9.2.3 Защитные покрытия на неорганической основе

В группу покрытий на неорганической основе входят такие как оксидные, фосфатные и стеклоэмалевые.

Оксидные покрытия. Многие металлы окисляются кислородом воздуха с образованием на поверхности оксидных пленок. Естественные оксидные пленки не всегда обладают защитными свойствами из-за их рыхлости и неравномерного распределения по поверхности. При определенной химической или электрохимической обработке металлов можно на их поверхности создать искусственные пленки с высокой коррозионной стойкостью. Оксидные покрытия получают методом оксидирования. Для создания таких покрытий используют кислотный, щелочной или бесщелочной способ оксидирования.

Кислотное оксидирование осуществляют в смеси соляной и азотной кислот с добавлением окалины железа при температуре 35^оС в течение одного часа. Для щелочного оксидирования готовят раствор, состоящий из едкого натра, азотнокислого и азотистокислого натрия. Процесс протекает при температуре 140^оС в течение 20 - 60 минут. Бесщелочное — проводят в растворе азотнокислого кальция и перекиси марганца при температуре 100^оС в течение 30 - 40 минут.

Оксидирование может быть осуществлено химическим или электрохимическим способами. В результате такой обработки на поверхности стали образуется черная блестящая пленка из оксида Fe₃O₄ толщиною 0,6 - 3 мкм. Оксидная пленка пориста, поэтому для повышения защитных свойств ее промасливают, погружая изделие в горячую смазку.

Электрохимическое оксидирование стали проводят в щелочных растворах при температуре 60 - 80°С и анодной плотности тока 2 - 5 А/дм². В качестве катода используют свинцовые пластины.

Алюминиевые сплавы оксидируются химическим и электрохимическим способами. Оксидная пленка Аl₂O₃ хорошо защищает сплав от атмосферной коррозии, служит прекрасным грунтом под лакокрасочные покрытия, прочно адсорбирует анилиновые красители и окрашивается ими в различные цвета, что используется в декоративных целях. Пленка отличается достаточной твердостью, износостойкостью и обладает высокими электроизоляционными свойствами.

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют погружением детали на 5 - 10 мин при температуре 90 - 95°С в щелочной хроматный раствор, г/л: Na₂CO₃ (50); NаОН (2,5); Na₂CrO₄(15). Химическое оксидирование алюминиевых сплавов целесообразно применять для деталей сложной конфигурации с труднодоступными внутренними поверхностями.

Электрохимическое оксидирование получило название анодирования. Чаще всего анодирование алюминиевых сплавов проводят в 20%-м растворе H₂SO₄ при 20^оС и анодной плотности тока 1 - 2 А/дм².

Оксидирование — один из эффективных способов повышения коррозионной стойкости магниевых сплавов. Его осуществляют в хромово-кислых электролитах.

Оксидированию подвергают углеродистые стали и сплавы на основе алюминия и магния с целью защиты их от атмосферной коррозии.

Фосфатные покрытия. Для получения фосфатных покрытий применяют способ фосфатирования. Фосфатирование — обработка стальных деталей в растворах фосфорной кислоты и ее солей марганца, железа, цинка, кадмия. Обычно фосфатирование ведут при температуре 96 - 98 °С погружением изделий в раствор, состоящий из фосфорнокислого марганца и фосфорнокислого железа, носящего название «Мажеф». Этот раствор нагревают до температуры 90-100 ^оС. Продолжительность фосфатирования составляет от 1 до 2-х часов. В результате этого на поверхности образуется пленка на основе 2-х и 3-х замещенных нерастворимых фосфатов. Толщина пленки меняется в зависимости от режима и состава раствора. Она может составлять от 2-5 до 10-15 мкм. Сама фосфатная пленка не обладает высокими антикоррозионными свойствами так как пориста и используется в качестве защитной в сочетании с пропиткой ее маслами или в качестве грунта под лакокрасочные покрытия. Фосфатирование применяют для создания антифрикционных покрытий, с целью уменьшения износа деталей машин, работающих при трении. Фосфатные пленки сохраняют защитные свойства при температуре до 500°С. Такие покрытия не смачиваются расплавленным металлом, что позволяет использовать их в металлургии и машиностроении.

Стеклоэмалевые покрытия. Стеклоэмалевые покрытия используют для защиты от коррозии аппаратуры, работающей при повышенных температурах, давлении и в сильно агрессивных средах. Они представляют собой стекла, наплавленные на металл с образованием прочно сцепленного твердого слоя, устойчивого ко многим абразивным и агрессивным средам. Коррозионная стойкость и высокая прочность сцепления покрытия определяются главным образом химическим составом фритты — исходного материала для стеклоэмалирования. В зависимости от назначения они делятся на хозяйственные (бытовая посуда, санитарная техника) и химически стойкие, применяемые для защиты химической аппаратуры. В зависимости от назначения готовится фритта разнообразного состава, но она содержит стеклообразующие материалы (SiO₂, B₂O₃ и др.), плавни (сода, мел, поташ, бура и др.), красящие вещества (МпO₂, Сr₂O₃) и вещества, увеличивающие адгезию эмали. Получают фритту плавлением исходных компонентов при температуре 1100 - 1450^оС. Плавление продолжается до образования однородного расплава, хотя в отличие от стекольного расплава в нем допускается содержание некоторого количества воздушных пузырьков. Cтеклоэмали делятся на грунтовые (более тугоплавкие) и покровные. Грунтовые эмали наносятся непосредственно на поверхность изделий с целью улучшения адгезии. Для нанесения грунтового покрытия, как правило, используется суспензия стеклоэмалевого порошка в воде. Грунтовая эмаль, нанесенная на поверхность изделия распылением или обливом, сушится при температуре 60 - 80°С, а затем обжигается при температуре 850 - 900°С до получения гладкой блестящей поверхности.

Покровные эмали наносят сухим или мокрым способами. Сухой способ состоит в том, что вынутая из печи деталь после обжига грунтовой эмали, сразу же обсыпается сухим порошком покровной эмали. При контакте порошка с горячей поверхностью происходит его размягчение и прилипание, а при последующем обжиге образуется однородный слой покровной эмали. Мокрый способ состоит в том, что на остывшую грунтовую эмаль, обливом или окунанием детали наносится водная суспензия покровной эмали. После ее сушки деталь снова помещают в печь, где эмаль обжигается. Эмалевые покрытия должны быть гладкими, блестящими, однородными, не иметь трещин, отслаивания, пузырей и других дефектов.

Стеклоэмалевые покрытия стойки к минеральным и органическим кислотам, солям, газовым средам, но разрушаются горячими растворами концентрированных щелочей, плавиковой кислоты и рядом фтористых соединений. Они обладают высокой твердостью, износостойкостью и абразивостойкостью. К недостаткам этих покрытий следует отнести: во-первых не выдерживают резких перепадов температур, во-вторых не выдерживают ударных нагрузок.