Защитные покрытия

Цинкование

Цинкование применяется для защиты черных металлов от коррозии. Осадок цинка с течением времени заметно темнеет, т. к. он покрывается налетом основных углекислых солей. Этим объясняется невозможность использования цинка как декоративного покрытия. Цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому цинковое покрытие обеспечивает электрохимическую защиту черных металлов от коррозии. В настоящее время наиболее распространенными способами нанесения цинка являются:

1. горячий способ покрытия;
2. электролитический способ.

Горячий способ цинкования заключается в погружении предварительно подготовленных изделий в расплавленный цинк при температуре 450-480°С.

Образование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком. Толщина покрытия на отдельных участках из-за наплывов колеблется в значительных пределах (50-150 мкм.), и точная регулировка его невозможна. Горячий способ не может быть применен для покрытия изделий с точными допусками и в тех случаях, когда высокая температура может изменить свойства изделия. Этот метод широко применятся для цинкования изделий, имеющих внутренние закатанные швы (ведра, тазы, баки и пр.), а также для цинкования труб, листов, проволоки, кузовов автомобилей.

Электролитический метод является более совершенным для осаждения цинка. Экономия металла при гальваническом способе по сравнению с горячим способом доходит до 50%, высокая степень чистоты осажденного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость. В зависимости от условий эксплуатации толщина покрытия может быть от 5 до 35 мкм. Наиболее широкое применение при цинковании получили кислые, сернокислые и щелочные цианистые ванны. Сернокислые электролиты применяются для покрытия изделий простой формы: листов, ленточной проволоки и пр.

В качестве анода применяются пластины из чистого металлического цинка (99, 85-99,9%). С применением органических добавок осадки цинка становятся более мелкозернистыми и приобретают полублестящий серебристый оттенок.

Цианистые электролиты применяют для покрытия изделий, имеющих сложную форму. При этом образуется мелкокристаллический осадок цинка, который обладает более высокими прочностными и защитными свойствами. Цинковое покрытие хорошо защищает стальную основу от коррозии, но само довольно быстро коррозирует в атмосфере, образуя рыхлый налет основных углекислых солей цинка.

В ряде случаев наблюдается не только электрохимическая коррозия цинка, но также и химическая коррозия в результате взаимодействия последнего с парами различных летучих органических веществ. Образующиеся на цинковом покрытии продукты коррозии легко осыпаются и могут вызвать нарушение работы приборов и механизмов. Для повышения антикоррозийной устойчивости цинковых покрытий применяют процесс пассивирования в растворах хромовой кислоты или ее солей. Образующаяся хромовая пленка представляет собой ряд соединений хрома и цинка. Защитные свойства хромовой пленки практически не изменяются даже при наличии на ней механических повреждений (царапин, рисок и пр.).

После хромового пассивирования покрытие приобретает зеленовато-желтую окраску с радужным оттенком. В некоторых случаях, например, при следующем нанесении лакокрасочных покрытий, применяют фосфатирование, которое хорошо обеспечивает сцепление лакокрасочного покрытия с цинковым подслоем.

Фосфатирование

К неметаллическим неорганическим покрытиям, состоящим из неорганических соединений металлов, относятся фосфатные, оксидные, хроматные и другие покрытия. Фосфатные пленки, создаваемые на поверхности металлических изделий, обладают целым рядом свойств, в числе которых:

• повышенная коррозийная стойкость;
• адгезионная способность;
• маслоемкость;
• электроизоляционные качества;
• антифрикционные свойства;

Цвет фосфатного покрытия от светло-серого до черного.

Химическому фосфатированию могут подвергаться углеродистые, низколегированные и среднелегированные стали, чугун, алюминиевые и магниевые сплавы, цинковые, кадмиевые покрытия и др. Сущность химического фосфатирования состоит в обработке металлов и сплавов в подкисленных растворах однозамещенных фосфатов или монофосфатов железа, марганца, цинка и др.

Процесс химического фосфатирования обусловлен гидролизом однозамещенных фосфатов металлов, в результате чего устанавливается равновесие между одно-, двух-, трехзамещенными фосфатами металлов и фосфорной кислотой. Образующаяся при этом свободная фосфорная кислота в процессе фосфатирования взаимодействует с основным металлом, в результате чего образуются труднорастворимые двух-, трехзамещенные фосфаты, являющиеся основной составляющей частью фосфатных пленок. На состав фосфатных пленок большое влияние оказывает вид катионов фосфатирующего раствора.

Образующийся фосфат железа не окисляется кислородом воздуха, поэтому фосфатные пленки обладают высокими защитными свойствами. В зависимости от подготовки поверхности металла, пленки могут иметь разные размеры кристаллических структур. Наиболее высокими защитными свойствами обладают мелкокристаллические пленки. Крупнокристаллические пленки имеют низкие защитные свойства. Фосфатные пленки повышают адгезию лакокрасочных, клеевых и других подобных покрытий, это свойство является основной причиной для фосфатирования крепежных деталей. Высокая прочность сцепления лакокрасочного покрытия с фосфатной пленкой и повышение ее защитных свойств связаны со структурой фосфатных покрытий. Связь между фосфатной пленкой и металлом является молекулярной. Структура фосфатной пленки определяет ее пористость, маслоемкость и антифрикционные свойства.

Дополнительная обработка повышает защитные свойства фосфатных пленок. Такая обработка производится в растворах соединений хрома, промасливанием, гидрофобизированием и окраской. Промасливание фосфатированных деталей обычно производится веретенным или авиационным маслом,  нагретым  до  100-110°С.  

Гидрофобизирование заключается в получении на поверхности деталей тонкой водоотталкивающей (гидрофобной) пленки. Под маслоемкостью понимают степень поглощения фосфатной пленкой наносимого на нее масла. Фосфатная пленка увеличивает степень поглощения масла примерно в 2 раза. Повышение защитных свойств промасленной фосфатной пленки можно характеризовать следующим примером: если на нефосфатированной стали в коррозионной камере (разбрызгивание 3% - го раствора хлорида натрия) обнаруживается коррозия через 0,1 ч., то на фосфатированной и промасленной через 40-48 ч.

Наличие на поверхности основного металла фосфатных пленок, накопленных маслом или парафином, резко снижает коэффициент трения. При испытании нефосфатированной, подвергнутой шлифованию стали, при напряжении 0,047 Мпа, схватывание наступает сразу, в то время, как фосфатированная сталь в паре с такой же сталью без смазывания удовлетворительно работает в течение 95 мин. При смазывании фосфатированной стали парафином схватывание происходит не раньше, чем через 50 ч. Фосфатные пленки обладают диэлектрическими свойствами, что позволяет использовать фосфатирование для получения электроизоляционного покрытия на деталях трансформаторов, генераторов и т.п.

Пропитка фосфатных пленок масляными и бакелитовыми лаками значительно повышает пробивное напряжение. Фосфатные пленки не смачиваются расплавленными металлами.

Для фосфатирования стальных деталей низкой и средней прочности (1400 Мпа) широко используется раствор соли Мажеф. Исходными компонентами для составления раствора является монофосфат марганца и железа, который называется препаратом Мажеф. Толщина фосфатной пленки, образующейся в растворе соли Мажеф, может достигать 7-50 мкм.                      Фосфатные пленки имеют большую прочность сцепления со сталью, микропористую структуру, высокие электроизоляционные свойства (пробивное напряжение достигает 1000 В).

Жаростойкость и электроизоляционные свойства фосфатных пленок сохраняются примерно до 500° С. После нагревания до 350°С фосфатная пленка теряет часть кристаллизированной воды, в результате чего ее структура изменяется, и защитные свойства снижаются в 2-3 раза. При фосфатировании высокопрочных сталей в указанном выше растворе обнаруживается коррозионное растрескивание в области упругих растягивающих напряжений. Для избежания подобных явлений применяют цинк-фосфатные ванны. Для массового фосфатирования крепежных и мелких деталей используют ванны с вращающимися барабанами, применяемые в гальванических процессах. Загрузка барабана составляет40-50 кг. деталей.

Стандартным защитным покрытием соединительных элементов является гальваническое цинковое покрытие с белым или желтым пассивированием. Защитные свойства и срок действия покрытия  зависят в значительной степени от его толщины.

Повышение коррозионной стойкости защитного покрытия достигается путём увеличения его толщины и дополнительной обработки - хромированием (пассивированием). Пассивирование применяется также в декоративных целях. Покрытия золотисто - желтого цвета обладают повышенной коррозионной стойкостью по  сравнению со светлым покрытием (бесцветным).