Защитные покрытия для металлических поверхностей

Защитные покрытия металлов делятся на металлические и неметаллические. К первым относятся анодные и катодные покрытия, в которые входят гальванические, термодиффузионные, нанесенные газотермическим напылением, погружением в расплав и полученные плакированием.

Неметаллические покрытия включают в себя органические и неорганические материалы, куда входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резины, эмали, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и так далее.

Рассмотрим виды покрытий металлов подробнее.

Неметаллические покрытия

Неметаллические покрытия делятся на органические и неорганические. Их действие сводится к изоляции обработанных поверхностей от воздействия окружающей среды посредством создания тонкой инертной по отношению к агрессивным веществам пленки.

Среди неметаллических защитных покрытий выделяют полимерные и оксидные пленки, эмали, лаки, краски, пластмассы, резины.

Полимерные пленки

На сегодняшний день данный вид покрытий является наиболее популярной альтернативой лакокрасочным материалам, резинам, пластику и оцинковке. Обработанные поверхности приобретают эстетичный внешний вид, а также повышают электроизоляционные, высокотемпературные, противоизносные свойства и срок службы. Кроме этого стоимость нанесения полимерного покрытия достаточно низкая.

Нанесение происходит в три этапа: напыление, термообработка и отверждение.

В качестве напыляемых веществ выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид. Наиболее популярен полиэстер, который широко применяется для обработки металлочерепицы и профнастила.

Полимерные антифрикционные покрытия

Антифрикционные покрытия (АФП) являются разновидностью полимерных покрытий металлов. По структуре эти материалы схожи с красками, где красящий пигмент заменен на высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси растворителей и связующих веществ.

Основу полимерных покрытий может составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие вещества, которые равномерно распределены в среде полимерного связующего: эпоксидной смоле, титанате, полиуретане, акриловых, фенольных, полиамид-имидных и других специальных компонентов.

В качестве примера таких материалов рассмотрим полимерные покрытия MODENGY. Они применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.), деталях двигателей внутреннего сгорания (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка), резьбовых соединениях и крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических деталях автомобилей и других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Применение полимерных покрытий во многих случаях позволяет полностью отказаться от масел и пластичных смазок, создав узел трения, не требующий обслуживания. Материалы наносятся однократно на весь срок службы детали, обеспечивая необходимую защиту и смазывание поверхностей.

Эмалирование

Эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие на поверхности металла, которое получается благодаря высокотемпературной обработке стекловидного порошка. Данный порошок смешивается с водой до нужной консистенции и наносится на поверхность.

Далее производится локальный обжиг детали в печи или при помощи газовой или бензиновой горелки. В зависимости от вида и цвета эмали требуется разная температура обжига, которая составляет от +700 °C до +900 °C. После термообработки на поверхности образуется стекловидный слой, который обеспечивает защиту от коррозии. Следует помнить, что эмаль достаточно хрупкая и легко повреждается при механическом воздействии.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Существует химическое, анодное, термическое, плазменное, лазерное (доступно только на промышленных предприятиях) оксидирование.

Покрытие лакокрасочными материалами, резиной, пластиком

Данные виды покрытий металлов хорошо известны каждому. Их основная задача – защита поверхностей от коррозии и воздействия агрессивных сред. Как правило, у таких покрытий ограниченный функционал в плане термостойкости и износостойкости. Их очень легко повредить.

Основным преимуществом данных покрытий является низкая стоимость и достаточно простая технология нанесения. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы данных покрытий очень зависит от условий эксплуатации деталей, поэтому их не применяют в условиях высоких нагрузок и температур. Чаще всего их используют в качестве декоративного слоя.

Металлические покрытия

Как уже было сказано выше, металлические покрытия бывают анодными и катодными. Для создания первых используются металлы, электрохимический потенциал которых меньше потенциала обрабатываемого металла, а для катодных наоборот, потенциал используемого материала больше, чем у обрабатываемого.

Анодные покрытия благодаря электрохимическим процессам обеспечивают защиту металлических поверхностей от коррозии даже при нарушении целостности слоя.

Катодные покрытия из-за того, что их потенциал выше, чем у обрабатываемого металла, не обеспечивают электрохимическую защиту. Они образуют защитный механический слой, который препятствует попаданию агрессивных сред к основному металлу. По сравнению с анодными покрытиями, катодные лучше защищают поверхности от агрессивного воздействия, но только в том случае, если защитный слой покрытия не имеет повреждений. На чугуне и стали для нанесения катодных покрытий используются такие металлы, как олово, свинец, никель, медь и другие металлы, которые расположены в электрохимическом ряду напряжений правее железа.

Гальванические покрытия

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного слоя, который защищает поверхности от коррозии и окисления, улучшает их износостойкость, прочность, а также придает эстетичный внешний вид. Покрытия, созданные при помощи данного способа, применяются в авиастроении, машиностроении, радиотехнической и электронной промышленности, строительстве.

В зависимости от назначения конкретных деталей гальванические покрытия бывают:

• Защитными, которые служат для изоляции металлических деталей от механических повреждений и воздействия агрессивных сред

• Защитно-декоративными, которые предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и защиты от разрушающих внешних воздействий

• Специальными, которые наносятся для придания обрабатываемым поверхностям улучшенных характеристик – повышенной износостойкости, электроизоляционных и магнитных свойств, твердости и т.д.

Меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение и серебрение, покрытие оловом – все эти операции являются видами гальванических покрытий. Разницу составляет используемый в качестве покрытия материал.

Газотермическое напыление

Газотермическое напыление – это метод переноса расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность при помощи газового или плазменного потока. Покрытия металлов, образованные таким методом, могут быть износостойкими, коррозионностойкими, антифрикционными, противозадирными, термостойкими, термобарьерными, электроизоляционными, электропроводными и т.д. В качестве напыляемого материала служат проволоки, шнуры и порошки из металлов, керамики и металлокерамики.

Существуют следующие методы газотермическогого напыления:

• Высокоскоростное газопламенное напыление. Используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий.

• Детонационное напыление. Применяется для напыления защитных покрытий и восстановления небольших поврежденных участков поверхности.

• Плазменное напыление. Является достаточно энергозатратным методом, поэтом используется для создания тугоплавких керамических покрытий

• Электродуговая металлизация. Менее энергозатратный способ нанесения покрытий, который используется только для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности.

• Газопламенное напыление. Самый простой и недорогой метод в плане внедрения и эксплуатации. Используется для защиты от коррозии крупных площадей поверхности и восстановления геометрии деталей.

• Напыление с оплавлением. Используется в тех случаях, когда нет риска деформации деталей или такой риск оправдан. Метод металлургически связывает покрытие с основанием.

Погружение в расплав

При использовании данного метода подразумевается окунание детали в расплавленный метал, в роли которого выступает олово, цинк, алюминий, свинец. Перед погружением поверхности следует обработать флюсом, который состоит из хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Такая предварительная обработка позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить солевые и оксидные пленки.

Данный метод не слишком экономичен, так как расходуется большое количество наносимого металла, неравномерность толщины покрытия, а также невозможность нанесения в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу и т.д.

Термодиффузионное покрытие

Данный вид обработки поверхностей является анодным по отношению к черным металлам, и обеспечивает электрохимическую защиту стали. Покрытие обладает высокой адгезией с основой, в процессе эксплуатации не отслаивается. Оно также обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и деформации.

Термодиффузионный метод позволяет добиться однородного по толщине слоя даже на деталях сложных форм. Кроме этого такое покрытие очень устойчиво к коррозии и не вызывает водородного охрупчивания металла. В качестве наносимого материала выступает цинк.

Плакирование

Данный метод представляет собой нанесение на поверхности деталей равномерного слоя металла при помощи пластичной деформации и сильного сжатия. Основу технологии составляет холодное сваривание. Чаще всего таким образом создают защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, меди, алюминия и их сплавов.

Плакирование производится при помощи технологий прокатки, экструзии, штамповки, сваривания взрывом.