Захисні антикорозійні покриття металеві покриття




Скачати 388,28 Kb.
Сторінка1/4
Дата конвертації09.11.2017
Розмір388,28 Kb.
  1   2   3   4


ЗАХИСНІ АНТИКОРОЗІЙНІ ПОКРИТТЯ

Металеві покриття.

До захисних металевих покриттів пред'являються наступні основні вимоги: вони повинні бути суцільними, непроникними, володіти високою міцністю зчеплення з основним металом, високою твердістю, зносостійкістю і рівномірно розподілятися по всій поверхні, що захищається.

Розрізняють наступні методи нанесення захисних покриттів:


  1. гальванічний;

  2. дифузійний;

  3. розпилювання (металізація);

  4. занурення в розплавлений метал (гарячий метод);

  5. механо-термічний (плакування).

По механізму захисту розрізняють металічні покриття анодні і катодні. Метал анодних покриттів має електродний потенціал більш негативний, ніж потенціал металу, що захищається. У разі застосування анодних покриттів не обов'язково, щоб воно було суцільним. При дії розчинів електролітів у виникаючому корозійному елементі основний метал—покриття основний метал є катодом і тому при достатньо великій площі покриття не руйнується, а захищається електрохімічно за рахунок розчинення металу покриття. Прикладами анодних покриттів є покриття заліза цинком і кадмієм. Анодні покриття на залізі, як правило, володіють порівняно низькою корозійною стійкістю і придатні тільки для захисту апаратури і споруд від атмосферної корозії або від дії води.

Катодні металеві покриття, електродний потенціал яких більш електропозитивний, ніж потенціал основного металу, можуть служити надійним захистом від корозії тільки за умови відсутності в них пор, тріщин і інших дефектів, тобто за умови їх суцільності, оскільки вони механічно перешкоджають проникненню агресивного середовища до основного металу. Прикладами катодних захисних покриттів є покриття заліза міддю, хромом і іншими більш електропозитивними металами.



Гальванічні покриття.

Принципи отримання гальванічних покриттів засновані на осадженні на поверхні металів, що захищаються, катіонів з водних розчинів солей при пропусканні через них постійного електричного струму від зовнішнього джерела. Метал, що захищається, при цьому є катодом, а анодами служать пластини осаджуваного металу (розчинні аноди) або пластини графіту або металу, нерозчинного в електроліті (нерозчинні аноди). В першому випадку при замиканні електричного ланцюга метал анода розчиняється, а з розчину на катоді виділяється така ж кількість металу, так що концентрація розчину солі в процесі електролізу практично не змінюється. При проведенні процесу з нерозчинними анодами постійну концентрацію розчину підтримують періодичним введенням необхідних кількостей відповідної солі.



Так, наприклад, при пропусканні струму через водний розчин сірчанокислого нікелю із застосуванням нікелевих розчинних анодів на катоді протікають наступні реакції:

Ni2+ + 2e Ni;

H++ e H

На аноді відбувається перехід нікелю у вигляді іонів в розчин і розряд аніонів розчину:



Ni Ni2+ + 2e

4ОН--2О + О2 + 4е

При електролітичному осадженні кількість осаду, що виділяється, прямо пропорційна кількості електрики ,що пройшла через розчин. Для виділення 1 гекв будь-якого металу затрачується 96,5103 К електрики. Кількість металу, що виділяється на катоді постійним струмом силою 1 а протягом години, називається електрохімічним еквівалентом.

На основі законів Фарадея неважко підрахувати, яка кількість металу повинна осідати на катоді при проходженні через розчин солі певної кількості електрики, або яка кількість металу перейшла в розчин при розчиненні анода. Проте практичні дані завжди менше теоретичних. Це пояснюється тим, що на виділення металу затрачається лише частина протікаючого через систему струму, решта струму витрачається на побічні електрохімічні процеси, наприклад на виділення водню на катоді або (у випадку анодного розчинення) на розряд іонів ОН на аноді і т.п.

Гальванічні покриття, разом з великими достоїнствами (рівномірний розподіл по поверхні виробу, що захищається, можливість отримання покриття заданої товщини і ін.), мають також і деякі недоліки, до числа яких відноситься пористість покриття, що обмежує їх застосування в хімічному машинобудуванні.

Анодні захисні покриття (цинкові і кадмієві) можуть захищати сталеві конструкції від корозії у воді (водопровідні труби) і в розчинах нейтральних солей або від атмосферної корозії (покрівельне залізо). В агресивніших умовах ефективність цинкових або кадмієвих покриттів невелика внаслідок високої розчинності цих металів.

Катодні покриття, що мають потенціал більш позитивний, ніж потенціал вуглецевої сталі, захищають сталь тільки механічно, поки покриття суцільне. З таких покриттів представляють інтерес нікелеві, хромові і свинцеві покриття. Нікелеві покриття володіють стійкістю в лужних середовищах і знайшли застосування для захисту ванн при електролізі води. Нікелеві і хромові покриття служать також хорошим захистом від атмосферної корозії.

Хром жаростійкий, має вельми низький коефіцієнт тертя, високу твердість і володіє високою стійкістю на знос. Так зване пористе хромування використовується в хімічному машинобудуванні для збільшення терміну служби деталей, що піддаються дії високих температур або механічному зносу (наприклад, штоків компресорів високого тиску, штампів, матриць, прес-форм і т.п.).

Свинцеві покриття одержувані гальванічним шляхом, відрізняються великою чистотою і високою корозійною стійкістю. Свинець в гальванічній парі Fe—Pb є катодом. Він оберігає залізо від корозії, утворюючи щільне покриття тонкокристалічної структури. Має значення також високе перенапруження водню на свинці.

Дифузійні покриття.

Дифузійні покриття володіють порівняно високою корозійною стійкістю і мають ряд переваг перед гальванічними покриттями. Дифузійні покриття одержуються в результаті насичення поверхневих шарів металу, що захищається, атомами металу, яким захищають, і дифузії останніх в глибину металу, що захищається, при високих температурах, тому описаний спосіб одержання покриттів називається термодифузійним.

У поверхневих шарах металу, що покривається, як правило, спостерігається утворення нових фаз хімічних сполук або твердих розчинів. По мірі віддалення від поверхні углиб йдуть шари з поступовим зменшенням процентного вмісту того металу, яким покривають поверхню.

З дифузійних покриттів, що володіють високою корозійною стійкістю і особливо жаростійкістю, представляють інтерес покриття алюмінієм (алітування), кремнієм (термосиліціювання), хромом (термохромування). Спостережуване при цьому значне підвищення жаростійкості виробів обумовлене утворенням на їх поверхні оксидів Al2O3, Cr2O3, SiO2 або змішаних оксидів FeAl2O4, FeCr2O4, Fe2SiO4, які володіють підвищеними захисними властивостями і перешкоджають подальшому окисленню сплаву. Термодифузійні покриття можна також одержати в розплавлених і газоподібних середовищах. Для дифузійного термохромування застосовується металевий хром або ферохром в порошку. Крім того, до складу суміші вводять інертний порошок Al2O3 для оберігання від спікання і прилипання елементу, що наноситься, а також хлористий амоній. При нагріванні суміші в печі відбувається розкладання хлористого амонію на NH3 і HCl. Газоподібні аміак і хлористий водень витісняють з реторти повітря, запобігаючи процесу окислення елементу, що наноситься, і поверхні, що покривається. Залежно від марки сталі і необхідної товщини шару підбирають відповідну суміш, встановлюють тривалість процесу і температуру нагріву. Зазвичай термохромування проводять при температурі 1000-11500С протягом 20 годин і більше.

Термохромування в газовій фазі засноване на отриманні хромових покриттів з пари сполук хрому. Товщина дифузійного шару залежить від температури газової суміші і тривалості процесу і коливається в межах 0,02-0,10 мм. Згідно даних Горбунова термохромовані зразки стійкі в 35%-ному розчині азотної кислоти, в оцтовій і сірчаній кислотах і у ряді інших агресивних розчинів. Жаростійкість термохромованої вуглецевої сталі досягає 8500С. Чим більше температура в печі і час витримки, тим вища жаростійкість хромованої сталі.

Насичуючою речовиною при термохромуванні служить хлорид хрому, що одержується в результаті застосування хлористого водню, який діє на хром або ферохром при високій температурі. Процес здійснюється по наступній реакції при температурі близько 10000С:



3CrCl2 + 2Fe 2FeCl3 + 3Cr

Дифузійне силіціювання здійснюють для апаратури в зборі. Це усуває необхідність з'єднання вузлів і деталей, яке важко здійснити у випадку монтажу апаратів з залізокремнистих сплавів.



Дифузійне насичення сталі кремнієм можна проводити в порошкоподібних сумішах, в середовищі розплавлених електролітів і в газовій фазі. Так, при взаємодії заліза з чотирьоххлористим кремнієм відбувається виділення кремнію, згідно рівняння:

4Fe + 3SiCl4 3Si + 4FeCl3

Кремній насичуючи поверхня металу, утворює дифузійний шар Fe—Si. Процес силіціювання проводиться при температурі 1000-12000С; глибина дифузійного шару залежить від температури і тривалості процесу.



Процес дифузійного насичення поверхневих або глибших шарів вуглецевої сталі або чавуну алюмінієм носить назву алітування. Процес алітування здійснюють в герметично закритій жаротривкій формі, заповненій порошкоподібною сумішшю складу: 49% сплаву Fe—Al в порошку, 49% Al2O3 і 2% NH4Cl. Тривалість витримки виробів в печі від 4 до 25 годин, залежно від необхідної жаростійкості сталі. Товщина дифузійного шару залежить від температури і тривалості алітування. Нагрів реактора в печі проводиться при 900—10000С, внаслідок чого відбувається дифузія алюмінію в основний метал. Алітування з газової фази проводиться застосуванням леткого хлориду алюмінію, який при зіткненні з поверхнею сталі взаємодіє згідно реакції:

AlCl3 + Fe FeCl3 + Al

Алітована сталь володіє високою жаростійкістю; вона стійка в сірчистому газі, парах сірки і її сполук. Дифузійне насичення сталі алюмінієм є одним з найнадійніших способів захисту її від окислювальної дії кисню повітря при підвищених температурах.

Вироби піддаються алітуванню в зібраному вигляді: котельна арматура, деталі газогенераторів, реторт, муфелів і т.п. Внаслідок крихкості алітованого шару подальша механічна обробка виробів недопустима, але допустиме зварювання алітованих деталей.

У літературі є також дані про дифузійні титанові покриття. Процес їх отримання протікає в нейтральному або відновному середовищі, внаслідок чого утворюється шар збагачений титаном.



Розпилення (металізація).

Процес розпилення металів з метою отримання покриттів прийнято називати металізацією. Процес нанесення покриттів цим методом полягає в тому, що розплавлений метал з пістолетоподібних апаратів напилюється на поверхню, що захищається. Як правило, метал поступає в розпилювач у вигляді дроту і розплавляється або в газовому полум'ї (киснево-ацетиленове полум'я), або в електричній дузі, що створюється між двома електродами. Розпилення розплавленого металу, проводиться стиснутим повітрям під тиском 0,4-0,6 Мн/м2. Дріт подається спеціальним механізмом з швидкістю до 2,5 м/хв.

Цей метод знайшов широке застосування в промисловості для захисту великогабаритних конструкцій в зібраному вигляді: резервуари, газгольдери, залізничні мости і т.п. Розпилюють зазвичай цинк, алюміній, мідь, вуглецеву сталь, нержавіючі сталі і ін. Цей спосіб придатний також для нанесення покриттів на неметалічні матеріали—кераміку, бетон, тканини, графіт, пластмаси, картон і т.п.

Для напилення таких тугоплавких металів, як молібден, вольфрам, титан і ін., останнім часом запропоновані плазменно-дуговий і ракетний методи металізації.

Останнім часом знайшов застосування спосіб випаровування металів у вакуумі. Випаровування металів у вакуумі засновано на тому, що в умовах глибокого вакууму, 0,133-0,0013 н/м2, метал нагрівають до температури, при якій він інтенсивно випаровується і, осідаючи на поверхні виробів і стінках вакуум-камери, утворює тонку плівку. Цим способом можна осаджувати майже всі найпоширеніші метали—алюміній, залізо, хром, мідь. Товщина одержуваного шару, як правило, рівна 0,5-0,7 мкм.

Покриття алюмінієм, що наносяться випаровуванням у вакуумі, володіють хорошою відбивною здатністю (близько 90%) і не блякнуть з часом.

Різновидом способу випаровування металу у вакуумі є застосування електричної дуги між двома електродами з металу, що наноситься. Під дією цієї дуги метал плавиться, випаровується і осідає тонким шаром на поверхні виробів.

Недоліками покриттів одержуваних методом розпилення, є їх пористість (навіть відносно товстих покриттів), недостатньо міцне зчеплення з поверхнею, що захищається, і порівняльно великі втрати металу. Зменшення пористості досягається шляхом застосування багатошарового покриття одним і тим же металом з метою перекриття пор.

Стійкість покриттів визначається природою металу, що наноситься, і характером захисту. У цинкового покриття, оскільки воно є анодним, пористість не грає істотної ролі. Найчастіше це покриття застосовується для захисту сталі від атмосферної корозії (товщина 0,05-0,1 мм); при вмісті в повітрі сірчистих сполук наносять двошарове покриття—підшарок цинку (товщина 0,05 мм) і шар алюмінію (товщина 0,1-0,2 мм); для роботи в сильно агресивній атмосфері хімічних виробництв виріб, як правило, покривають свинцем (товщина 0,2-0,5 мм).

Алюмінієві покриття, так само як і алюміній, володіють високою корозійною стійкістю при дії сірчистих сполук при високих температурах. Цим пояснюється застосування в деяких випадках алюмінієвих покриттів, одержуваних методом напилення, для захисту устаткування заводів, що переробляють сірчисті нафти, для захисту котлів вулканізації і подібних їм апаратів.

Метод нанесення захисних покриттів розпиленням не знайшов достатньо широкого розповсюдження в хімічному машинобудуванні через пористість і відшарування покриття.

Гарячі покриття.

Спосіб гарячого нанесення покриттів полягає в зануренні виробів в розплавлений метал. Можливості отримання покриття гарячим способом визначаються здатністю металу, що покривається, сплавлятися з металом покриття з утворенням суцільного поверхневого шару. До числа недоліків цього способу відносяться: порівняльно велика витрата металу, що наноситься, нерівномірність покриття по товщині на виробах складного профілю, неможливість нанесення покриття на різьбу і ряд інших. Покриваючий метал, як правило, повинен мати нижчу температуру плавлення, ніж метал, що покривається.

Найбільш широко цей метод застосовується в промисловості для нанесення на вуглецеву сталь цинку, олова і свинцю. Олово легко сплавляється із залізом, і процес лудіння гарячим способом достатньо простий. Залізо мало (соті долі процента) розчиняється в олові з утворенням твердого розчину, тому покриття на залізі складається з різних шарів.

Гаряче лудіння застосовується в основному для захисту від корозії апаратури і виробів у виробництвах харчової промисловості, особливо у виробництві консервних банок.

У хімічному машинобудуванні луджена апаратура застосовується порівняно рідко внаслідок недостатньої корозійної стійкості олова.

Гаряче цинкування використовують для захисту листів покрівельного заліза, сталі, дроту, сітки, стрічки і готових виробів від корозії в атмосфері, воді і у ряді нейтральних розчинів, в яких цинк володіє корозійною стійкістю.

У хімічному машинобудуванні велике застосування знайшов спосіб гарячого свинцювання. Гарячі свинцеві покриття застосовуються для захисту мішалок, кранів, вентилів і різної арматури. При товщині покриття в декілька міліметрів можна одержати на залізі щільний безпористий шар свинцю, що захищає метал від корозії в багатьох електролітах і особливо в розчинах сірчаної кислоти і сірчанокислих солей. Оскільки розплавлений свинець не змочує поверхню заліза, що покривається, і не сплавляється з ним безпосередньо, покриття свинцем проводять, додаючи до останнього метали, які розчиняються і в свинці і в залізі, або обробляючи заздалегідь поверхню заліза цими металами. Для вказаних цілей застосовують стибій або олово.

Якщо необхідно нанести порівняно товстий шар свинцю (2 мм і більше) для захисту особливо відповідальних апаратів, застосовують так зване гомогенне свинцювання, при якому свинець наноситься на луджену поверхню конструкції, що захищається, у вигляді крапель розплаву.



Плакування.

Найдосконалішим способом захисту апаратів виготовлених з малостійких металів, корозійностійкими металами є плакування або облицьовування. Спосіб плакування полягає в тому, що на плиту основного металу накладають з обох боків листи іншого металу, потім весь пакет піддають гарячому прокату, одержуючи в результаті дифузії на границях розділу металів міцне зчеплення між серцевиною і плакованими шарами. У такий спосіб сталь плакують міддю, латунню, нікелем, мідно-нікелевими сплавами, алюмінієм, нержавіючою сталлю. Застосування біметалічних листів дозволяє захищати сталеву серцевину від корозії. Товщина плакованого шару, зазвичай, складає 8-20% загальної товщини листа.

Плакування є одним з основних способів захисту від корозії легких сплавів на основі алюмінію, головним чином сплавів типу дюралюмінію. Відомо, що дюралюміній як конструкційний матеріал застосовується внаслідок його високих механічних властивостей і малої питомої ваги. Проте цей сплав володіє низькою корозійною стійкістю, особливо в морській атмосфері. Для підвищення корозійної стійкості його покривають чистим алюмінієм. Товщина плакованого шару алюмінію складає з кожної сторони 4-5% від товщини дюралюмінієвої серцевини.

Плаковану сталь можна піддавати всім видам механічної обробки, зокрема штампуванню і зварюванню.


  1   2   3   4


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка