Металлизация - эффективный метод защиты от коррозии.
Термическое напыление металлических покрытий - это процесс нанесения расплавленного металла на основу (грунтовку) до проектирования. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы могут быть разными, главное, чтобы в результате на поверхности оставалось тонкое, устойчивое к коррозии и абразивному действию, покрытие, которое улучшает свойства поверхности.
Метод напыления металлических покрытий используется уже в течение многих лет. Полученный в результате многолетний опыт и тестирование с применением внешнего воздействия на поверхность, доказали, что данный метод является более эффективным в длительной антикоррозионной защите стали, чем обычное покрытие поверхности краской.
Так как алюминий является наиболее эффективным металлом, защищающим сталь, данная статья сфокусирована на напыление металла алюминия.
Для чего использовать покрытие металлами?
Процесс термического напыления является прекрасным средством для антикоррозийной защиты железа и стали любой степени - от сравнительно недорогих покрытий с долгим сроком действия до недорогих покрытий, конкурирующих с органическими покрытиями, такими как краска. Толстослойные покрытия, такие как цинк или алюминий, могут применяться для наиболее суровых антикоррозионных условий и могут служить от 15 до 50 лет. Метод напыления очень тонких покрытий, особенно цинка, стоит дешевле, чем некоторые другие методы, такие как нанесение покрытия и покраска и, зачастую, обеспечивают более длительную защиту.
Термически напыляемые покрытия являются прекрасной антикоррозийной основой под краску. Органические покрытия, нанесённые на поверхности железа и стали, портятся под действием коррозии, которая происходит под покрытием в результате того, что покрытие недостаточно соединяется со сталью. Тонкий слой термически напылённого покрытия предотвращает коррозию основания, и крепко связывает сталь с органическим покрытием.
Катодные покрытия
Металлические покрытия, которые являются катодными к основному металлу, могут быть использованы только в толстослойных покрытиях, которые напыляются на детали машин. Например, нержавеющая сталь широко используется для валов насосов и валов паровых турбин. Латунь, бронза, никель, нержавеющая сталь и медь не используются для тонкослойных покрытий, так как основа будет быстро разрушаться через поры покрытия. Так как тонкослойные покрытия напыляются только на большие участки, такие как поверхности резервуаров или зданий, данные металлы не рекомендуется использовать для таких покрытий. Иногда допускается замазывание пор в катодных покрытиях, таких как нержавеющая сталь, медно-никелевый сплав и бронза.
Анодные покрытия
Металлами, анодными к железу, которые могут использоваться в качестве напыляющего металла, являются только кадмий, цинк и алюминий (магний является химически активным). Так как данные металлы защищают железо, подвергаясь разрушению, во время напыления их пористая структура не берётся во внимание при выборе металла для напыления. Все другие металлы, которые обычно используются для напыления, являются катодными по отношению к железу и защищают его, обеспечивая только полное непористое барьерное покрытие, которое, к тому же, будет защищать железо механически.
Поэтому, наиболее часто для антикоррозийной защиты железа и стали термически напыляемыми металлами используют цинк и алюминий. В некоторых случаях также используют кадмий, широкому применению препятствует слишком высокая цена. Цинковое покрытие, толщиной в 25 микрон, прекрасно подходит для многих видов атмосферных условий, хотя чаще используют более толстослойные покрытия, которые имеют более длительный срок службы. Благодаря тому, что алюминий имеет свойство окисляться, и таким образом защищает себя от дальнейшего разрушения, считается, что необходимо использовать более толстый слой данного металла, минимальная толщина слоя данного металлического покрытия для атмосферной коррозии должна составлять 75 микрон.
Необходимо постоянно учитывать и стараться избегать побочных электрохимических действий, в результате которых разнородные металлы могут соединиться в электролит. Например, ёмкость для хранения холодной воды в целях антикоррозийной защиты необходимо покрывать цинком, тогда покрытие будет служить долго. Но если в ёмкость поместить медные рулоны/катушки, присутствие меди вызовет электрохимическую реакцию и таким образом ускорит процесс коррозии цинка и срок службы покрытия будет намного меньше. Для того чтобы избежать этого, необходимо электрически изолировать катушки в ёмкости.
Выбор металла
Никель, медно-никелевый сплав, бронза и нержавеющая сталь
Такие металлы, как никель, медно-никелевый сплав, нержавеющая сталь и бронза являются катодными по отношению к стали и должны использоваться только тогда, когда они не пропускают жидкость. Данные металлы обычно используются для напыления деталей оборудования, таких как поршни насосов, штоки насосов, гидравлический поршень, набивочная секция паровых турбин, гребной вал лодок и клапаны. При использовании данных металлов в качестве покрытий, необходимо уплотнять их с помощью органических уплотнительных материалов, таких как шпатлёвка, порозаполнитель и т. д.
Для того чтобы выбрать металл, который подходит для этой цели, необходимо учитывать его сопротивляемость реактивам и износостойкость. Например, в том случае, если необходимо нанести покрытие на набивочную секцию вала насоса, основными будут требования к его износостойкости, а не к устойчивости против коррозии. Сплав нержавеющей стали более толстый, затем следует никель, но он менее устойчивый к коррозии, чем латунь. Никель используется достаточно часто, за исключением отдельных случаев. Латунь широко используется для гребных валов и набивочных секций насосов.
Свинец и олово
Свинцовые покрытия иногда используются как материал, устойчивый к действию кислоты и других сильных реактивов. Так как свинец является катодом по отношению к стали, он должен быть полностью покрыт уплотнительным материалом. В последние годы покрытие уплотнительными материалами часто сопровождается чисткой пространства поверхности между покрытиями с помощью проволочной щёткой, так как свинец является достаточно мягким, легко подвергается пластической деформации и может достаточно плотно закрывать поры. Но недостаток данного метода в том, что таким образом на всей поверхности закрываются только поры.
Более тщательное закрытие пор в процессе напыления свинцового покрытия обеспечивает дробеструйная очистка. При использовании данного метода необходимо хорошее налипание свинцового покрытия; связующее покрытие необходимо напылять толщиной в 250-300 микрон, с последующей тщательной и однородной дробеструйной очисткой. Давление в силовом генераторе должно быть 240-345 к па, в случае, если используется пневматическая самонакладная машина, давление должно быть 515-690 к па.
Для периодического воздействия на сильные кислоты или постоянного воздействия на разбавленные кислоты, свинцовые покрытия можно укреплять неочищенным льняным маслом с добавлением к нему абсорбента.
Данные покрытия используются преимущественно для того, чтобы защищать сосуды для хранения пищевых продуктов. Несмотря на то, что олово является катодом по отношению к стали, оловянные покрытия являются достаточно крепкими и плотными, они водонепроницаемы даже при напылении тонкого слоя. Используются оловянные покрытия толщиной в 100-250 микрон, в зависимости от срока службы, с последующим применением укрепляющего материала. Оловянные покрытия являются также хорошей основой для напыления латуни, никеля, бронзы и нержавеющей стали, особенно в том случае, если использовать укрепляющий материал, стойкий к действию сильных реагентов, таких как кислоты.
Алюминий и цинк
Для атмосферной защиты железа и стали, а также для защиты поверхности при погружении в солёную и пресную воду, рекомендуется использовать 2 металла, такие как алюминий и цинк. Цинк является чистым на 99,9% и не вызывает загрязнения в процессе напыления. Следовательно, термически напыляемые цинковые покрытия более чистые, чем те, которые используются в процессе горячей гальванизации, например, так как никель, который используют в процессе гальванизации, содержит большое количество примесей железа. Алюминий обычно чистый на 99% и используется в процессе большинства антикоррозийных работ.
Для защиты изделий с помощью таких методов, как покраска или нанесение электролитического покрытия, используется напыление тонкого цинкового покрытия. Тонкий слой цинка, толщиной 25 микрон, обеспечивает прекрасную защиту небольших металлических частей, таких как гайки и болты, которые изготовляют и покрывают металлическим покрытием в очистном барабане (для отливок). Алюминиевое покрытие дешевле, чем цинковое или другое, имеющее такую же толщину, но перед его напылением необходима более тщательная подготовка поверхности. Алюминий не рекомендуется для использования в покрытиях толщиной менее 75 микрон. Следовательно, цинк рекомендуют использовать в том случае, если необходимо уменьшить стоимость дробеструйной очистки до минимума или если необходимо очень тонкое покрытие.
Цинк имеет более высокий электролитический потенциал, чем алюминий и обеспечивает лучшую защиту, но может наноситься не на все участки поверхности. Небольшие непокрытые участки, такие как царапины и пустоты на обратной стороне заклёпок лучше защищать методом гальванизации с использованием цинка, а не алюминия.
Ниже перечислены преимущества цинкового и алюминиевого покрытия.
Алюминий:
Устойчивость к высоким температурам;
Лёгкий;
Хорошая устойчивость к загрязнённой и морской средам;
Образует оксидный слой, что уменьшает пропускающую способность поверхности;
Уменьшает коррозию.
Цинк:
Подходит для катодной защиты;
Хорошая устойчивость к механическим повреждениям;
Срок службы пропорционален толщине покрытия (в том случае, если укрепляющие материалы не применяются);
Используется в антикоррозийных грунтовочных покрытиях.
Напылённый алюминий способен выдерживать действие многих разведённых растворов кислот (имеющих pH 3.5 и выше), срок службы данного покрытия определяется в зависимости от химического состава реагентов и вида поверхности. Сильно разбавленные растворы окиси азота и серной кислоты, а также многие органические кислоты имеют незначительное воздействие на напылённые алюминиевые покрытия, если они обработаны подходящим укрепляющим материалом. Напылённый цинк плохо противостоит действию почти всех кислот, как органических, так и не органических. Цинковые покрытия используются, преимущественно, в диапазоне pH от 6 до 12.
Как и при напылении цинкового покрытия, срок службы определяется плёнкообразующей природой среды. Сопротивляемость цинка больше в жёсткой воде, чем в мягкой. Он имеет плохую сопротивляемость в любой воде при температуре выше 240С.
Термическое напыление алюминия как альтернатива системе окраски
Тестирование напыляемых металлических покрытий на устойчивость к внешнему воздействию, показало, что они имеют более длительный срок службы, чем покрытия, полученные во время окраски, которая предполагает соответствующую подготовку стального изделия и выполнение соответствующих процедур во время применения. Во многих случаях напылённый алюминий можно оставлять незащищённым, без использования укрепляющих материалов. С применением укрепляющих материалов, цинковое покрытие является хорошим верхним слоем.
Использование сплава алюминия с 5% магнием является прекрасной альтернативой покрытию краской. Данный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, которые находятся на палубе корабля.
Напыляемый методом плакирования или путём нанесения внешнего покрытия, защищающего от погодных условий, алюминий является также эффективным антикоррозийным покрытием под изоляционные материалы, которые могут намокать вследствие попадания воды. Термически напыляемый алюминий хорошо использовать для заводского оборудования, работающего при высоких температурах.
В отличие от покрытия поверхности краской, изделия с термически напылённым покрытием можно использовать почти сразу же после проведения работ. Ещё меньше повреждений во время эксплуатации будет если наносить покрытие на отдельные детали в процессе производства, что позволяет напылять покрытие на любую часть изделия, и даёт возможность осуществить сборку изделия после завершения работ или после проведения ремонтных работ.
Применение термически напыляемого алюминия, требует более тщательного предварительного обучения оператора, чем при покраске, процесс обучения должен также включать ознакомление с мерами безопасности и влияние на здоровье человека. Процесс термического напыления металлов, как и покраска, имеет преимущества и недостатки, которые приведены ниже:
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Прогнозируемый срок службы | Ограничение в месте проведения работ |
| Обеспечивает катодную защиту | Необходима пескоструйная обработка |
| Устойчивость к абразивному действию | Навыки оператора |
| Может быть обработано сверху укрепляющим материалом или краской | |
| Непосредственное (промежуточное) обследование |
|
Таблица №2
Толщина покрытия, необходимая для термического напыления. Источник: Американское сварочное общество Примечание: a) Все закрытые панели были покрыты уплотнительным материалом с промывным раствором плюс 1-2 слоя винил алюминия или чистого винила b) Все находящиеся снаружи панели, покрытые промывочным раствором плюс 1 слой винил алюминиевого покрытия. c) При уровне низких вод и при среднем приливно-отливном уровне. d) При воздействии жёсткого морского и солёного воздуха. |
||
| Тип воздействия | Металлизированный алюминий (a) | Металлизированный цинк (b) |
|---|---|---|
| Воздействие морской воды (c) | 0.18 мм, с уплотнит, материалом 0.15 мм, с и без упл материала |
0.30 мм, без уплотнит. материала |
| Воздействие морской атмосферы (d) | 0.08 мм-0.15 мм с и без уплотнительного материала | 0.12 мм без уплотнит матер. 0.08 мм с уплотнит. матер. |
| Промышленная атмосфера | 0.08 мм-0.15 мм с и без уплотнительного материала | 0.24 мм без уплотнит матер. 0.08 мм с уплотнит. матер. |