Металеві захисні покриття

Принцип захисту від корозії за допомогою металевих покриттів.

Припустимо, що нам необхідно захистити сталеву поверхню від корозії. При утворенні мікрогальваніческого елемента руйнується метал-анод (див. Рис. 1).

Мал. 1. Корозійний гальванічний елемент

Отже, потрібно вибрати такий метал покриття, який би захистив від руйнування основу. По відношенню до заліза анодним покриттям в атмосферних умовах є цинкове. Отже, в замкнутому мікрогальваніческом елементі розчинним електродом є цинк. При пошкодженні покриття, наприклад появі подряпини, забоїни (рис. 3) в утворену порожнину проникає волога. При цьому утворюється гальванічна пара, в якій обидва електроди з'єднані безпосередньо. Електролітом в цьому випадку служить водний розчин солей, що містяться в атмосферної вологи. В процесі функціонування мікрогальваніческого елемента руйнується цинк, зберігаючи основу. На цьому і грунтується широке застосування цинкових покриттів для захисту сталевих виробів від корозії.

Застосовують також і інші метали для поверхневої захисту від корозії: кадмій, олово, свинець, хром, нікель і ін.

Металеві покриття дуже поширені тому, що вони не тільки захищають основу від корозії, до і надають поверхні ряд важливих і корисних властивостей: зносостійкість, твердість.

Мал. 2. Види корозійних поразок

Мал. 3. Руйнування цинкового покриття, що захищає залізо

Для електропроводів за допомогою покриття оловом домагаються хороших умов для пайки. Блискучі металеві покриття широко застосовують для поліпшення декоративного виду виробів. За допомогою металевих покриттів відновлюють форму і розміри зношених деталей.

Методи нанесення металевих і окисних покритійна металліческуюоснову.

Існує кілька методів нанесення металевих-чеських покриттів на металеву поверхню деталей; гарячим методом (занурення в розплав), термомеханическим методом (плакуванням), напиленням, гальванічним і хімічним методами.

Гарячим методом наносять плівку, занурюючи деталь в ванну з розплавленим металом. У цьому випадку використовують метали з низькою температурою плавлення, наприклад олово і свинець. Гарячим способом наносять покриття на готові вироби. У авіаконструкцій найчастіше цей метод застосовують для лудіння електропроводів. Істотний недолік цього методу - неможливість отримання гарантованої товщини покриття, а також велика витрата наноситься металу.

Термомеханический метод (плакування) використовують для захисту від корозії основного металу або сплаву іншим металом або сплавом, досить стійким до впливу навколишнього середовища. З'єднання металів покриття і основи отримують прокаткою. На основний аркуш (або інший вид прокату) металу накладають тонкий лист захисного металу і в гарячому стані здійснюють прокатку за допомогою валків. В цьому випадку утворюється дуже міцне з'єднання 'двох металів за рахунок взаємної дифузії. У авіаконструкцій часто застосовують плакірованіе технічно чистим алюмінієм. На ньому утворюється захисна окісна плівка, що оберігає основний метал від корозії. Товщина плакуючого шару коливається від 3% і вище товщини захищається металу. В авіабудуванні застосовують плаковані листи і стрічки.

Напилення (металізація) - процес нанесення розплавленого металу на поверхню виробу. Він може здійснюватися стисненим повітрям або інертним газом. Суть методу з використанням стисненого повітря полягає в тому, що частинки розплавленого металу, рухаючись великою швидкістю, разом з повітряним потоком вдаряються об поверхню, що захищається металу, зчіплюються з нею, утворюючи металеве покриття. У електрометаллізаторе (рис. 4) з допомогою з пеціально пристрою подається дріт 2 до сопла корпусу 1, де електричною дугою 3 дріт розплавляється і краплі розпорошено-ного металу підхоплюються струменем стисненого повітря, що проходить по направляючої трубці 4. Не встигли застигнути краплі рідкого металу прилипають до поверхні металізуюча деталі. У цього методу є два суттєвих недоліки. По-перше, покриття виходить пористим, оскільки застиглі металеві крапля лягають один на одного. По-друге, адгезія покриття щодо основи досить слабка, тому що гаряча крапля малого обсягу, б'ючись об холодну поверхню, остигає швидко і міцна взаємна дифузія не встигає відбутися. У зв'язку з цим напилення за допомогою стиснутого повітря в авіабудуванні знаходить обмежене застосування.

Мал. 4. Схема пристрою металізатора

Найбільш поширене напилення за допомогою плазми. Вона утворюється в області електричної дуги, крізь яку пропускається нейтральний газ, наприклад аргон (рис. 5). Таким чином, в плазмовий струмінь 2. виходить з плазмотрона 1, подається по трубопроводу 3 аргон. В струмінь аргону через трубопровід 4 подають порошок металу, який ми хочемо напилити. Разом із струменем 5 цей порошок подається до поверхні, що покривається деталі 6. Практика показала, що плазмового напилення - вельми ефективний спосіб металізації.

Мал. 5. Схема напилення за допомогою плазми

Мал. 6. Схема детонаційного напилення

Гальванічний метод нанесення покриттів має ряд переваж-вин в порівнянні з іншими. Гальванічні покриття характери-ються хорошими фізико-хімічними і механічними властивостями: підвищеними зносостійкість і твердістю, малою пористістю, високу корозійну стійкість. При гальванічному методі є можливість точно регулювати товщину покриття. Покриття-тя деякими металами можна здійснити тільки цим методом. Тому він отримав досить широке поширення.

Принцип нанесення покриття гальванічним методом заснований на використанні електролізу. Він заснований на електролітичній Діссен-циации, при якій в електроліті при розчиненні будь-якої солі утворюються іони. Іони в розчині, як і молекули, рухаються хаоті-но. При підключенні джерела струму до електродів, опущеним в такий розчин, виникає спрямований рух заряджених іонів. Позитивні іони рухаються до негативного електроду - катода, тому їх називають катіонами. Негативні іони - аніони - дви жутся до позитивного електрода - анода. Отже, на відміну від електричного струму в металевих провідниках, що представляє собою рух електронів в одному напрямку, електричний струм в електролітах являє собою спрямований рух іонів в розчині під дією електричного поля в їх напрямках: позитивних іонів до катода і негативних анода.

Розглянемо конкретний приклад. Нехай в електроліті розчинений мідний купорос CuSO 4 (рис. 7). У гальванічної ванні 1 CuS 0 4 розпадається на два іони: позитивний (Cu ++) і негативний (SO 4 -). Покривається деталь 2 підвішена на штанзі 3, з'єднаної з катодом. Анодна пластина 4 підвішена на штанзі 5. З малюнка видно, як іон 1 (катіон) підходить до деталі 2. Тут він отримує відсутні електрони, перетворюючись в нейтральну молекулу Cu. Так відбувається покриття деталі міддю - меднение.

Мал. 7. Гальванічна ванна з електролітом на основі мідного купоросу

Анодне покриття при виникненні корозійної гальванічної пари руйнується, зберігаючи основу.

Катодне покриття захищає основу - воно не дає доступу корозійно-агресивного середовища до захищається металу. При механічному порушенні цілісності захисного нікелевого покриття (катода) 1 (рис. 8) руйнується залізна деталь 3 (анод), продукти корозії 2 можуть розташовуватися під покриттям. В цьому випадку в процесі експлуатації дуже важливо не пошкоджувати анодне покриття.

Мал. 8. Руйнування заліза - анода, покритого нікелем - катодом

Будь-яке гальванічне покриття буде міцно пов'язане з основою тільки в тому випадку, якщо поверхня, що покривається ретельно підготовлена - очищена від бруду, жирових плям, окисних плівок. Тому виробничих дільниць для підготовки деталей під покриття приділяється велика увага. Чистота обробки поверхні, відсутність пір, раковин і інших пошкоджень сприяє утворенню більш довговічного та надійного покриття.

Хромування дозволяє отримати високу твердість покриття, низький коефіцієнт тертя, високу зносостійкість і корозійну стійкість. Незважаючи на те, що хром відноситься до електронегативним металів, він може сильно пасивуватися, завдяки чому набуває властивостей благородних металів. Пасивна полон оксидів оберігає хромове покриття від потускнения.

Осадження хрому на катоді проводиться з електроліту, що містить в якості основного компоненту не сіль, як в більший гальванічних процесів, а хромовий ангідрид. Часто хром покриття виходить пористим. При цьому сам хром є катодом. Перед хромуванням наносять подслой міді і нікелю.

Цинкування дає можливість отримати анодное цинкове покриття, переваги якого описані вище. Широке примение такого покриття обумовлено дешевизною цинку. Існує велика кількість електролітів, що застосовуються для цинкування. Однак всіх випадках застосовують ті чи інші солі цинку.

Кадміювання застосовують для захисту від корозії чорних металів. Кадмій хімічно більш стійкий, ніж цинк. Однак якщо цинкове покриття майже завжди є анодним, то кадмії може змінювати свій характер. При одних умовах воно може анодним, при інших - катодних. Кадмієві покриття досить пластично, що зумовило його застосування для захисту від корозії деталей різьбових з'єднань.

До істотних недоліків кадмиевого покриття відноситься що при контакті з різними мастильними та паливними матеріалами, що містять сірчисті з'єднання, а також з деякими пластмасами, що виділяють газоподібні продукти, кадмій досить швидко руйнується. Ось чому кадмірованние деталі в авіабудуванні не застосовують під паливних системах.

Хімічні способи нанесення металів засновані на можливості хімічного відновлення іонів, що містять метал, до чистого металу. Найбільш поширений спосіб хімічного нікелювання. Таке покриття добре захищає метал від корозії.

Основною перевагою хімічного нікелювання є можливість осадження нікелю рівномірним шаром на деталях практично будь-якої конфігурації і навіть на внутрішніх стінках труб.