Защитные и декоративные покрытия сталей и сплавов, способы их нанесения, применяемость

Для увеличения срока службы крепежных изделий и придания им товарного вида используются защитные и защитно-декоративные покрытия. В ЦКИ в основном используются следующие виды покрытий:

цинкование;
фосфатирование;
оксидирование;
латунирование;
никелерование;
порошковая окраска;
нитрид-титанирование (TiN).

Цинковые покрытия

Наиболее распространенное из них – цинковое. Оно значительно увеличивает срок службы изделия, технологично и недорого.

В ассортименте ЦКИ имеются изделия, оцинкованные по различным технологиям:

электролитическое (гальваническое) цинкование;
горячее цинкование;
термодиффузное цинкование (шерардизация);
цинк-ламельное покрытие.

Защитное действие цинкового покрытия построено на том, что при наличии контакта с агрессивной средой (например, влажной атмосферой) процессы коррозии предпочтительно развиваются на цинке. Тем самым коррозия основного материала – железа (стали) временно подавляется. Однако защита подобного рода не слишком долговечна – она действует до полного окисления слоя цинка на поверхности стали. В машиностроении толщины цинковых покрытий обычно составляют 7-15 мкм, в строительной индустрии — 50-100 мкм.

Внешне процесс коррозии стали с гальваническим цинковым покрытием в камере соляного тумана (стандартная испытательная среда) выглядит так. Через несколько часов после начала испытаний на изделии появляется белый, сперва компактный, а позднее – рыхлый налет – оксид цинка. Затем через его поры начинается коррозия основного металла. Она проявляется в виде красно-коричневых точек и пятен – ржавчины, в тех местах, где цинковое покрытие уже стало проницаемым.

Технология электролитического цинкования основана на процессе электролиза. Схема установки для электролиза очень проста.

В ванне с электролитом помещаются стальное изделие (ложка), которое необходимо покрыть, и пластины чистого цинка. К ним через специальные зажимы подводится постоянный ток. При этом «-» подается на изделие (катод), а «+» — на цинковые пластины (аноды). Электролитом служат растворы различных кислот, щелочей и солей. В процессе электролиза цинковый анод растворяется, его ионы переносятся катоду – изделию, где восстанавливаются до металла и осаждаются на поверхности покрываемого изделия. Следует иметь в виду, что одновременно с осаждением цинка на той же поверхности образуется газообразный водород. Он проникает в металл, формирует газовые пустоты, которые перестраивают кристаллическую решетку, снижая тем самым механические характеристики металла. Именно поэтому цинкование не рекомендуется применять для изделий из материала с классом прочности выше 8.8.

Для повышения коррозионной стойкости и придания изделиям улучшенного декоративного вида применяют пассивирование. Оно заключается в том, что непосредственно после нанесения и промывки цинковое покрытие погружают на 5-10 минут в раствор бихромата натрия и серной кислоты. Цинковое покрытие при этом приобретает зеленовато-желтую окраску с радужными оттенками. Поэтому при неформальном общении его часто называют «желтым цинком». Если необходимо получить блестящее покрытие, применяют другой раствор, содержащий хромовый ангидрид, серную и азотную кислоты. Он не только пассивирует, но и осветляет поверхность изделия. Защитный эффект, вызываемый пассивированием, основан на заполнении пор цинкового покрытия соединениями хрома VI. Довольно часто употребляется термин «голубое» хроматирование. В этом случае речь идет о покрытиях, полученных при пассивировании составом, содержащим хром III.

На сегодняшний день электролитическое цинкование является самым распространённым способом защиты крепежных изделий от коррозии. Это обусловлено высокой производительностью гальванических агрегатов, низкой себестоимостью процесса и достаточно высокой защитной способностью.

Другой массовой технологией нанесения цинка является горячее цинкование. В этом случае стальные изделия погружают в расплавленный цинк при температуре от 445 до 460°C. Образование покрытия при этом происходит гораздо быстрее, чем при электролитическом способе: скорость горячего цинкования может достигать 80 мкм/мин. Это чрезвычайно удобно при нанесении покрытий на крупногабаритные детали.

Если обработке подвергаются мелкие детали, избыток цинка удаляют с помощью центрифуги, а детали сложной формы вообще к обработке в расплаве не допускаются.

Структура горячего покрытия состоят из двух слоев. Внутренний представляет собой сплав железо-цинк переменного состава (интерметаллид), а наружный – собственно металлическое цинковое покрытие. Существуют технологические приемы, позволяющие изменять толщину и структуру этих слоев. А высокая скорость формирования покрытия проявляется в крупном зерне внешнего цинкового слоя.

Узнать подробнее о технологии и свойствах горячего цинкования вы можете в технической статье. Кроме того, вы можете сравнить результаты испытаний горячеоцинкованного крепежа и метизов с гальваническим покрытием в статье ЦКИ «Горячеоцинкованный крепеж».

Термодиффузное цинкование (шерардизация) – насыщение верхнего слоя металлического изделия цинком (термодиффузный слой). Достаточно сложная и дорогая технология нанесения защиты. Производится в разогретых вращающихся центрифугах с цинковой пылью. Температура в контейнере достигает 290–450 °C. Шерардизация позволяет получить толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 мкм, причём покрытие образуется ровное и беспористое, с высокой адгезией к подложке. Защитная способность такого покрытия в 3–5 раз выше, чем у гальванического, и сравнима с горячецинковым. Этот способ используется для защиты металлопродукции специального назначения, например, для деталей железнодорожного транспорта. К минусам стоит отнести небольшую производительность, лимитируемую объёмами камер для цинкования, ограничение размера деталей размером контейнера и отсутствие декоративных свойств у диффузионного покрытия (серые тона, отсутствие блеска).

Цинк-ламельное покрытие содержит до 80% цинковых чешуек (ламелей), 10% алюминиевых и связующую основу (акриловые, уретановые, эпоксидные и кремнийорганические смолы). Микроскопические чешуйки расположены параллельно, поэтому перекрывают друг друга, не оставляя «пробелов» на металлической поверхности, куда мог бы попасть кислород. Кроме того, скорость окисления алюминия ниже, чем цинка, поэтому цинк-алюминиевое покрытие в 3 раза устойчивее к коррозии, чем стандартное горячеоцинкованное покрытие.

Цинк-ламельное покрытие можно наносить не только на чёрный металл, но и на оцинкованную сталь, никель, алюминий, медь, нержавеющую сталь и другие металлы. При необходимости на базовое покрытие наносятся дополнительные слои, которые повышают коррозионную и химическую устойчивость, придают нужный цвет и увеличивают износостойкость. Как правило крепежные изделия покрываются цинк-ламелью методом погружения в раствор, остатки которого удаляются в центрифуге.

Среди всех видов покрытия цинк-ламельное заметно превосходит аналогичные, выигрывая по физическим и эстетическим параметрам. Несмотря на то, что детали покрываются тонким слоем состава и полностью сохраняют свою форму, они на 100% защищены от коррозии, а металл – от проникновения водорода и охрупчивания. Такое покрытие выдерживает максимальный класс нагрузки – С5. Его просто наносить на детали сложной формы, а требования к толщине материала базы минимальны. Несмотря на очевидные преимущества цинк-ламельного покрытия, в России его пока используют предприятия, которые можно сосчитать по пальцам одной руки.

Существуют также многочисленные варианты покрытий на цинковой основе. На саморезах SPAX после нанесения гальванического цинкового покрытия производится заполнение его пор суспензией фторопласта. Это повышает коррозионную стойкость системы, а также, что не менее важно, ее антифрикционные свойства.

На практике цинковое покрытие наносится на крепежные детали в подавляющем большинстве случаев. Однако, когда это по каким-либо причинам невозможно (например, из-за наводороживания высокопрочных сталей) или когда к покрытию предъявляются какие-либо специальные требования, используются фосфатное и оксидное покрытия.

Правила проведения обработки

Чтобы в домашних условиях нанести антикоррозийное покрытие и надёжно защитить металл от воздействия факторов окружающей среды, нужно соблюдать ряд правил:

С металлической поверхности счищается слой ржавчины, грязи, налёта.
Защитный слой наносится после обезжиривания зачищенного металла и нанесения грунтовки.

Краска от коррозии наносится в два слоя.
Антикоррозийное покрытие защищает металлические изделия от разрушительного воздействия влаги и воздуха. Для его нанесения требуется выбрать химический состав и правильно нанести покрытие.

Фосфатное покрытие

Фосфатное покрытие – результат фосфатирования. Так называют процесс химической обработки стали (как, впрочем, и других металлов и сплавов), в растворах фосфорнокислых солей щелочных металлов или аммония. В результате фосфатирования на поверхности изделия возникает слой из труднорастворимых солей – фосфатов железа. Покрытие имеет цвет от темно-серого до черного и шероховатую поверхность. Обычная толщина защитного слоя составляет 2-5 мкм. Он устойчив против воздействия керосина, смазочных масел, кислорода воздуха, выдерживает кратковременный нагрев до 5000С и охлаждение до — 750С, но разрушается под действием кислот и щелочей. Часто используется как грунт – покрытие под окраску.

В нашем ассортименте фосфатные покрытия можно встретить:

на стопорных кольцах

на саморезах для крепления гипсокартонных и гипсоволоконных плит

Что такое коррозия?

Коррозия — процесс, при котором металлические поверхности разрушаются под воздействием факторов окружающей среды. Если ничего не предпринять, ржавчина приведёт изделие в негодность. Длительное воздействие воды негативно влияет на многие характеристики материала:

внешний вид поверхности заготовки;
показатели твердости, износоустойчивости;
структура материала.

Часто от подобных проблем страдают детали автомобилей, инструменты, которые хранятся в помещениях с высокой влажностью, промышленное оборудование, металлоконструкции. Антикоррозийные составы образуют на поверхности металла защитный слой, который повышает защиту материала от факторов окружающей среды.

Оксидное покрытие

Оксидное покрытие – результат оксидирования. Так называется процесс получения на поверхности изделия искусственно образованной пленки, состоящей преимущественно из оксидов покрываемого материала. В случае оксидировании сталей и чугунов на их поверхности образуется темная пленка, состоящая условно из оксида железа Fe3O4 толщиной всего несколько мкм. Среди прочих других, наиболее распространен способ химического оксидирования. При его реализации покрываемое изделие погружают в кипящий раствор, чаще всего состоящий из щелочи и окислителей — нитратов и нитритов. Получающаяся пленка плотно сцеплена с металлом основы, имеет черный цвет. Для повышения коррозионной стойкости пленку промасливают, благодаря чему ее поры заполняются и становятся непроницаемыми для внешней агрессивной среды. Одним из широко распространенных вариантов оксидирования является воронение. Название происходит от цвета покрытия. Оно черное с синим отливом, как крыло у ворона.

В нашем ассортименте оксидные покрытия можно встретить:

на изделиях из стали класса прочности большего, чем 8.8, для предотвращения наводороживания при цинковании;

на винтах установочных, где недопустимо использование мягкого покрытия;

на стопорных кольцах DIN 471 и 472

на шайбе упорной быстросъемной DIN 6799.

Разновидности, состав и емкость

По составу неметаллические смеси делятся на несколько групп:

Силикатные эмали – востребованы для обработки элементов, работающих при высоких температурах или в химически агрессивных средах. Выпускаются в виде пасты или порошка. Процесс обработки проводится в несколько этапов. Изначально наносится грунтовка, улучшающая адгезию и снижающая термическое или механическое напряжение. После высыхания слоя, изделие вскрывается покровной эмалью и вновь нагревается до высокой температуры. Застывшее вещество образует тонкий слой, который хорошо защищает изделие. Покрытие не обладает высокой прочностью, поскольку эмаль трескается и осыпается при сильных ударах.
Полимерные покрытия – чаще всего в таких составах присутствует полиэтилен, полиизобутилен, фторопласты, полистирол, полипропилен, эпоксидные смолы. Смеси могут наноситься на поверхность обычной кистью, методом окунания или напыления. После засыхания они образуют пленку, толщиной в несколько элементов. К полимерным веществам относятся и антифрикционные твердосмазочные смеси. Они похожи на краску, но вместо пигментов в их состав входят твердые смазочные материалы. Основа большинства материалов – графит, дисульфит молибдена, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие твердые смазки. В качестве связывающих веществ задействуются эпоксидные, фенольные, акриловые и полиамид-имидные смолы, полиуретан, титанат и другие компоненты.
Лакокрасочные покрытия – состав формируется из пленкообразующих веществ, пигментов, наполнителей, пластификаторов, катализаторов и растворителей. Средства не только защищают изделия, но и обеспечивают им привлекательный внешний вид. При добавлении в состав некоторых частиц, материалы получают особые свойства. Например, токопроводность, жаростойкость, повышенную прочность и кислотность.
Гуммирование – обработка резиной или эбонитами трубопроводов, цистерн и резервуаров для транспортировки агрессивных веществ. Существуют твердые и мягкие покрытия. Мягкость состава контролируется путем подмешивания в смесь серы. Вещество наносится на чистую поверхность, предварительно обработанную резиновым клеем, затем проводится вулканизация.
Покрытия из паст и смазок – применяются для продолжительного хранения и перевозки изделий из металла и их защиты от агрессивных сред. Вещества наносятся кистью или методом распыления. После высыхания создается пленка, пресекающая контакт деталей с влагой, пылью и различными газообразными веществами. Смазки производят на основе минеральных масел с частицами восокообразивных компонентов – парафина, мыла, воска. Пасты делают из суспензий минерального воска, парафина или каучука, а также полиизобутилена. Такие средства эффективные при условии, что пленка не будет разрушена при механических нагрузках.

Защитные покрытия, не требующие обязательного применения в производственных условиях, фасуются в резервуары небольшого, среднего и крупного объема. В частности, в канистры, банки, ведра и бочки, емкостью до нескольких сот литров. Отдельные составы выпускают в аэрозольных упаковках для удобства обработки труднодоступных мест.

Латунирование и никелерование

Латунирование придает покрываемым изделиям декоративные свойства. Чаще всего используется при монтаже сантехники. Основными составляющими латуни являются медь и цинк в разных сочетаниях, но в принципе преобладает медь. Типичная латунь имеет золотистый цвет. Общепринятый состав электролитически осаждаемой латуни содержит около 60-70% меди и 30-40% цинка.

Латунированные детали представлены в ассортименте ЦКИ мебельными винтами и шурупами, а также мебельными декоративными гайками.

Никелерование используется для придания крепежу большей стойкости в соляном тумане. Толщина наносимого покрытия обычно составляет от 1 до 50 мкм. Никелированию подвергаются детали, изготовленные из стали и сплавов на основе меди, алюминия, железа, а также гальваническое никелирование может наноситься на изделия из титана, молибдена, вольфрама. При никелировании стальных деталей на них обычно наносится подслой меди.

В ЦКИ никелем покрываются заклепки. С подробностями вы можете ознакомиться в разделе «Заклепки».

Описание

Защитные покрытия – это составы, которыми обрабатывают металлические детали и другую продукцию для защиты от окисления, коррозии, преждевременного разрушения при воздействии внешних сред. Все разновидности веществ делятся на металлические и неметаллические. В первую группу входят анодные и катодные покрытия, которые наносятся методом газотермического напыления, гальванизации, окунания, диффузии или плакирования.

Ко второй группе относят органические и неорганические материалы – лакокрасочные смеси, эмали, полимеры, герметики, оксиды металлов, резину, соединения на основе фосфора и хрома и т.д. Они формируют на обработанной поверхности пленку, устойчивую к внешним воздействиям, которая предохраняет детали от повреждений. Обработка изделий металлическими составами возможна только в производственных условиях, тогда как неметаллические покрытия можно наносить ручным или механическим способом в процессе эксплуатации или обслуживания отдельных узлов оборудования.

Защитное покрытие методом оцинкования

простота в использовании
относительно низкая стоимость

поверхность должна быть предварительно подготовлена специальном образом
боится высоких температур (нецелесообразно применение при покрытии изделий подвергающихся в последствии воздействии высоких температур)
низкие сроки антикоррозийной защиты

относительно высокая стойкость к коррозии (с условием предварительного оцинкования)

сложность процесса
высокая стоимость технологии

широкий диапазон рабочих температур (от +50°С до -70°С)
экологически инертный материал
высокая адгезия с основным покрытием
высокая доступность материала (производится в России)

способность к поглощению ультрафиалета, что приводит к выцветанию цвета
относительно шершавое покрытие

красивый блестящий внешний вид и гладкое покрытие
целесообразно использование в водных средах и территориях где нет низких температур (например при формировании габионов, матрасов Фуко и т.п.)

узкий диапазон рабочих температур (от +50°С до -20°С)
охрупчивание покрытия при t=-20°С, растрескивается и осыпается
разрушаясь, выделяет экологически вредные хлористые соединения
способность к поглощению ультрафиалета, что приводит к выцветанию цвета
высокая стоимости материала, т.к. сырье импортируется

может наносится от 3-х до 5-ти слоев
эффективно работают в неблагоприятных (в т.ч. химических) средах

сложность использования и нанесения покрытия – жестко ограничено по времени после приготовления смеси

Свежие статьи

Виды защитных покрытий металлов

Ворота промышленные СНК

Ограждение спортивных площадок – нормы 2019

Калитки промышленные

Забор из сетки рабицы – забор для дачи своими руками!

Барьерное ограждение

Промышленное ограждение. Типовое решение 6

Промышленное защитное ограждение. Типовое решение 5

Промышленное защитное ограждение. Типовое решение 4

Промышленное защитное ограждение. Типовое решение 3

Ограждения на производстве — важное требование безопасности труда

В современных условиях развития производства повышаются требования к безопасности рабочих процессов. Одним из элементов, обеспечивающих понижение травматизма, является создание охранной зоны вокруг движущихся и вращающихся частей механизмов. Прежде чем приступить к проектированию, определите характер оборудования и применим.

Ограждение спортивных площадок – нормы 2019

Какие требования предъявляются к спортивному ограждению? Какие документы, актуальные на 2021 год, необходимо изучить приступая к проектированию спортивной площадки, чтобы не возникло проблем после ее постройки? О самых важных моментах мы расскажем в этой статье.

Чем выше забор, тем лучше соседи. Какой забор ставить в 2019 году?

Руководствуясь всем известным принципом «Мой дом – моя крепость» в квартиры мы ставим мощные входные двери, а для своего загородного дома, участка или дачи ищем надежный, прочный и долговечный забор. Мы считаем, что выбрав сварное ограждение, Вы получите лучшее решение для загородного дома или дачи. Почему? В этой статье мы сравним его с другими видами и Вы убедитесь в этом.

Защитное покрытие методом оцинкования

привлекательный (блестящий) внешний вид
позволяет покрывать сварные швы
позволяет оцинковывать изделия сложной формы

относительно тонкое покрытие и низкий срок службы
относительно длительная, сложная и не экологичная технология (в т.ч. сложность очистки использованных хим. составов)

позволяет производить продукцию в потоке, с большими скоростями

сложность оцинкования изделий сложной формы (наличие остаточного цинка «соплей», наплывов)

повышенная плотность покрытия – повышенная защита от коррозии

сложность оцинкования изделий сложной формы (наличие остаточного цинка «соплей», наплывов)

высокая плотность (толщина) покрытия – эффективная защита от коррозии
длительный срок службы (до 30-50 лет)

сложность оцинкования изделий сложной формы (наличие остаточного цинка «соплей», наплывов)

высокая плотность (толщина) покрытия – эффективная защита от коррозии
длительный срок службы (до 30-50 лет)

имеет ограничения по минимальной толщине металла (коробление конструкций с различными толщинами и различной теплопроводностью)
наличие остаточного цинка (соплей, наплывов)
высокая стоимость из-за большого расхода цинка и высокого потребления энергетии