Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Металлические защитные покрытия от коррозии

31.01.2019


В промышленности широкое распространение получили следующие способы металлических покрытий: гальваническое покрытие, плакирование, металлизация, диффузионный и горячий способ покрытий.

Гальванический способ покрытия состоит в нанесении на поверхность металлических конструкций тонкого слоя другого металла из водного раствора его соли. Этим способом производят покрытия цинком, оловом, кадмием, свинцом, никелем, медью, хромом, серебром, золотом, а также их сплавами. По защитным свойствам гальванические покрытия подразделяют на анодные и катодные.

Анодные покрытия производят металлом, электродный потенциал которого в данной среде ниже электродного потенциала покрываемого металла, т. е. происходит электрохимическое замещение основного металла. Примером анодного покрытия являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия при нарушении их сплошности преимущественно сами разрушаются. Они не боятся царапин и других внешних нарушений слоя.

Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. К катодным покрытиям железных сплавов относятся покрытия оловом, медью, никелем и другими металлами. Катодные покрытия механически защищают основной металл от коррозии. При нарушении сплошности покрытия, т. е. при нанесении царапины, механических повреждениях, разъедания защитные действия катодных покрытий пропадают и происходит интенсивная коррозия основного металла. Защитная способность катодных покрытий зависит главным образом от их сплошности.

Гальванические покрытия металлических изделий производят в гальванических ваннах. Для этой цели производят подготовку поверхности изделий (обдиркой, шлифовкой, полировкой, обезжириванием, травлением и т. д.) для удаления окислов, минеральных масел, жира, шлака, пыли и других загрязнений. В процессе покрытия катодом служит покрываемое изделие, анодом— осаждаемый металл или нерастворимый свинцовый анод. Электролитом являются кислые, щелочные или цианистые растворы. Толщина слоя покрытия составляет 0,005—0,03 мм. При гальваническом покрытии используют постоянный ток. Источниками постоянного тока служат выпрямители и низковольтные мотор-генераторы на 6, 9 и 12 в с силой тока меньше 1500 а.

Плакированием получают биметалл для замены цветных металлов или специальных сталей и для защиты от коррозии металлов и сплавов. Основой (сердцевиной) биметалла служит преимущественно низкоуглеродистая сталь. В зависимости от назначения получают различные биметаллы. Сталь — медь используется в виде листов, лент, проволоки в электропромышленности, машиностроении, бумажной, текстильной промышленностях, для опецизделий и др. Сталь — медноцинковые сплавы (томпак — латунь) используется в виде листов, лент при изготовлении медицинской, лабораторной аппаратуры, в электротехнической промышленности. Обычно латунь применяют с содержанием 70% Cu, 30% Zn и томпак, содержащий 90% Cu и 10% Zn. Биметалл из стали и медноникелевых сплавов применяется для штампованной посуды. Сталь — никель односторонний и двусторонний применяется для тех же изделий, что и биметалл из стали и медноникелевых сплавов.

Биметалл из стали и алюминия используется в химическом аппаратостроении и при изготовлении посуды, не требующей лужения. Сталь — нержавеющая сталь применяется в виде листов для производства аппаратуры для пищевой промышленности.

Биметалл получают главным образом заливкой жидкого металла вокруг основного с последующей прокаткой или непосредственно прокаткой двух соприкасающихся между собой слоев различных металлов.

Для защиты от коррозии легких сплавов применяется плакирование. Плакирование производят чистым алюминием дуралюмина, аллауталя и др. Такое покрытие является анодным. При таком покрытии в случае обновления основного металла в первую очередь будет окисляться алюминий.

Металлизация (цитирование) — нанесение покрытий на поверхность обрабатываемых деталей пульверизацией (распылением) расплавленного металла.

Шопирование применяется для получения покрытий любыми металлами, плавящимися в кислородно-ацетиленовом пламени или в электрической дуге.

Широкое применение нашли покрытия алюминием, свинцом, цинком, кадмием, оловом, медью, бронзой, никелем, а также нержавеющей и углеродистой сталью. Покрытия шопированием производят для защиты поверхности деталей от действия атмосферы и других корродирующих сред, придания поверхности декоративных специфических свойств, например электропроводности, для восстановления изношенных поверхностей, исправления брака отливок, повышенной жаростойкости и т. д.

Сущность шопирования состоит в том, что частицы расплавленного металла из металлизатора (пистолета) выбрасываются с большой скоростью (140—300 м/сек) под давлением воздуха, ударяются о поверхность детали и проникают во все поры, углубления и неровности ее (рис. 62). Поток частиц, оседая на поверхности детали в виде наслаивающихся чушек, покрывает ее твердым слоем.
Металлические защитные покрытия от коррозии

Преимуществом шопирования перед другими способами является возможность покрытия различными металлами крупных конструкций в собранном виде и изделий из любых материалов, а также небольшие затраты на основное оборудование и простота процесса. К недостаткам относится образование значительной пористости, недостаточная прочность сцепления покрытия с поверхностью детали и невысокие защитные свойства против коррозии, а также повышенные потери металла при распылении.

Диффузионное покрытие металлами заключается в совместном нагреве до высокой температуры покрываемых изделий из металла или сплава покрытия в порошке. Этим способом производят аллитирование для покрытия деталей алюминием, хромизацию — покрытие хромом; силицирование — покрытие кремнием или сплавами; хромоаллитирование — хромом, алюминием; хромосилицирование — хромо-кремнием. Диффузионный способ применяется также и для покрытия железа цинком, получивший название шерардизации, с целью защиты против воздействия атмосферы.

а. Аллитированием называется процесс образования диффузионным путем в поверхностных слоях изделия из стали, чугуна или меди жаростойкого сплава этих металлов. Технология аллитирования стальных и чугунных изделий состоит в основном в следующем. После очистки поверхности от загрязнений жирами, ржавчиной изделия загружаются в цементационные ящики с герметически закрывающимися крышками. Перед загрузкой на дно ящика насыпается слой аллитирующей смеси в порошке. Изделия загружают в ящик в несколько рядов и каждый ряд засыпают смесью толщиной 25—30 мм. После загрузки изделий и засыпки их смесью содержимое ящика накрывают железным листом, зазоры между листом и стенками ящика промазываются специальной замазкой. Затем на лист до верхней крышки ящика насыпают чугунную стружку или древесный уголь с песком, после чего ящик закрывают железной крышкой, зазоры между крышкой и ящиком замазывают огнеупорной глиной или обмазкой. В крышке делают отверстия диаметром 3—5 мм дли выхода паров воды во время нагрева.

Ящики с изделиями загружают в печь и постепенно нагревают до температуры 150° С. При этой температуре в течение 30 мин. происходит просушивание содержимого в ящике, после чего температуру печи повышают, пока внутри ящика не создается температура 970—1000°С. При этой температуре дают выдержку в течение 5—6 час. После выдержки печь с ящиками охлаждают до 400—500° С, затем ящики выгружают из печи. Выгруженные ящики в дальнейшем охлаждают на воздухе, не открывая их. С целью устранения хрупкости диффузионного слоя на изделиях после аллитирования их подвергают отжигу. Для этого их повторно загружают в ящики, засыпают смесью древесного угля с песком, ящики герметически закрывают и загружают в отжигательные печи, нагревают до 900° С и при этой температуре охлаждают.

Состав аллитированных смесей рекомендуется следующий: а) для стали, состоящей из 49% порошкообразного сплава железоалюминий, 49% окиси алюминия в порошке и 2% хлористого алюминия; б) для аллитирования чугуна 99,5% (с содержанием железа 43%), сплава железоалюминия в порошке и 0,5% хлористого аммония. При использовании данной смеси глубина диффузионного слоя на чугунных изделиях после 2-часовой выдержки при температуре 975°С составляет 0,08 мм, при температуре 1050° С — 0,15 мм, а после 6-часовой выдержки при этой же температуре глубина слоя увеличивается до 0,25—0,35 мм. Жаростойкость аллитированного чугуна повышается приблизительно в 10 раз.

б. Хромизация является процессом насыщения поверхностных слоев стали хромом путем диффузии при высокой температуре. Диффузии хрома в сталь способствует легкое образование твердых растворов железа с хромом в месте контакта. Сталь после хромизации обладает повышенной стойкостью против коррозии в азотной кислоте, морской воде, в атмосферах, содержащих сернистые газы, сероводород, углекислоту и т. п. Жаростойкость такой стали повышается до температур 750—800° С. С повышением температуры свыше 800° С вследствие обеднения поверхностных слоев хромом (хром диффундирует в сталь) жаростойкость стали резко падает.

Хромизация может быть осуществлена обработкой изделий в твердых материалах, измельченных в порошок (твердая хромизация), а также в атмосфере газов (газовая хромизация). При твердой хромизации изделий используют металлический хром в порошке или феррохром с малым содержанием углерода. Изделия укладывают в железные ящики, засылают смесью, состоящей из порошка металлического хрома или феррохрома, каолина и хлористого аммония. Каолин вводят в смесь для предотвращения ее от спекания. Ящики после загрузки в них изделий и смеси закрывают двойными железными крышками, пространство между последними заполняют чугунной крошкой. Зазоры между крышками и ящиком замазывают огнеупорной глиной, смешанной с жидким стеклом. После этого ящики с изделиями устанавливают в печи и проводят хромизацию. Составы материалов, процессы хромизации и глубина диффузионных слоев приведены в табл. 11.

Газовая хромизация осуществляется следующим образом. В герметически закрывающуюся реторту загружают изделия, хромизирующий материал, порошкообразный металлический хром и феррохром; через реторту пропускают смесь газов хлороводорода и водорода. При температуре около 1000°C происходит взаимодействие железа с образующимся хлоридом хрома. Вытесненный хром диффундирует в поверхностные слон изделия. Толщина образующегося диффузионного слоя находится в прямой зависимости от температуры газовой смеси, продолжительности процесса и обратной зависимости от содержания углерода в стали.

в. Силицирование — процесс насыщения поверхности изделий кремнием при высоких температурах. Изделия из углеродистой стали и чугуна после силицирования приобретают свойства, присущие свойствам железокремнистых сплавов. Повышается их сопротивление окислению при температурах до 850° С, повышается коррозионная стойкость в среде азотной, соляной и других кислот.

Силицированию подвергают изделия из углеродистой стали для кислотопроводов; насосов, перекачивающих кислоты; различной аппаратуры, применяемой в нефтяной, химической, бумажной и других отраслях промышленности, работающих в агрессивных средах.

Силицирование подразделяется на твердое и газовое. Технологический процесс твердого силицирования аналогичен процессу аллитирования в порошке. При твердом силицировании применяют порошкообразные смеси, состоящие из 50—95% ферросилиция (содержащего 75—90% Si), шамота или кварцевого песка. Шамот или песок вводят для того, чтобы не произошло спекания смеси. Иногда в смесь вводят от 2 до 50% поваренной соли или хлористого аммония, способствующих повышению скорости диффузии кремния в железе.

Толщина получаемого диффузионного слоя на изделиях зависит от температуры процесса, времени выдержки изделий в печи и от состава смеси. Например, при температуре 1200° С и выдержке изделия в ,печи в течение 10 час. в смеси, состоящей из 75% ферросилиция, 20% шамота и 5% поваренной соли, глубина диффузионного слоя получается 0,88—0,90 мм. Технологический процесс газового силицирования во многом сходен с газовой хромизацией. Изделия закладывают в герметически закрывающуюся реторту, засыпают порошком карбида кремния, ферросилиция или смесью этих материалов, нагревают до 950—1000°С. В реторту подают хлор или хлороводород. Во время пропускания хлора и хлороводорода в реторте образуются пары хлористого кремния SiCl4, которые взаимодействуют с поверхностью силицируемого изделия. В результате этого взаимодействия протекает обменная реакция вытеснения кремния из SiCl4 железом

Выделившийся атомарный кремний диффундирует в сталь, а пары хлорного железа и непрореагировавший хлор направляются из регорты в вытяжную вентиляцию через водяной затвор. При этом процессе силицирования получают диффузионный слой толщиной 0,51 —1,38 мм.

г. Хромоалитирование и хромосилицирование. Это процессы насыщения поверхностного слоя стали хромом и алюминием, или хромом и кремнием диффузионным путем. Процессы ведут при высоких температурах. Сталь, подвергнутая хромоалитированию или хромосилицированию, становится более жаростойкой, чем сталь, подвергнутая хромизации или силицированию. Например, хромосилицированная сталь жаростойка до температуры 1000°С. а хромоалитированная — до 1050° С. Сущность этих процессов сходна с процессами хромизации и силицирования.

д. Шерардизация — процесс нанесения защитного слоя цинка на стальные детали путем совместного нагрева их с цинковой пылью при температуре, близкой к температуре плавления цинка.

Шерардизация применяется преимущественно для покрытия мелких скобяных изделий и деталей электрооборудования. Покрытия достаточно стойки против воздействия наружной атмосферы, но менее стойки, чем цинковые электролитические покрытия.

Сущность технологического процесса шерардизации состоит в следующем: изделия с очищенной от загрязнений и окислов поверхностью совместно с цинковой пылью и окисью цинка в порошке загружаются в барабан. На 100 кг загружаемых изделий вводится от 5 до 10 кг смеси, состоящей из 90% цинковой пыли и 10% окиси цинка. Окись цинка вводится для того, чтобы смесь не спекалась.

Барабан с изделиями и смесью нагревается в газовой или электрической печи до 440° С. При этой температуре процесс шерардизации длится в течение 2—4 час. После выдержки барабан охлаждают до комнатной температуры и его разгружают.

Процесс шерардизации совершается по обычным для диффузии законам, т. е. слой покрытия тем больше, чем выше температура нагрева и продолжительнее процесс покрытия. При покрытии неответственных изделий (гаек, болтов) толщина 0,05—0,06 мм считается достаточной.

Горячие способы покрытия, подразделяются на цинкование, лужение и свинцевание. Для этого очищенные от загрязнения и окислов детали погружают в ванны с расплавленными металлами и выдерживают их там. Во время погружения и выдержки детали ее поверхности смачивается покрываемым металлом и частично сплавляется с последней. В результате на поверхности деталей отлагается тонкий слой покрытия. Толщина покрытия зависит от продолжительности выдержки и температуры, при которой производится покрытие.

Горячим способом покрывают листовой металл, проволоку, трубы, различные стальные и чугунные детали. Недостатками горячего покрытия являются: трудность регулирования получения равномерной толщины слоя покрытия и невозможность отпуска при покрытии закаленных деталей.

а. Цинкование производят для покрытия листов железа, различных стальных и чугунных деталей. Для этого изделия, подготовленные для покрытия, погружают в ванну с расплавленным цинком. В ванне поддерживают температуру 450—480° С. Во время цинкования на поверхности деталей образуется железоцинковый сплав, внутренний слой которого, обогащенный железом (около 80%), представляет собой интерметаллическое соединение FeZn3, а внешний слой, обогащенный цинком до 20%, является соединением FeZn7. При выгружении изделий из ванны поверх слоя железоцинкового сплава образуется слой чистого цинка с образованием при кристаллизации «цинковых цветов».

б. Лужение применяют для листового железа, пищеварных котлов, различной посуды и др. Для этой цели, например, отожженные железные листы ,подвергают травлению в слабом растворе серной кислоты с целью удаления с поверхности листов пленок и окислов. Травление считается законченным, если поверхность листа приобрела равномерную светло-серую окраску. Перед погружением в ванну для лужения, листы обрабатывают полупроцентной соляной кислотой. Затем листы пропускают через слой расплавленного хлористого цинка для удаления влаги и остатков окислов. После этого их повторно пропускают через слой расплавленного олова при температуре 270—300° С. После покрытия оловом листы еще раз пропускают через жиры, в качестве последних используют хлопковое масло, говяжье и техническое сало. Жировой слой замедляет затвердевание покрытия, что повышает равномерность его распределения по поверхности покрываемых листов.

в. Свинцевание применяют для придания стойкости деталям по отношению к некоторым кислотам и химическим растворам. Например, для получения освинцованной жести ее покрывают сплавами свинца и олова. Вследствие легкого сплавления олова и свинца с железом получается прочное покрытие. Ho освинцованная жесть для упаковки пищевых продуктов не применяется, так как соли свинца ядовиты.

Технологический процесс освинцевания строится по такой же схеме, как и при лужении, с той лишь разницей, что температуру расплава поддерживает в пределах 340—350° С и используют расплав, состоящий из 85% Pb и 15% Sn.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: