загрузка...
 
1.2 Неметаллические покрытия 1.2.1 Неорганические покрытия.
Повернутись до змісту

1.2 Неметаллические покрытия 1.2.1 Неорганические покрытия.

Большинство металлов окисляется кислородом воздyxa с образованием поверхностных оксидных пленок. Однако эти пленки в силу незначительной толщины не обеспечивают надежной защиты от коррозии. Особенно слабы в этом отношении естественные пленки на железе.

Между тем в результате определенной химической или электрохимической обработки можно создать на по­верхности металла искусственные пленки, которые обла­дали бы значительно более высокой коррозионной стой­костью, чем основной металл, и защищали бы его от разрушения.

Существуют различные методы получения таких не­металлических пленок, отличающихся химическим соста­вом. Наиболее распространены оксидные и фосфатные пленки, хотя по защитным свойствам они уступают ме­таллическим покрытиям. Процесс изготовления оксидных покрытий на металле получил название оксидирования, а фосфатных — фосфатирования.

Оксидирование. Основное назначение этого процесса — защита  черных и цветных металлов от атмосферной коррозии.

Современный метод оксидирования — химическая и электрохи­мическая обработка деталей в щелочных растворах.

Электрохимическое оксидирование ведут в растворе 4% едко­го натра при 65—120°С и анодной плотности тока от 2,5 до 10 А/дм2. Продолжительность анодной обработки не превышает 60 минут.

Качественное покрытие состоит из магнитной окиси железа, по­лучающейся в результате последовательных превращений:

Fe ? Na2Fe02 ? Na2Fe204 ? Fe3O4.

Оксидирование черных металлов носит также название «вороне­ния». Его осуществляют в растворе состава, г/л: NaOH — 600-700; NaNO2 — 200-250; NaNO3 — 50-100. Температура — 135-145 °С, время 30-90 мин. В процессе происходит растворение железа с об­разованием соединений Na2FeO2 и Na2Fe204, из которых образуется поверхностная пленка оксида железа

Na2Fe02 + Na2Fe204 + 2H2O = Fe3O4 + 4NaOH.

Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий чер­ный цвет, а на высокоуглеродистых сталях — черный с сероватым оттенком. Для повышения антикоррозионных свойств оксидирован­ное изделие погружают на 2-3 мин в горячий 2-3% раствор мыла, а затем на 5-10 мин - в минеральное трансформаторное или машин­ное масло при температуре 105-120 °С. После этой операции по­верхность покрытия становится блестящей, с равномерной черной окраской. Возможно оксидирование и магниевых сплавов — в хро­мово-кислых электролитах с последующим нанесением лакокрасоч­ных покрытий. Толщина оксидных пленок составляет 0,8-1,5 мкм.

Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение его — декоративная отделка. Почти все стрел­ковое оружие и ряд точных приборов подвергают воронению, в ре­зультате чего изделия приобретают красивый черный цвет. Воро­нение используют и в том случае, когда необходимо сохранить ис­ходные размеры изделия, так как оксидная пленка составляет всего 1,0-1,5 микрона.

Анодирование. Особенно широко применяется оксидирование алюминия и его сплавов. Это наиболее простой и надежный метод защиты их от коррозионного разрушения.

Процесс образования оксидных пленок на поверхности алюминия называют анодированием.

В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая пленка оксидов Al2O3 или Al2O3 · nН2О, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окру­жающей среды алюминий покрывается слоем рыхлых белых продук­тов коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксид­ных пленок может быть проведен химическим и электрохимическим способами.

Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обла­дают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защища­ют металл от коррозии и являются хорошим подслоем под лакокра­сочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротив­ление и хорошо окрашиваются, что позволяет придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов.

В растворах слабых кислот (борная, винная, лимонная) и их солей оксидная пленка не растворяется. В этом случае получают беспори­стые, плотные, не проводящие электрический ток покрытия толщи­ной до 1 мкм. Такие пленки используют в качестве электроизоляци­онных покрытий в производстве конденсаторов.

Электролиты второго типа содержат растворы серной, хромовой и щавелевой кислот, в которых происходит частичное растворение оксидной пленки алюминия. В этих электролитах получают пори­стые пленки толщиной от 1 до 50 мкм.

На практике анодирование алюминия и его сплавов проводят  в  растворах  серной  кислоты  концентрацией   180-200 г/л, хромового ан­гидрида (3 %) и щавелевой кислоты (3-10%) с плотностью тока 80-200 А/м2, при напряжении до 24В в течение 15-60 мин. Катоды выполняются из свинца или стали марки 12Х18Н9Т.

Для повышения защитных свойств изделие после оксидирования обрабатывают паром или горячей водой и далее в горячих растворах хроматов и бихроматов. При обработке паром в порах пленки обра­зуется гидроксид алюминия, а в хромовых растворах - более стойкие соединения типа (АlО)2СrO4.

Оксид образуется на поверхности алюминия в результате анод­ного окисления

2А1 + ЗН2О = А12О3 + 6Н+ + 6е.

Он состоит из двух слоев: плотного барьерного слоя толщиной 0,01-0,1 мкм, расположенного непосредственно на поверхности металла, и внешнего пористого слоя толщиной до 200-400 мкм.

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов осуществля­ют в щелочных хромистых растворах состава, г/л: Na2CrO4 — 15; NaOH — 2,5 и Na2CO3 — 50 при температуре 90-95 °С в тече­ние 5-10 мин. Образуются пленки толщиной 3-4 мкм с невысокими механическими и диэлектрическими свойствами. Процесс простой, быстрый и не требует специального оборудования.

Фосфатирование. Технология процесса фосфатирования проста. Фосфатирование применяют для черных и цветных металлов, и оно состоит в обработке металлических деталей (например стальных) в горячем растворе фосфорно-кислых солей некоторых металлов, главным образом марганца, железа, цинка. При этом на поверхности изделия образуется пористая пленка, состоящая из труднорастворимых фосфатов этих ме­таллов. Благодаря большой пористости пленка хорошо удерживает масло, краску и служит отличным грунтом под лакокрасочное покрытие.   Сама фосфатная пленка  не обладает высокими антикоррозионными свойствами  и используется в качестве защитной в сочетании с лако­красочными покрытиями или после пропитки ее маслом. В этом случае она надежно защищает сталь от коррозии. Иногда применяют обработку фосфатированного из­делия в 7—9% растворе бихромата натрия, который заполняет поры и пассивирует нефосфатированные уча­стки поверхности металла.

Обычно фосфатирование проводят при температуре

96—98° С погружением стальных изделий в раствор, содержащий 20—35 г/л препарата «Мажеф». В его состав

входят фосфаты марганца и железа —Мn(Н2РО4)2,

МпНРO4, Fe(H2PO4)2. Используют также раствор на

основе дигидрофосфата цинка Zn(H2P04)2. Продолжительность фосфатирования 0,5—2 ч.

Основан метод на свойствах солей фосфорной кислоты. Фосфорная кислота — Н3РО4 — может образовывать три вида солей:

1) однозамещенные - дигидрофосфаты Ме(Н2РО4)2;

2) двухзамещенные- гидрофосфаты МеНРО4;

3) трехзамещенные - фосфаты Ме3(РО4)2 (где Me — двухвалентный металл).

В воде растворяются только фосфаты аммония и щелочных ме­таллов. Двух- и трехзамещенные фосфаты железа, марганца и цинка малорастворимы. Следовательно, если создать условия для их обра­зования, то они будут оставаться на поверхности металла.

При взаимодействии металла с фосфорной кислотой первона­чально образуются дигидрофосфаты:

Me + 2Н3РО4 = Ме(Н2РО)2 + Н2.

При снижении концентрации фосфорной кислоты получают вто­ричные и третичные соли:

Ме(Н2РО4)2 ?  МеНРО4 + Н3РО4;

3Ме(Н2РО4)2 ? Ме3(РО4)2 + 4Н3РО4.

В образовании фосфатной пленки участвуют продукты взаимо­действия фосфорной кислоты с металлом и вещества, входящие в состав раствора для фосфатирования.

Предполагается, что образованию фосфатной пленки предше­ствуют реакции ионизации железа на анодных участках:

Fc ? Fe2+ + 2е

и выделение водорода на катодных участках

2Н+ + 2е ? Н2 ?.

Железо, переходящее в раствор, связывает фосфорную кислоту, и равновесие реакций смещается вправо. Выпадающие в осадок ди- и трифосфаты кристаллизуются на поверхности стального изделия, образуя плотную кристаллическую пленку.

Фосфатирование заканчивается после того, как вся поверхность покроется сплошной пленкой и выделение водорода прекратится. Фосфатирование используют для изделий, которые эксплуатируют в морской воде, в тропических районах. Недостатком фосфатных пленок являются низкая прочность и эластичность. Они имеют короткий срок эксплуатации.

Пассивирование

Для защиты от коррозии применяют метод пассивирования — обработка металла в растворах хроматов или нитратов.

Для пассивирования оцинкованных изделий применяют раствор: 8-10 мл/л H2SO4 и Na2Cr207·2H20 — 200 г/л. Время обработки 5-30 с. От времени обработки зависит окраска пленки. При выдержке 5 с цвет пленки радужный с зеленоватым оттенком, а масса пленки составляет 0,9-1,2 г/м2. При дальнейшем увеличении времени цвет меняется от желтого до коричневого.

Для пассивирования алюминия используют раствор бихромата калия (200 г/л) и 2 мл/л НF.

Пассивация меди в хроматных растворах дает особенно хорошие результаты при защите изделий, соприкасающихся с парами SO2 и растворами нейтральных солей. Стальные детали можно обраба­тывать в 60-90% растворе нитрита натрия. В результате они не ржавеют в течение двух лет.

Эмали

Эмаль представляет собой стекловидную массу, получаемую сплавлением шихты (песок, мел, глина, полевой пшат и др.) и плав­ней (бура, сода, поташ, фтористые соли и др.). Кроме стеклообразующих веществ, в шихту вводят оксиды хрома, титана, цинка, повы­шающие жаростойкость, сцепляемость с металлом и придающие эма­ли нужную окраску.

Высокая химическая стойкость эмалей обусловлена присутствием буры и кремнезема; термостойкость обеспечивается близостью тем­пературных коэффициентов линейного расширения покрытия и ме­талла.

Наиболее жаростойкие эмали (так называемые керамические) выдерживают   температуру   1100?С,   а  в  отдельных   случаях до 1400 ?С.

Эмалевые покрытия стойки к минеральным и органическим кис­лотам, солям, газовым средам, но разрушаются горячими раствора­ми концентрированных щелочей, плавиковой кислоты и рядом фто­ристых соединений.

Эмалевую суспензию наносят на очищенную поверхность изде­лия погружением в расплав или пульверизацией из специального пистолета, после чего обжигают до спекания в пламенной или му­фельной печи при температуре 880— 1050?С.



загрузка...