Антикоррозийная защита металлов

Рейтинг: Распечатать

Все металлы и сплавы имеют свой уникальный состав и характеристики, но всех их объединяет общая проблема — коррозия. Этот процесс приводит к разрушению структуры металла и изменению его геометрии, что ведет к утрате прочности и портит внешний вид металлических изделий. Разрушительное воздействие на металл ускоряется в присутствии таких катализаторов как вода, кислород и химически активные растворы. Все виды коррозии и ее последствия подробно описаны в ГОСТ 5272-68.

Убытки промышленности, вызванные коррозией, могут достигать до 4% от общего объема ВВП каждой страны, а потери металла составляют около 20%. Защитные покрытия помогают противостоять этому разрушительному процессу, предотвращая воздействие агрессивной среды на металл, и тем самым продлевают срок эксплуатации металлических конструкций и изделий.

Антикоррозийная обработка — это метод защиты, при которой на поверхность металлических деталей наносится тонкий слой другого металла, сплавов или неметаллических материалов для придания антикоррозийных свойств. Это особенно важно, если металл эксплуатируется в условиях высокой влажности и химически агрессивных средах.

Цинкование

Технология защиты металла цинком базируется на достаточно простом физическом процессе. В агрессивных условиях (соленой морской воде или воде с большим содержанием минералов) цинк функционирует как анод по отношению ко всем распространенным металлам, кроме магния и алюминия. Цинк вступает в реакцию с неблагоприятной средой, в то время как сталь, играющая роль катода, остается надежно защищенной до тех пор, пока на ней присутствует слой цинка. Скорость коррозии цинка как минимум в 10 раз ниже, чем у стали, поэтому тонкое цинковое покрытие может защитить сталь на долгое время.

Многие уверены, что качество цинкования зависит от толщины слоя цинка, но на самом деле даже тонкий слой цинка может защищать крепеж долгие годы. Чтобы это выяснить, инженеры провели эксперимент: поместили оцинкованный крепеж в условия, имитирующие агрессивную среду и искусственно ускорили темпы его разрушения. Так они смогли понять, что дело не в том, насколько толстый слой цинка нужно наносить, а в том, каким именно способом это делать.

Далее расскажем о пяти самых популярных технологиях цинкования.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование (также известное как электролитическое цинкование) — это технологический процесс, при котором металлическая поверхность покрывается тонким слоем цинка с использованием электролитического раствора и электричества. Этот метод позволяет получить цинковое покрытие толщиной до 40 микрометров.

Процесс гальваники начинается с тщательной очистки поверхности крепежа в растворах щелочных моющих средств. Затем его обрабатывают кислотой, чтобы удалить ржавчину или поверхностные окалины. Необходима полная чистота, так как молекулярные слои масла или ржавчины могут препятствовать прилипанию покрытия к металлической поверхности.

Гальваническое покрытие осуществляется методом электроосаждения. Крепеж погружают в химическую ванну с погруженными цинковыми пластинами или содержащую растворенный цинк (анод). При подаче постоянного тока металлический цинк на аноде начинает растворяться, а свободные ионы цинка достигают катода, образуя тонкий слой покрытия на поверхности крепежа. Толщина цинкового покрытия зависит от времени, проведенного в гальванической ванне, количества электрического тока и концентрации ионов в химическом растворе.

Водородная хрупкость

Во время кислотной очистки и в процессе гальваники образующийся атомарный водород может диффундировать в сталь и охрупчивать структуру крепежа. Гальваническое покрытие улавливает водород внутри крепежных деталей, который может мигрировать в области высоких нагрузок и вызывать небольшие микротрещины и, в конечном итоге, привести к разрушению, если только они не подвергнуты обжигу вскоре после нанесения покрытия для вытеснения водорода. Высокопрочные крепежные изделия особенно склонны к водородному охрупчиванию, поскольку чем выше прочность (или твердость) крепежных изделий из сплава, тем больше подверженность разрушению из-за водородного повреждения.

Пассивация

Чтобы улучшить защитные свойства цинкового покрытия, детали проходят процесс пассивации. Данный процесс обычно включает в себя обработку металлической поверхности веществом или составом, который формирует тонкий, защитный слой на поверхности. Этот слой, обычно считается «пассивным», поскольку он эффективно препятствует дальнейшей коррозии материала путем уменьшения его реактивности с окружающей средой.

Пассивация обычно производится путем погружения оцинкованного изделия в раствор, который может содержать различные химические вещества, такие как хроматы, фосфаты или соли. Цинк взаимодействует с этими веществами, что приводит к образованию пассивного слоя. 

В случае использования хроматных растворов, процесс называется хроматированием или желтым хроматированием из-за характерного желтого оттенка, который приобретает покрытие. Пассивация хроматом обеспечивает высокую стойкость к коррозии и способность к «самозаживлению» после механических повреждений.

• Гладкая, блестящая поверхность без подтеков, что предпочтительнее по эстетическим соображениям.
• Равномерное покрытие на резьбовых поверхностях и деталях сложной конфигурации.
• Практически не искажает точные допуски крепежных изделий, поскольку слой очень тонкий (от 5 до 25 мкм).

• Относительно слабое сцепление получаемого покрытия с изделием.
• Не используют с высокопрочным крепежом, т.к. может вызывать водородную хрупкость.
• Образование токсичных отходов, вредных для окружающей среды и требующих тщательной очистки.

Технология горячего цинкования

Защищаемые данным способом детали погружают в ванну с расплавленным при 450 градусах Цельсия цинком. В результате взаимодействия цинка и металлической поверхности образуется сплав, который при остывании создает прочное и долговечное покрытие. Время выдерживания детали в расплаве определяет толщину и прочность защитного слоя.

То, сколько прослужит такое покрытие зависит от условий применения, качества цинкования и типа используемого металла. В среднем срок службы составляет около 50 лет без заметного разрушения.

Технология состоит из нескольких этапов:

1. Подготовка поверхности. Перед цинкованием все изделия должны быть тщательно очищены: чаще всего используют пескоструйную машину, затем обрабатывают крепеж щелочью, кислотой и флюсом.
2. Цинкование. Изделия погружают в ванну с расплавленным до 454 градусов цинком, на 3–10 минут в зависимости от необходимой толщины покрытия. При высокой температуре происходит реакция между сталью и цинком, в результате чего образуется защитный слой. Лишний цинк убирают с изделия с помощью вибромашины или центрифуги, либо просто держат над ванной, чтобы он стек.
3. Охлаждение. Для этого его помещают в ванну с водой или дают остыть на воздухе. Во время остывания на поверхности изделия формируется дополнительный слой чистого цинка.
4. Проверка. Последний этап включает проверку качества покрытия и, при необходимости, дополнительную обработку, например, шлифовку или покраску. 

Важно отметить, что каждый из этих этапов требует специального оборудования и квалифицированного персонала для обеспечения безопасности и качества покрытия.

• Горячеоцинкованный крепеж в 5 раз лучше сопротивляется коррозии, чем электролитически оцинкованный.
• При повреждении покрытия атомы цинка сами переходят на незащищенный участок, то есть защитный слой можно назвать самовосстанавливающимся. 
• Цинковое покрытие сложно повредить или оставить на нем скол.
• Полностью защищено от водородной хрупкости, т.е. можно наносить на высокопрочный крепеж.
• Имеет более широкий диапазон толщины по сравнению с другими видами цинкования: от 40 мкм до 200 мкм

• Обязательное наличие специально высаженной резьбы с учетом толщины покрытия (напр. прослабленные гайки).
• Ограничение по размеру: крепеж меньше М8 не подойдет.
• Крепеж, покрытый горячим цинком, приблизительно на 40% дороже гальванического.

Холодное цинкование

Данный способ состоит в нанесении цинкосодержащего состава на поверхность металлического изделия аналогично тому, как это делается с краской. Этот метод идеально подходит для больших металлических конструкций, обработка которых традиционными способами оцинкования может быть затруднена. Покрытие, образующееся при холодном цинковании, сравнимо по своим антикоррозионным свойствам с покрытием, полученным по методу горячего цинкования. 

Цинкосодержащий состав может быть нанесен различными методами, включая использование краскопульта, кисти, валика или путем погружения детали в состав. В этом составе процентное содержание цинка обычно варьируется от 92 до 96%. При этом, чем мельче частицы цинка в составе, тем более прочным и надежным будет полученное цинковое покрытие.

Согласно ГОСТ 9.305-84, применение смесей для холодного цинкования разрешено с любыми металлическими поверхностями, кроме деталей, изготовленных из высокопрочных сталей и магниевых сплавов.

Прежде чем нанести покрытие, поверхность металла подвергают тщательной подготовке:

1. Удаление грязи, жира и других загрязнений с поверхности металла с помощью растворителей.
2. Очистка от ржавчины и окалины, используя абразивные составы.
3. Сушка поверхности, если были применены гидроабразивные методы очистки.
4. Удаление заусенцев, острых углов и сварочных брызг.
5. Очистка от пыли с использованием воздушных потоков под высоким давлением.

После подготовки изделия к нанесению цинка следующий этап — это непосредственно нанесение цинкового покрытия. Это может быть сделано несколькими способами, включая окунание изделия в цинковый состав, либо нанесение с помощью кисти, валика или краскопульта. Технология допускает применение в условиях высокой влажности и температурном диапазоне от -20°C до +40°C.

Следует учесть, что каждый новый слой покрытия должен наноситься только после полного высыхания предыдущего.

Применение метода имеет ряд преимуществ по сравнению с горячим цинкованием — это:

• Возможность нанесения при любых погодных условиях.
• Нет ограничения в размерах обрабатываемых деталей, что позволяет применять метод для покрытия больших конструкций.
• Высокая адгезией с ЛКМ, в том числе с порошковыми красками.
• Стойкого покрытия к механической деформации и перепадам температур.
• Простота ремонта поврежденных участков цинкового покрытия.
• Сваривание деталей не нарушает защиту.

К недостаткам данного метода относят:

• Необходимость строгого соблюдения технологии.
• Сложность покрытия внутренних полостей и труднодоступных мест
• Требуется тщательная подготовка поверхности.

Термодиффузное цинкование

Среди прочих видов цинкования этот — самый молодой и технологичный. Цинк наносят на крепеж внутри герметичной реторты при температуре от 290 до 450 градусов Цельсия. Процесс проходит путем нагрева металлической детали в специальной смеси порошка цинка и других добавок (например, алюминия или органических веществ). При определенной температуре и времени выдержки происходит диффузия атомов цинка в поверхностный слой металла, что приводит к образованию сплава на поверхности детали.

Данный метод обработки материалов не вредит окружающей среде и обеспечивает надежную защиту, превосходящую по качеству покрытие, полученное при помощи гальванических ванн. Цинк прочно связывается с базовым металлом, что уменьшает вероятность его отслаивания или разрушения при механическом воздействии или деформациях обрабатываемых предметов. Крепеж с покрытием толщиной 50 мкм способен служить до 15 лет даже в тяжелых промышленных условиях или под воздействием морской воды. Общие требования к термодиффузному цинкованию регламентирует ГОСТ Р 9.316-2006.

• Высокая термостойкость покрытия – рабочая темп. свыше 538C (1000F).
• Устойчивость к сколам и обжиму, изгибу и формованию.
• Нет необходимости в кислотной очистке и других этапах, которые могут вызвать повышенное содержание водорода и последующее охрупчивание.
• Экологическая безопасность процесса. Отходы, получаемые в ходе технологического процесса, полностью безвредны и могут быть использованы как ценный компонент для строительных бетонов.
• Ограниченная цветовая гамма. Покрытия, полученные при термодиффузном цинковании, обычно имеют серый или серебристый оттенок.
• Процесс относительно сложен, а размеры камер ограничены технологическими требованиями. В связи с этим, метод не подходит для массового производства крепежа.
• Сложность контроля толщины покрытия: Поддержание конкретной толщины покрытия может быть сложной задачей при термодиффузном цинковании. Это требует точного контроля температуры, времени обработки и состава смеси, чтобы достичь желаемой толщины слоя.

Механическое цинкование

Защитное покрытие создается путем «втирания» специальной цинковой смеси в деталь. Для этого используют галтовочные барабаны со стеклянными шариками (от 0,2 до 5 мм), которые и служат для «втирания» цинка. Процесс происходит в водной среде с добавление цинкового порошка и активирующих химических добавок. Барабан вращается, и шарики вбивают в поверхность детали частицы цинка. При этом порошок цинка механически приваривается к поверхности крепежных изделий. Способ обеспечивает равномерную толщину покрытия от 5 до 25 мкм, однако можно добиться и большей толщины, это зависит от количества цинкового порошка в растворе.

Данный метод обеспечивает равномерную толщину покрытия в диапазоне от 5 до 25 микрометров, хотя можно добиться и большей толщины, в зависимости от количества цинкового порошка в растворе. Технология идеально подходит для нанесения цинка на высокопрочный крепеж, поскольку она не приводит к «водородной хрупкости». Кроме того, детали, обработанные механическим способом, имеют отличный внешний вид. Этот метод позволяет создавать покрытия не только из цинка, но и из меди, олова или латуни. Благодаря этому можно добится комбинированного покрытия из разных металлов. Данный способ регламентируется ГОСТ 9.302, DIN 267-10.

• Возможность создать комбинированное покрытие, что может улучшить защитные характеристики и придать дополнительные декоративные качества.
• Не требует применения химических растворов и электролитов, что снижает риск загрязнения окружающей среды и защищает от металл от водородного охрупчивания
• Процесс оцинковки при комнатной температуре исключает возможность повторного отпуска или размягчения высокопрочных крепежных изделий. 

• Неравномерность покрытия на сложных поверхностях и мелких деталях.
• Использование абразивных материалов в процессе обработки может привести к образованию микротрещин или других повреждения на поверхности материала.
• Процесс механического цинкования может быть более трудоемким и времязатратным, чем некоторые другие методы оцинковки.

Цинкламельный способ

Цинкламельный способ можно с уверенностью назвать новаторским в области защиты металлов от коррозии. На детали наносят чешуйки (хлопья) из цинка и алюминия, соединенных трехмерной решеткой из оксидов титана или хрома. Такой симбиоз металлов создает непроницаемый защитный слой, средняя толщина которого составляет 10-15 микрон. Нанесение осуществляется методом распыления, окунанием в раствор или центрифугированием в галтовочном колоколе.

Изображение основного слоя покрытия увеличенное в электронный микроскоп

Технология нанесения цинкламельного покрытия состоит из нескольких шагов:

1. Обезжиривание деталей.
2. Удаление ржавчины.
3. Нанесение покрытия.
4. Обжиг в печи при температуре 230 °C.

Основным преимуществом данного метода является превосходная коррозионная стойкость. Устойчивость цинкламельных покрытий в солевом тумане превышает 2000 часов. По этому параметру с ним может сравнится разве что горячеоцинкованное покрытие, но при гораздо большей толщине. Не смотря на свои выдающиеся антикоррозионные свойства, этот метод редко применяется для оцинковки ответственного крепежа, поскольку не обладает высокой абразивной устойчивостью. Российский стандарт ГОСТ Р ИСО 10683-2013 определяет требования к цинк-ламельному покрытию для резьбовых соединительных элементов.

• Превосходная коррозионная стойкость
• Возможность покрытия крупногабаритных изделий методом распыления
• Качественное декоративное покрытие различных цветов.
• Экологичность процесса.
• Отсутствие опасности водородного охрупчивания на высокопрочных изделиях.
• Возможность задать нужную электропроводность.
• Требуется тщательная подготовка изделий к покрытию.
• Сложный технологический процесс требует контроль и детальную настройку.
• Сопротивление истиранию цинкламельного покрытия ниже, чем у его аналогов, хотя это не считается критическим недостатком технологии. 

Нельзя однозначно сказать, что какой-то из методов цинкования лучше, ведь каждый из них используют для разных задач. Выбор технологии зависит от конкретных целей, условий и требований по проекту.

Для более удобного сравнения цинковых покрытий мы составили сравнительную таблицу, отражающую отличия каждого метода. Баллы присвоены каждому из этих параметров от 1 до 5, где 1 — наименьшая оценка, а 5 — наивысшая.

Гальванический Горячий Механический Термодиффузный Цинкламельный Коррозионная стойкость 3 5 4 4 5 Адгезия 3 5 3 5 3 Равномерность покрытия 5 3 4 5 5 Толщина покрытия (мкм) 5-25 40-200 25-90 20-50 10-15 Сопротивление водородному охрупчиванию 2 5 4 5 5 Декоративные качества 5 2 3 3 5 Экологичность 2 4 4 5 5 Экономичность 3 4 4 3 4 Легкость изготовления 4 2 4 2 4 Итого  27 30 32 32 36

*Пожалуйста, обратите внимание, что эти оценки — это обобщения и могут варьироваться в зависимости от конкретных условий и параметров процесса.

Оксидирование

Оксидирование — это химический процесс, в результате которого металл, взаимодействуя с кислородом или другими окислителями, образует на своей поверхности оксидную пленку. Такая пленка, толщиной от нескольких микрометров, играет роль защитного слоя, который предотвращает дальнейшую реакцию металла с окислителем и замедляет коррозионный процесс.

В природе металлы окисляются медленно под влиянием кислорода, присутствующего в воздухе или воде. Однако, в условиях промышленности этот процесс часто слишком медленный, и поэтому инженеры разработали методы для ускорения процесса оксидации. Основной целью химического оксидирования является повышение устойчивости металла к коррозии и улучшение его внешнего вида. В зависимости от условий, оксидная пленка может придать металлу черный или темно-серый цвет, что производители используют в декоративных целях.

Среди прочих защитных покрытий, оксидирование — наиболее бюджетный и простой способ. Минус в том, что он не такой надежный как другие и подходит только для использования крепежа в слабоагрессивных условиях. Чтобы усилить его защитные свойства и применять в средних и жестких условиях, крепеж пропитывают смазками, маслами или дегидрирующими жидкостями. Еще один недостаток — это то, что оксидирование подходит для ограниченного списка металлов, куда не входит железо, медь, свинец и другие металлы, создающие легкорастворимые оксиды.

Оксидирование бывает термическим, химическим и электрохимическим.

Термическое оксидирование

Суть метода оксидирования состоит в подконтрольном ускорении процессов, происходящих с металлом в окружающей среде. Одним из таких процессов является образование оксидного слоя под действием кислорода и температуры. Те, кто работал со сварочным аппаратом или нагревал металл в кузнечной печи, мог наблюдать, как металл изменяет цвет при нагреве. От желтого до черного, цвет зависит от температуры. Чем сильнее и дольше мы греем металл, тем толще оксидная пленка и темнее цвет.

Термическое оксидирование проводится в специальных печах, где изделия подвергаются нагреву до определенной температуры в присутствии кислорода или водяного пара. Температура и время нагрева определяются характеристиками исходного металла и требуемыми свойствами оксидного слоя. Например, стальные изделия могут подвергаться термическому оксидированию при температурах от 400 до 600 °C. Для низколегированных сплавов или железа достаточно температуры в пределах 300 – 350 °С. Этот процесс называют воронением или чернением, и используют, главным образом, для декоративной отделки. После запекания оксидная пленка имеет пористую структуру, поэтому, для придания дополнительной защиты и лучшего внешнего вида, изделие покрывают специальным лаком или маслом.

• Метод позволяет укрепить поверхность широкого спектра деталей, включая крупные и сложно формованные.
• Простота технологии, благодаря использованию стандартного печного оборудования (с нагревом до 900°C) и легкодоступных материалов для предварительной подготовки поверхности перед оксидацией.
• Полученный оксидный слой более плотно связан с металлической подложкой и, таким образом, может обеспечивать более долговечную защиту от коррозии.
• Толщина слоя при термическом оксидировании более равномерная, что приводит к улучшению внешнего вида изделия.

• Энергоемкость: термическое оксидирование требует высоких температур, которые могут быть энергоемкими, что в свою очередь может повлиять на экологическую эффективность и стоимость процесса.
• Структурные изменения: при высоких температурах, используемых в термическом оксидировании, могут происходить изменения в микроструктуре металла, что может повлиять на его механические свойства.

Электрохимическое оксидирование (анодирование)

Электрохимический процесс, в ходе которого формируется оксидная пленка на поверхности металла называется анодированием. Такое название у этого способа появилось потому что металл, который подлежит оксидации, подключается к источнику электрического тока как анод (положительный электрод).

Анодирование производится путем погружения металла в электролитическую ванну, наполненную определенным типом электролита. В зависимости от конкретного металла и желаемого результата, электролит может варьировать, но часто используются кислоты, такие как серная или фосфорная.

Когда через электролит проходит электрический ток, запускается процесс электрохимической оксидации. В это время на металлической поверхности формируется тонкое, но очень устойчивое оксидное покрытие. Это покрытие защищает металл от коррозии и придает ему привлекательный внешний вид.

Одной из особенностей анодного оксидирования является то, что оксидная пленка проникает не только в поверхность, но и в структуру металла. Это обеспечивает превосходную адгезию пленки к металлу, делая ее более устойчивой к отслоению и увеличивая долговечность защитного покрытия.

Процесс анодного оксидирования можно контролировать, изменяя различные параметры, такие как состав электролита, температуру, время и силу тока. Это позволяет получать покрытия с различной толщиной и цветом покрытия. После анодного оксидирования оксидная пленка обычно требует дополнительной обработки, такой как герметизация, чтобы увеличить ее коррозионную стойкость.

• Образованное покрытие отличается более высокими защитными свойствами, чем полученное при химическом оксидировании.
• Возможность изменения цвета оксидной пленки путем добавления различных красителей в процесс. Это позволяет создавать изделия с декоративными свойствами, не жертвуя их функциональностью.
• Анодная оксидная пленка обеспечивает повышенную адгезию к покрасочным и антифрикционным покрытиям, увеличивает термостойкость деталей, снижает их электропроводность.
• Процесс анодного оксидирования является более технологически сложным и требует специального оборудования и контроля за условиями процесса. 
• Полученное покрытие является пористым, и для повышения его коррозионной стойкости требуется дополнительная обработка — запечатывание (герметизация).

Химическое оксидирование

Одним из самых распространенных способов защитной обработки крепежа – химическое оксидирование. Он позволяет получать, например, на стали, оксидные пленки толщиной до 3 мкм. Суть его заключается в использовании специальных химических составов для создания оксидного слоя на поверхности. Отличие от электролитического способа заключается в том, что через среду не пропускают электрический ток, действуют только препараты.

Для химической оксидации на поверхность металла наносят реагент. Он может быть в виде жидкости, порошка или расплава. Чаще всего это оксиды брома. После обработки реагентом, деталь погружают в ванну с кислой или щелочной средой, где она будет подвержена воздействию в течение определенного времени.

В случае использования кислотных растворов применяют соляную, азотную или ортофосфорную кислоту. Хром, калий или марганец, при добавлении в раствор, выступают в роли катализатора, то есть ускоряют реакцию. Температура оксидирования в кислоте колеблется от +30 до +100 градусов Цельсия. 

Для щелочных ванн чаще используют диоксид марганца или нитрат натрия. Требуемая температуры для щелочей значительно выше и достигает 300 градусов.

• Образует более тонкую пленку, чем термическое. Это может быть преимуществом при обработке высокоточных деталей, где важно сохранение исходных размеров изделия.
• Требует меньше энергии и может быть менее сложным в выполнении, чем термическое или электрохимическое.

• Технологию нельзя назвать недорогой, так как она требует использования недешевых специальных реагентов и оборудования. 
• Однако оно может потребовать использования и утилизации химических веществ, что может повышать общую стоимость процесса и снижать его экологическую безопасность.

Фосфатирование

Фосфатирование крепежных изделий — это процесс создания защитного покрытия на их поверхности путем образования пленки нерастворимых фосфатов. Этот метод используется для защиты стальных крепежных элементов от коррозии и повышения их адгезии к лакокрасочным материалам.

Процесс фосфатирования начинается с подготовки поверхности крепежных изделий. Обычно это включает удаление загрязнений, жиров и окислов с помощью химических или механических методов. Затем крепежные изделия погружаются в специальный химический раствор, содержащий фосфатные соединения.

В процессе фосфатирования происходит химическая реакция между раствором и поверхностью металла. На поверхности крепежных изделий образуется тонкая нерастворимая пленка фосфатов, которая тесно связывается с металлом. Она имеет пористую структуру, что позволяет ей удерживать масла и консистентные смазки. Процесс фосфатирования наиболее эффективен с низколегированными и углеродистыми сталями. Высоколегированные сплавы, напротив, обычно не обеспечивают такого же высокого качества защитного слоя при фосфатировании.

• Впитывающие свойства. Благодаря микропористой структуре, фосфатная пленка эффективно впитывает и удерживает смазки.
• Высокие электроизоляционные свойства. Фосфатная пленка не проводит электрический ток, что делает фосфатированный крепёж полезным при монтаже электросетей.
• Подготовка к лакокрасочным покрытиям. Шероховатая структура является хорошей основой для нанесения лакокрасочных покрытий.

• Низкая механическая прочность. Фосфатные пленки более склонны к трещинам и отслоению при сильном физическом воздействии или при значительных деформациях материала.
• Ограничение применения. Фосфатирование может быть менее эффективным при использовании с высоколегированными сплавами.
• Тщательная подготовка поверхности. Для получения максимальных результатов от фосфатирования необходима тщательная подготовка поверхности, что может увеличить время и затраты процесса.

Меднение

Меднение проводится с помощью электролитического осаждения. В этом процессе крепежные изделия погружают в ванну с медным электролитом, а затем к ним подается электрический ток. Медь из электролита осаждается на поверхности крепежа, формируя тонкое покрытие.

Преимущества медного покрытия включают его хорошую адгезию к стали, устойчивость к коррозии, отличную электрическую проводимость и привлекательный внешний вид. Однако медь также может окисляться со временем, поэтому может потребоваться дополнительная защита для предотвращения образования патины или зеленого окисла меди на поверхности крепежа.

Латунирование

Латунь является сплавом меди и цинка и обладает отличными свойствами обоих компонентов. За счет меди латунь приобретает характерный золотистый цвет и хорошую электропроводность, а цинк придает сплаву устойчивость к коррозии и окислению.

Латунирование применяется для покрытия декоративных элементов, защиты от коррозии, а также для создания промежуточного слоя при лужении или никелировании стальных деталей. За счет хорошей адгезии с большинством материалов, латунирование часто используется как подготовительный этап для дальнейшего нанесения других покрытий, включая обрезинивание.

В гальваническом процессе латунирования используют электролиты, включающие в себя соединения меди и цинка, такие как купорос (сульфат меди) и сульфат цинка.

Когда изделие погружается в этот электролит и пропускают через него электрический ток, ионы меди и цинка восстанавливаются на поверхности изделия, формируя покрытие из латуни. Цвет получаемого покрытия можно варьировать от желтого до коричневого, меняя состав электролита и режимы электролиза. Также после нанесения покрытия его часто полируют или обрабатывают специальными составами для придания блеска.

Покрытие оловом

Оловянирование или лужение — это процесс нанесения тонкого слоя олова на поверхность металлического изделия с целью защиты его от коррозии и улучшения внешнего вида. Его часто используют в пищевой промышленности, главным образом для изготовления консервных банок. Олово не вступает в химическую реакцию с пищевыми продуктами, сохраняя их качество на протяжении длительного времени.

Покрытие оловом не ограничивается функцией защиты от коррозии. Например, олово обладает хорошей электропроводностью, поэтому его используют при производстве кабелей и покрытии контактов, которые подлежат пайке.

Оловянное покрытие имеет приятный серебристый оттенок с характерным блеском, что позволяет использовать его в декоративных целях, включая ювелирное дело. Оно обычно сохраняет свой блеск на протяжении долгого времени и не тускнеет или не окисляется так быстро, как некоторые другие металлы.

Оловянирование производится как гальваническим способом так и методом горячего погружения. Электрохимический способ проводится как в щелочных так и в кислых электролитах, и позволяет добиться толщины слоя в пределах 6-60мкм. Более толстый слой можно нанести путем горячего погружения (температура олова до 300°С) или растирания. Независимо от способа покрытия, металл проходит очистку, обезжиривание, обработку кислотой и тщательно промывается.

Никелирование

Крепежные изделия, покрытые никелем, обладают отличным внешним видом и повышенной защитой от механического износа. Однако такой вид покрытия чаще всего используют для декоративных элементов, поскольку оно обладает сравнительно слабой устойчивостью к электрохимической коррозии.

Никелирование применяют для изделий из стали и других металлов и сплавов, включая медь, цинк, алюминий, а также, реже используемые, марганец, титан, вольфрам и молибден. Существуют методы никелирования неметаллических материалов — полимерных, стеклянных, керамических и др.

Два основных метода никелирования включают гальваническое и химическое никелирование. Гальваническое покрытие основано на процессе электролиза, и проходит в специальных колокольных ваннах, наполненных сернокислым никелем. Максимальная толщина поверхности при таком способе обычно ограничена 40 микронами. Химический метод, который использует никельсодержащие химические вещества, позволяет создать слой никеля практически любой толщины.

Никелирование защищает изделие от коррозии, которая может произойти при контакте с атмосферой, растворами щелочей и солей, а также слабыми органическими кислотами. Также никель действует как связующий слой при последующем хромировании.

Хромирование

В случае, когда нужно добиться превосходных декоративных свойств при улучшенной термостойкости и минимальном коэффициенте трения, хромирование — оптимальный вариант покрытия. К примеру, его часто применяют в двигателях и другом оборудовании, где поверхности подвержены трению и высоким температурам, вплоть до 800 °C. Также хромом покрывают декоративные элементы автомобилей, сантехнику, и даже хирургические инструменты, для придания им зеркального блеска и стойкости к истиранию и коррозии.

Среди наиболее распространенных методов хромирования можно выделить гальванический, химический и метод вакуумного напыления. При гальваническом способе металлические изделия погружают в раствор, содержащий ионы хрома. Под воздействием электрического тока, хром оседает на поверхности изделия.

При химическом способе хром наносится на поверхность изделия благодаря химической реакции без использования электричества. Этот метод обычно применяется для покрытия небольших деталей или сложных поверхностей, где гальванический метод может быть неприменим. 

Хромирование напылением в вакууме, также известное как физическое осаждение из парового состояния (PVD — Physical Vapor Deposition), — это метод покрытия поверхности тонким слоем металла при помощи вакуумной технологии.

Суть процесса заключается в следующем: в вакуумной камере происходит ионизация хрома, который затем осаждается на подготовленную поверхность.

Метод хромирования применяют не только к металлическим элементам, например, для покрытия пластиковых деталей сначала их покрывают слоем меди или никеля, чтобы создать проводящую поверхность. Затем эта поверхность хромируется традиционным гальваническим методом.

Железнение

Данный метод заключается в создании на поверхности изделия слоя железа путем гальванического осаждения из водных растворов солей железа при прохождении через них электрического тока.

Железнение применяется для увеличения износостойкости, поверхностной твердости изделий и улучшения сцепления с другими покрытиями. Метод позволяет получать слои толщиной до 2-3 мм и широко применяется для восстановления размеров изношенных деталей машин, например, стержней клапанов, толкателей, а также посадочных мест под подшипники качения.

Железнение играет важную роль в улучшении адгезии, или сцепления, между оловянными или цинковыми покрытиями и чугунной основой изделия. Это достигается благодаря созданию промежуточного слоя из железа, который служит связующим элементом между основным материалом и покрытием.

Необходимо помнить, что, несмотря на улучшение коррозийной стойкости, покрытие железом может подвергаться коррозии в условиях влажной или агрессивной среды, и, возможно, потребуется дополнительная защита в виде защитного слоя или использования пассиваторов.

Серебрение

Благодаря высокой электрической проводимости, серебрение широко используется в электронной промышленности для покрытия контактов, проводников и других компонентов. Практически все зеркала и оптические приборы изготовлены с помощью серебрения, поскольку коэффициент отражения света для чистого серебра равен 95%.

Серебро является относительно инертным металлом, что означает, что оно практически реагирует с другими химическими веществами. По коррозионной стойкости оно приближается к золоту и платине, не окисляясь на воздухе при обычных условиях. Ввиду неустойчивости к истиранию и высокой цены, серебрение в промышленности редко используют в качестве защитного покрытия.

Процессы серебрения включают: электрохимическое осаждение (гальваника), химическое осаждение или покрытие физическим методом осаждения из паровой фазы (PVD).

Стоит отметить, что, хотя серебрение обеспечивает дополнительную коррозионную защиту, серебро может тускнеть или окисляться со временем, особенно при воздействии сероводорода или других веществ в окружающей среде, что может повлиять на внешний вид и функциональность покрытия. В таких случаях может потребоваться дополнительная обработка или защита.

Золочение

Обладая абсолютной коррозионной стойкостью, золото не взаимодействует с большинством химических соединений, за исключением смеси концентрированных азотной и соляной кислот (царская водка). Это делает золочение идеальным покрытием для защиты металлических поверхностей от коррозии.

Золочение преимущественно применяют в ювелирном и часовом производстве.

Кроме того, золочение часто используют в электронике и электротехнике для покрытия контактов и других компонентов, так как золото обладает отличной электрической проводимостью.

Золочение может выполняться различными методами, включая электрохимическое осаждение (гальваника), химическое осаждение или, в некоторых случаях, путем покрытия физическим методом осаждения из паровой фазы (PVD).

Золото можно осаждать на медь, серебро, никель, и, при особой подготовке поверхности: на молибден, вольфрам, алюминий, титан, кремний и др.

Добавление других металлов (1—2%) при осаждении золота, позволяет улучшить некоторые свойства покрытия, например износостойкость или цвет.

Следует отметить, что золочение, как правило, включает в себя нанесение очень тонких слоев золота, и хотя золото само по себе очень устойчиво к коррозии, покрытие может быть повреждено механическим воздействием или истиранием, что может снизить его защитные свойства.

Заключение

Каждый из рассмотренных нами методов защитных покрытий металла имеет свои особенности и области применения.

Цинкование обеспечивает превосходную защиту от коррозии и особенно эффективно в суровых климатических условиях. Оксидирование, за счет образования плотной оксидной пленки, усиливает антикоррозионные свойства и устойчивость к износу, придавая крепежу декоративный вид. Фосфатирование обладает хорошей адгезией и сопротивляемостью к механическим воздействиям, служа идеальной основой для последующего нанесения красок и лаков.

Выбор того или иного метода должен определяться в соответствии с требованиями проекта, условиями эксплуатации и бюджетом. Необходимо учитывать, что каждый из этих методов обеспечивает не только защиту, но и улучшает внешний вид крепежа, что может быть важным фактором в некоторых проектах. Так, правильный выбор метода обработки способствует продлению срока службы крепежа, улучшению его функциональных характеристик и, в конечном итоге, успешному выполнению проекта.

Источник