде су, ауа т.б. химиялық заттардың әсерінен осы металдардың оксиді пайда болады. Мысалы: темірден жасалған бұйым бетінде оксидтерді жою үшін көміртекті күкірт қышқылын, тұз қышқылын қолданады. Негізінде оксидті қабықшалардың қоспасы немесе басқа да коррозия өнімдері қоршаған ортаның әсерінен түзіледі. Металдың табиғатына байланысты бұл темірдің, мыстың, алюминидің қоспалары болуы мүмкін. Оксидті қабықша металды алдын ала өңдеу процесінің нәтижесінде де түзілуі мүмкін, мысалы, болат беті термиялық өңдеуден кейін таттың қалың қабатымен жабылуы, ол келесі оксидтердің қоспасынан тұрады: FeO. Fe₂O₃, Fe₃O_4. Мұндай қабықша бұйым бетіне қаптама қондыруға кері әсерін тигізеді. Химиялық татын кетіруді бұйымдарды майсыздандырудан кейін татын кетіру ерітіндісіне салу арқылы жүргізеді.

Көміртекті, төмен- және орта легирленген болаттармен шойындардың татын кетіру үшін тұз қышқылының, күкірт қышқылының және олардың қоспаларын қолданады. Темірдің өзін және оксидтерді еріту келесі реакциялардың жүруімен көрсетіледі:

FeO +H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O (11)

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂ (SO₄)₃ + 3H₂O (12)

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ = FeSO₄ + Fe₂ (SO₄)₃ + 4H₂O (13)

Fe +H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂ (14)

Қатар бойынша екінші және үшінші реакциялар өте жәй жүреді. Көп жағдайда төртінші реакция бойынша таза темірдің еруі байқалады. Бұл процесс сутектің бөлінуімен жүреді. Бөлінетін сутек оксидтерді тотықсыздандырады, сонымен қатар таттың қабатын қопсытып беттік ауданнан бөлініп түсуіне мүмкіншілік жасайды. Күкірт қышқылының 20-25 % концентрациясында темір оксидтерінің максимальді еру жылдамдығы байқалады.

Температураны жоғарылатқан сайын оксид қабықшасының еру жылдамдығы жоғарылайды, сондықтан ерітіндінің температурасын 40-80 ⁰ С-та ұстап тұру қажет. Тұз қышқылын қолданған кезде ерітінді температурасы 40-50 ⁰ С-дан аспауы қажет, ол тұз қышқылының өте жоғары ұшқыштығымен байланысты [6].

Қара металдарды өңдеу үшін практика жүзінде көп жағдайда күкірт (175-200 г/л) және тұз (80-100 г/л) қышқылдарының қоспасын қолданылады.

Қышқылдарда темірлердің еруі металды сутектендіруі мүмкін. Қара металдарды қышқылдарда өңдегенде бөлінетін сутек, металға енеді және ішкі кернеу түзе жиналады; металл борпылдақ болып, оның беріктігі бірден төмендейді. Адсорбцияланған сутекті 2-3 сағат 180-250⁰ С -да бұйымды қыздыру жолымен біртіндеп кетіруге болады. Бөлінетін сутектің мөлшерін азайту үшін ерітіндіге арнайы тежегіштер, ингибиторлар қосылады. Бұл кәдімгі беттік-активті заттар, бұлар өңделетін біттің белгілі бір ауданына адсорбцияланып, металдың еру процесін төмендетеді. Ингибитор ретінде 4М (хинолинді негіздердің қоспасы), БА-6, БА-12 (бензиламиннің уротропинмен конденсация өнімдері), ПБ-5 (анилиннің уротропинмен конденсация өнімдері). Өңдеудің эффективті ингибиторы болып катапин КПИ-Ι (Ν- (н-децил)-3-оксипиридинхлорид) және уротропин (гексаметилентетрамин) болып табылады, олардың құрамы 3-5 және 40-50 г/л мөлшерде ерітіндіге қосыдады.

Болат бұйымдарын күкірт қышқылында өңдегеннен кейін жабық түсті қабықша – шлам түзіледі, оның құрамы магнетит (төмен көміртекті болатта) және цементиттен Fe₃С (жоғары көміртекті болаттарда) тұрады.

Бұл шлам химиялық, электрохимиялық немесе механикалық әдіспен жойылуы мүмкін.

Мыстағы және олардың құймаларындағы оксидтерді кетіру күкірт, тұз және азот қышқылдарының қоспаларында екі жолмен жүргізіледі: алдын-ала өңдеу – оксидтерді жою үшін және глянцелі – беттік ауданды жылтыратып өңдеу.

Татын кетіру ерітіндісінің құрамы мыс балқымасының құрамына байланысты. Алюминий және олардың құймаларындағы оксидтерді 10-15 %-ті сілті ерітіндісінде жояды. Бұл ерітінділерге кейбір жағдайда 20-25 %-ті натрий хлоридін қосады. Одан ары қарай алюминийдің бетін жылтырату үшін бұйымды бірнеше секунд концентрленген азот қышқылында ұстайды.

Бұйым бетіндегі оксид қабатты жою үшін тағы да электрохимиялық әдісті катодта немесе анодта жүргізуге болады.

Металл оксидтерін электрохимиялық әдіспен бұйым бетінен жоюы химиялық әдіске қарағанда жылдам өтеді, өңдеу уақыты және оттектің шығыны азаяды.

Катодты өңдеу - темір оксидтерін электрохимиялық тотықсыздандыруға және көп мөлшерде бөлінетін сутектің күшімен өңделетін бұйымдардан оксид қабықшасының ажырауына негізделген. Бұйымдардың сутектенуін ескере отырып, коррозияға тұрақты болатқа бұл әдісті қолдануға болмайтындығы байқалады.

Анодты өңдеу - металды электрохимиялық өңдеуге және оттектің көпіршіктерімен темір оксидтерінің механикалық ажырауына негізделген.