Металлические защитные покрытия

 

В промышленности широко применяются металлические покрытия для защиты от коррозии конструкционных материалов, для придания поверхности изделий декоративного вида и специальных свойств.

По назначению покрытия подразделяются на защитные, защитно-декоративные, декоративные и специальные. Защитные покрытия предназначены для предохранения поверхности деталей от коррозии. Защитно-декоративные покрытия не только обеспечивают защиту от коррозии, но и придают поверхности декоративный внешний вид. Специальные покрытия придают поверхности определенные свойства (износостойкость, твердость, паяемость, электропроводность, антифрикционные свойства и т.п.).

По характеру защиты металлические покрытия подразделяют на анодные и катодные. Анодные покрытия защищают металлическую поверхность электрохимически по механизму протекторной защиты (см. раздел 3.2.2.), т.к. электродный потенциал металла покрытия более электроотрицателен, чем электродный потенциал металла основы. Например, цинковые покрытия являются анодными по отношению к стали. Катодные покрытия обеспечивают защиту механически, полностью изолируя защищаемую поверхность от коррозионной среды. Например, покрытия из более благородных или пассивирующихся металлов (медь, никель, хром, олово и т.п.) защищают сталь от коррозии при отсутствии пор. В противном случае в порах покрытия происходит локальное разрушение металла основы (язвенная или питтинговая коррозия). Следует избегать контактной коррозии при соединении конструкций, защищенных покрытиями из активных металлов, с незащищенными или с защищенными катодными покрытиями.

Горячий способ получения позволяет наносить покрытия из легкоплавких металлов и сплавов (свинца, олова, цинка, алюминия) на черные металлы, медь и её сплавы путем погружения изделий в ванну расплавленного металла. Это самый старый и довольно дешевый метод. Он позволяет получать толстые (до 1 мм), хорошо сцепленные с основой благодаря протеканию диффузионных процессов, оплавленные покрытия. К сожалению, метод не обеспечивает равномерность покрытий по толщине и довольно опасен в экологическом плане.

Гальванический (электрохимический) способ нанесения применяется весьма широко, т.к. он позволяет получить равномерные по толщине покрытия из десятков металлов и их сплавов (цинк, хром, никель, медь, золото, серебро, бронза, латунь, сталь и т. д.). Гальваническое осаждение производят путем электролиза из водных или неводных растворов, реже из солевых расплавов.

Диффузионный способ - поверхностное насыщение стали (или другого металла) алюминием, хромом, никелем, бором и другими элементами из газовой или порошкообразной среды. Изделие, поверхность которого обогащена легирующими элементами, приобретает высокую коррозионную стойкость, жаростойкость, повышенную износостойкость и твердость. Процесс проводят при высоких температурах (до 1000-1400 oC) в течение нескольких часов.

Металлизация распылением заключается в нанесении расплавленного металла на поверхность защищаемой конструкции при помощи струи газа. Распыление производится при помощи специальных пистолетов-металлизаторов, в которые вводится металлическая проволока или порошок. Расплавление металла происходит под воздействием газокислородного пламени или электрической дуги. Распыленные частицы металла с большой силой ударяют в поверхность металлизируемого предмета и внедряются в её неровности, при этом металлические частицы связываются с поверхностью изделия силами адгезии.

Для распыления используют цинк, алюминий, медь, олово и их сплавы, а также хромоникелевые и другие сплавы.

Метод имеет недостатки: загрязнение воздуха токсичными веществами, значительный шум при работе, опасное для зрения световое излучение. Кроме того, высоки потери металла из-за его испарения и окисления.

Вакуумный способ - покрытия образуются путем напыления тонких металлических пленок в вакууме. Толщина покрытия из благородных металлов и платиноидов (золото, серебро, платина, иридий) составляет 0, 01¸ 0, 5 мкм, а для цинка, алюминия и меди достигает 75 мкм.

Напыляемый металл помещается в тигель из платины, молибдена или вольфрама, разогревается электрическим током в вакууме до температуры кипения. Пары металла оседают на поверхности изделия, подвешенного над тиглем, образуя тонкий, гладкий и плотный, хорошо сцепленный с основой слой.

Вакуумные покрытия широко используют в электронике и ювелирном деле.

Разновидностью вакуумного напыления является катодное напыление, при этом покрываемый предмет размещается в электрическом поле вблизи катода.

Плакирование - получение металлических покрытий при помощи давления.

Один из способов плакирования - совместная прокатка металла основы с металлом покрытия, выполненным в виде тонкого листа. Вместо листа под вальцы можно подавать расплавленный металл, образующий покрытие, и затем развальцовывать его на основе.

В больших масштабах используют плакирование взрывом и путем наплавки металла на основу (в том числе и методом сварки).

Выпускаются разнообразные биметаллы: углеродистая сталь, плакированная нержавеющими хромоникелевыми сталями, медью, никелем и их сплавами; дюралюминий, плакированный алюминием высокой чистоты и др.

Химическое нанесение покрытий на поверхность металлов или неметаллов производят путем химического восстановления из растворов. В состав ванны входят катионы осаждаемого металла (Ag, Ni, Co, Sn, Cu, Au, Pt, Pd, Rh) и восстановитель - например, гипофосфиты, гидразин, формальдегид, гидроксиламин и др. Покрываемую поверхность активируют специальными добавками (сенсибилизаторами). Покрытия хорошо сцеплены с основой, имеют малую пористость и высокую коррозионную стойкость.