Vi методы защиты от коррозии металлов и сплавов

ГЛАВА VI МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВОсновным условием противокоррозийной защиты металлов и сплавов является уменьшение скорости коррозии. Уменьшить скорость коррозии можно, используя различные методы защиты металлических конструкций от коррозии. Основными из них являются: 1 Защитные покрытия. 2 Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности (в особенности при постоянных объемах коррозионных сред). 3 Электрохимическая защита. 4 Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости. 5 Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокомолекулярные материалы, стекло, керамика и др.). 6 Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей.^ 1 Защитные покрытия Защитное покрытие должно быть сплошным, равномерно распределенным по всей поверхности, непроницаемым для окружающей среды, иметь высокую адгезию (прочность сцепления) к металлу, быть твердым и износостойким. Коэффициент теплового расширения должен быть близким к коэффициенту теплового расширения металла защищаемого изделия. Классификация защитных покрытий представлена на рис. 43 Защитные покрытия Неметаллические Металлические покрытия покрытияНеорганические Органические Катодные Анодные Неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. Лакокрасочныепокрытия, покрытиясмолами, покрытияпластмассами,покрытия полимернымипленками, резиной Рисунок 43 - Схема классификации защитных покрытий^ Металлические покрытияНанесение защитных металлических покрытий – один из самых распространенных методов борьбы с коррозией. Эти покрытия не только защищают от коррозии, но и придают их поверхности ряд ценных физико-механических свойств: твердость, износоустойчивость, электропроводность, паяемость, отражательную способность, обеспечивают изделиям декоративную отделку и т.д. По способу защитного действия металлические покрытия делят на катодные и анодные.Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные - более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Так, например, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали – анодными покрытиями. Необходимо отметить, что вид покрытия зависит не только от природы металлов, но и от состава коррозионной среды. Олово по отношению к железу в растворах неорганических кислот и солей играет роль катодного покрытия, а в ряде органических кислот (пищевых консервах) служит анодом. В обычных условиях катодные покрытия защищают металл изделия механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям – беспористость. В противном случае при погружении изделия в электролит или при конденсации на его поверхности тонкой пленки влаги обнаженные (в порах или трещинах) участки основного металла становятся анодами, а поверхность покрытия катодом. В местах несплошностей начнется коррозия основного металла, которая может распространяться под покрытие (рис. 44а).Рисунок 44 - Схема коррозии железа с пористым катодным (а) и анодным (б) покрытием^ Анодные покрытия защищают металл изделия не только механически, но главным образом электрохимически. В образовавшемся гальваническом элементе металл покрытия становится анодом и подвергается коррозии, а обнаженные (в порах) участки основного металла выполняют роль катодов и не разрушаются, пока сохраняется электрический контакт покрытия с защищаемым металлом и через систему проходит достаточный ток (рис.44б). Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли. В отдельных случаях электрохимическая защита может иметь место при нанесении катодных покрытий. Это происходит, если металл покрытия по отношению к изделию является эффективным катодом, а основной металл склонен к пассивации. Возникающая анодная поляризация пассивирует незащищенные (в порах) участки основного металла и затрудняет их разрушение. Такой вид анодной электрохимической защиты проявляется для медных покрытий на сталях 12Х13 и 12Х18Н9Т в растворах серной кислоты. Основной метод нанесения защитных металлических покрытий – гальванический. Применяют также термодиффузионный и механотермический методы, металлизацию распылением и погружением в расплав. Разберем каждый из методов более подробно.Гальванические покрытия. Гальванический метод осаждения защитных металлических покрытий получил очень широкое распространение в промышленности. По сравнению с другими способами нанесения металлопокрытий он имеет ряд серьезных преимуществ: высокую экономичность (защита металла от коррозии достигается весьма тонкими покрытиями), возможность получения покрытий одного и того же металла с различными механическими свойствами, легкую управляемость процесса (регулирование толщины и свойств металлических осадков путем изменения состава электролита и режима электролиза), возможность получения сплавов разнообразного состава без применения высоких температур, хорошее сцепление с основным металлом и др. Недостаток гальванического метода – неравномерность толщины покрытия на изделиях сложного профиля. Электрохимическое осаждение металлов проводят в гальванической ванне постоянного тока (рис.45). Покрываемое металлом изделие завешивают на катод. В качестве анодов используют пластины из осаждаемого металла (растворимые аноды) или из материала, нерастворимого в электролите (нерастворимые аноды). Обязательный компонент электролита – ион металла, осаждающийся на катоде. В состав электролита могут также входить вещества, повышающие его электропроводность, регулирующие протекание анодного процесса, обеспечивающие постоянство рН, поверхностно-активные вещества, повышающие поляризацию катодного процесса, блескообразующие и выравнивающие добавки и др.Рисунок 45 - Гальваническая ванна для электроосаждения металлов:1 – корпус; 2 – вентиляционный кожух; 3 – змеевик для обогрева; 4 – изоляторы; 5 – анодные штанги; 6 – катодные штанги; 7 – барботер для перемешивания сжатым воздухомВ зависимости от того, в каком виде ион разряжающегося металла находится в растворе, все электролиты делятся на комплексные и простые. Разряд комплексных ионов на катоде происходит при более высоком перенапряжении, чем разряд простых ионов. Поэтому осадки, полученные из комплексных электролитов, более мелкозернисты и равномерны по толщине. Однако у этих электролитов ниже выход металла по току и более низкие рабочие плотности тока, т.е. по производительности они уступают простым электролитам, в которых ион металла находится в виде простых гидратированных ионов. Распределение тока по поверхности изделия в гальванической ванне никогда не бывает равномерным. Это приводит к разной скорости осаждения, а следовательно, и толщине покрытия на отдельных участках катода. Особенно сильный разброс по толщине наблюдается на изделиях сложного профиля, что отрицательно сказывается на защитных свойствах покрытия. Равномерность толщины осаждаемого покрытия улучшается с увеличением электропроводности электролита, ростом поляризации с ростом плотности тока, уменьшением выхода металла по току при повышении плотности тока, увеличении расстояния между катодом и анодом. Способность гальванической ванны давать равномерные по толщине покрытия на рельефной поверхности называется рассеивающей способностью. Наибольшей рассеивающей способностью обладают комплексные электролиты. Для защиты изделий от коррозии используют гальваническое осаждение многих металлов: цинка, кадмия, никеля, хрома, олова, свинца, золота, серебра и др. Применяют также электролитические сплавы, например Cu – Zn, Cu – Sn, Sn – Bi и многослойные покрытия. Наиболее эффективно (электрохимически и механически) защищают черные металлы от коррозии анодные покрытия цинком и кадмием. Цинковые покрытия применяются для защиты от коррозии деталей машин, трубопроводов, стальных листов. Цинк – дешевый и доступный металл. Он защищает основное изделие механическим и электрохимическим способами, так как при наличии пор или оголенных мест происходит разрушение цинка, а стальная основа не корродирует. Покрытия из цинка занимают доминирующее положение. С помощью цинка защищают от коррозии примерно 20 % всех стальных деталей, и около 50% производимого в мире цинка расходуется на гальванические покрытия. В последние годы получили развитие работы по созданию защитных гальванических покрытий из сплавов на основе цинка: Zn – Ni (8 – 12% Ni), Zn – Fe, Zn – Co (0,6 – 0,8% Co). При этом удается повысить коррозионную стойкость покрытия в 2-3 раза. Цинкование проводят в кислых, цианидных и цинкатных электролитах. Осаждение цинка происходит с высоким выходом по току. Цинковые покрытия отличаются высокой степенью чистоты, химической стойкостью и хорошими механическими свойствами. Применение цианидных электролитов обеспечивает получение более мелкозернистых покрытий. Их используют для обработки деталей сложной формы. Однако эти электролиты экологически опасны. В некоторых случаях цианидные электролиты заменяют на щелочные цинкатные. Все большее распространение получают цинковые комбинированные электрохимические покрытия (КЭП). Из сульфатного электролита получают КЭП с включениями корунда до 0,4 – 0,5 масс.%. Из цинкатного электролита с порошком карбонильного никеля получают КЭП с содержанием никеля 6 – 12 мас.%. На основе цинка получают также покрытия с частицами полимеров – капрона и полиамида, содержание которых в КЭП 0,9 – 3,1 мас. %. Эти покрытия в 1,5 раза более стойки к воздействию кислот, чем чистые цинковые покрытия. Кадмий имеет более близкий потенциал к железу, чем цинк. Характер защиты кадмием зависит от коррозионной среды. Во влажной атмосфере в присутствии хлор-ионов потенциал кадмия становится электроотрицательнее потенциала железа, и кадмий электрохимически защищает металл от коррозии. Необходимо учитывать высокую токсичность и дефицитность кадмия. Поэтому его применяют только для защиты особо важных деталей. Для цинкования и кадмирования предложены электролиты, в которых металлы находятся в виде простых солей или в виде комплексных соединений. Наибольшее применение получили сульфатные электролиты. Их состав, г/л: Цинкование Кадмирование ZnSO4 – 200 – 250 CdSO4 – 40 – 60 Na2SO4 – 50 – 100 (NH4)2SO4 – 240 – 250 Al2(SO4)3 – 20 – 30 Препарат ОС-20 – 0,7 – 1,2 Декстрин – 8 – 10 Диспергатор НФ – 50 – 100 рН = 3,5 4,5 Уротропин – 15 – 20 Катодная плотность тока для цинкования 100 – 400 А/м2. Температура электролита для обоих процессов – 15 – 30 ºС. Очень распространены никелевые покрытия. Их широко применяют для защиты изделий от коррозии и для декоративной отделки в машиностроении, приборостроении, автомобилестроительной, медицинской, электронной промышленности, при изготовлении предметов бытового потребления. Никелевые покрытия весьма стойки в атмосфере, растворах щелочей и некоторых органических кислот, что обусловлено сильно выраженной способностью никеля к пассивации в этих средах. Никель в паре с железом является катодом, так как имеет более электроположительный потенциал, чем железо. Никель может защищать сталь только механическим путем, следовательно, покрытие не должно иметь пор и должно иметь большую толщину – 20 – 25 мкм. Существуют несколько разновидностей никелевых покрытий. Никелирование матовое – нанесение на поверхность металлических деталей матового слоя никеля. Основным компонентом электролитов для получения матовых осадков никеля является сульфат никеля. В раствор вводят также сульфат натрия или магния для получения пластичных и полируемых покрытий, а также борную кислоту для поддержания устойчивого значения рН. Блестящее никелирование используют для защитно-декоративной отделки поверхности. Блестящий никель можно наносить на детали со сложным профилем, он обладает пониженной коррозионной стойкостью по сравнению с матовыми покрытиями. Никелирование черное – электролитическое нанесение на поверхность металлических изделий слоя никеля черного цвета. Такое покрытие используют как с защитно-декоративной целью, так и для уменьшения коэффициента отражения света. Оно нашло применение в оптической промышленности и в некоторых отраслях машиностроения. У черного никеля низкие показатели коррозионной стойкости, пластичности и прочности сцепления с поверхностью. Поэтому применяют предварительное оловянирование или осаждение матового никеля. Если применить предварительное цинкование, а затем осадить черный никель, то покрытия приобретают такую же коррозионную стойкость, как если бы они были покрыты только цинком. Часто черный никель наносят на изделия из меди или латуни. Применяют также химический способ нанесения никеля на поверхность металлических изделий. Химически восстановленный никель отличается повышенной коррозионной стойкостью и твердостью. Он позволяет получать равномерные по толщине осадки, отличающиеся высокими декоративными свойствами и малой пористостью. Усовершенствование процессов никелирования идет по пути создания новых электролитов и сплавов на основе никеля. Разработаны новые метансульфоновые растворы, из которых получают пластичные никелевые покрытия с низкими внутренними напряжениями. Многослойные в два-три слоя никелевые покрытия обладают большей коррозионной стойкостью, чем однослойные. Первый слой никеля осаждают из простого никелевого электролита, а 2-й слой из электролита, содержащего серу, в составе органических добавок. Потенциал никеля, содержащего серу имеет более отрицательное значение, чем потенциал никеля без включений серы. Поэтому второй слой электрохимически защищает от коррозии первый слой никеля. Таким образом обеспечивается более высокая защита основного изделия. Используют также двухслойное покрытие, называемое «сил-никель». Оно состоит из первого блестящего слоя никеля. Второй слой получают из электролита, содержащего в виде суспензии каолин. В ходе электролиза каолин осаждается вместе с никелем и включается в осадок. Покрытия из сплавов Ni – W используются при изготовлении пуансонов штампов для производства телевизионных трубок. Совершенствуются процессы соосаждения Ni с фторопластом и MoS2. Введение в матрицу покрытия алмазных и других неметаллических составляющих позволяет существенно повысить твердость и износостойкость никелевых покрытий. Использование многослойных никелевых покрытий обеспечивает значительную экономию никеля и повышает их эксплуатационные свойства.^ Хромовые покрытия широко применяют для защиты от коррозии и механического износа различных машин и аппаратов. Хромовые покрытия бывают защитно-декоративные и функциональные. Хром по отношению к стали является катодом, и при их контакте разрушаться будет сталь. Поэтому хромовые покрытия на стали должны быть сплошными и беспористыми. Стальные изделия могут быть защищены от коррозии в атмосферных условиях однослойным хромовым покрытием толщиной не менее 40 мкм. Для деталей из меди и медных сплавов осаждают хром по никелевому подслою. Детали из цинковых, алюминиевых, магниевых сплавов покрывают хромом после нанесения многослойного покрытия. Основными компонентами электролитов для хромирования являются оксид хрома (VI) CrO3 и серная кислота. В водном растворе соединения Cr (VI) образуют смесь, состоящую из кислот H2Cr2O7 и H2CrO4. В растворе эти кислоты находятся в динамическом равновесии:2H2CrO4  H2Cr2O7 + H2O. При электролизе на катоде одновременно происходит восстановление Cr+2 до Cr+3 и до металлического хрома, а также разряд ионов водорода. Выход по току хрома не превышает 15 – 25%. Хромирование – очень сложный процесс. Хром выделяется на катоде только при очень высоких плотностях тока (1000 – 3000 А/м2). Причем для каждой температуры имеется минимум плотности тока, ниже которого хром не осаждается. Изменяя режим электролиза, можно получить блестящие, матовые (серые) или «молочные» осадки хрома. Блестящие осадки имеют наиболее высокую твердость, хорошее сцепление с основным металлом и наименьшую хрупкость. Матово-серые осадки отличаются высокой хрупкостью. Покрытия «молочным» хромом имеют высокую твердость, пластичность, значительно меньшую пористость и более высокую защитную способность. Стальные детали приборов и машин, работающих в жестких условиях эксплуатации , покрывают двумя слоями хрома: нижний - молочный и верхний – блестящий. Это обеспечивает хорошую защиту от коррозии и высокую износостойкость при необходимых декоративных качествах. Хромирование черное применяется для защитно-декоративной отделки деталей, поверхность которых наряду с коррозионной стойкостью должна иметь низкий коэффициент отражения света. По сравнению с другими покрытиями черного цвета черное хромовое покрытие отличается повышенной коррозионной стойкостью. Наносят черный хром по подслою молочного или блестящего хрома или никеля. Черные хромовые покрытия состоят на 75% из металлического хрома и на 25% из оксидов хрома. Традиционные процессы получения хромовых покрытий из растворов, содержащих соединения Cr(VI), экологически опасны. ПДК для Cr(VI) равно 0,02 мг/л, а для Cr(III) – 0,07 мг/л. В связи с этим отработанные гальваностоки проходят сложную систему очистки. Первоначально соединения Cr(VI) восстанавливают до Cr(III). Если процесс восстановления проводят химическим путем, то применяют гидросульфит натрия – NaHSO3. Для полного восстановления соединений Cr(VI) требуется 5-7-кратный избыток гидросульфита и рН = 2 - 2,5. В процессе очистки часть NaHSO3 разлагается с вы­делением SO2, что приводит к дополнительному загрязнению атмо­сферы. Заключительная стадия очистки состоит в подщелачивании раствора до рН = 8,0-8,5 и осаждении Сг(ОН)3 вместе с другими примесями в осадок. С целью улучшения экологической ситуации очень привлекательно выглядит идея получения осадков хрома из электролитов, содержа­щих соединения Сr (III). На этом пути возникают трудности, связан­ные с низким рН гидратообразования Сr(ОН)з, инертностью аквакомплексов Сr(Н2О)63+, образованием прочных внутриорбитальных комплексов и сложной конструкцией электролизера. Разработанные электролиты на основе соединений Сr(III) не поз­воляли получить толстые слои. При достижении толщины в несколь­ко микрон выделение хрома прекращается. Введение в раствор слабых лигандов, таких, как муравьиная или малоновая кислоты, а также ряда добавок позволяет получать толстые осадки хрома (до 100-200 мкм). Использование новых электролитов дало возмож­ность проводить осаждение хрома с выходами по току до 25-45 % и скоростью 0,8-1,6 мкм/мин вне зависимости от времени. В процессе электролиза растворов, содержащих ионы Сr3+, со­единения Сr (VI) оказывают вредное влияние. Это требует усложне­ния конструкции электролизера и разделения диафрагмой или мем­браной анодного и катодного пространства, так как шестивалентные ионы хрома (Сr6+) в основном образуются в результате химического взаимодействия с озоном, выделяющимся на аноде. Применение но­вых оксидных материалов, имеющих высокое перенапряжение для реакции образования соединений Сr (VI), позволило резко снизить выход по току Сrб+ и избежать конструктивного усложнения элек­тролизера. Таким образом, открываются перспективы для промышленного освоения новых передовых технологий нанесения защитных хромо­вых покрытий.Оловянные покрытия применяют главным образомдля защиты от коррозии в растворах органических кис­лот и солей, содержащихся в пищевых продуктах, а также от атмосферной коррозии в приборостроении, где на­ряду с защитными свойствами необходимо обеспечитьпаяемость изделия. Олово в контакте со сталью является катодом, так как его потен­циал имеет более положительное значение по отношению к железу. Однако в среде органических кислот олово образует комплексные со­единения, и потенциал его становится более электроотрицательным. В этих средах олово выступает как анод. Около 50% добываемого олова расходуется на изготовление белой жести. С целью повышения коррозионной устойчивости про­изводят оплавление оловянных покрытий. Блестящее оловянирование – это нанесение на поверхность металлических изделий блестя­щего слоя олова. По пористости и коррозионной стойкости они не отличаются от матовых покрытий, но обладают повышенной твер­достью. Для оловянирования применяют кислые и щелочные электроли­ты. Кислые электролиты просты по составу и работают при комнат­ной температуре. Они применяются для покрытия деталей простой конфигурации. Состав кислого электролита для покрытия оловом, г/л: SnSO4 — 20-25; H2SO4 — 50-100; препарат ОС-20 — 2-5. Температура 15-30°С, плотность тока— 100-200 А/м2. Для покрытия оловом сложных деталей применяют щелочной электролит состава, г/л: Na2Sn(OH)6 — 45-90; NaOHсвoб — 7-17; CH3COONa — 15. Температура 60-80 °С, плотность тока — 50-200 А/м2. Свинец устойчив в среде серной кислоты и ее соединений. Сви­нец, как и олово, не может защищать стальные изделия электро­химически. Поэтому применяют свинцовые беспористые покрытия большой толщины (до 300 мкм), которые механически защищают де­тали из черных металлов в средах, содержащих серную и хромовые кислоты и их соли. Необходимо учитывать высокую токсичность свинца. Для покрытия изделий свинцом в промышленности применя­ют борфтористоводородные или фенолсульфоновые электролиты. Осадки хорошего качества получают только в присутствии органи­ческих добавок. Состав электролитов, г/л: Борфтористоводородный Фенолсульфоновый Pb(BF4)2 — 125-200 Рb(НОС6Н4SОз)2 — 170-180 HBF4 — 40-600 НОСбН4S0зНсвоб —20-25 Клей столярный — 0,5-1,0 Клей столярный — 0,4-0,5 Электролиз проводят при температуре 15-30 °С и плотности тока 50-200 А/м2.^ Термодиффузионный метод покрытия Термодиффузионный метод был разработан в 1938 году Н.А. Изгарышевым и Э.С. Саркисовым и получил практическое примене­ние. Сущность метода состоит в поверхностном насыщении основ­ного металла атомами легирующего компонента в результате диффу­зии его при высоких температурах. Тем самым удается значительно снизить расход легирующего металла. Для создания термодиффузионного покрытия должны существо­вать следующие необходимые условия: возможность образования твердого раствора основного металла с металлом покрытия; атомный радиус металла покрытия не должен превышать атом­ный радиус основного металла, что обеспечивает свободу пе­ремещения атомов вглубь кристаллической решетки. Термодиффузионные покрытия на железе могут создавать метал­лы: Сu, Аu, Zn, Ti, Al, Si, Cr, Mo и т.д. Из них наибольшее применение в промышленности нашли покрытия: алюминием — термоалитирование; хромом — термохромирование; кремнием — термосилицирование. Темодиффузионные покрытия рассмотрены ранее (см. часть 1, гл. I, п.8).Плакирование — термомеханический способ. Плакирование является наиболее совершенным методом защи­ты малостойких металлов сплавами или металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью. Способ плакирования заключается в том, что на матрицу основ­ного металла накладывают с обеих сторон листы другого металла, затем весь пакет подвергают горячей прокатке. В результате термо­диффузии на границе раздела металлов получают прочное много­слойное изделие. Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые и кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди. В качестве защитного покрытия для плакирования используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали. Толщина плакирующего слоя колеблется от 3 до 40 % от тол­щины защищаемого металла. Плакированную сталь можно подвер­гать всем видам механической обработки, в том числе штамповке и сварке. Металлургическая промышленность выпускает углеродистую сталь в виде листов марок Ст.З, 10, 15К, 20К и др., плакированную хро­мистыми, хромоникелевыми и другими высоколегированными ста­лями (08Х17Т, 08X13, 10Х17Н13М2Т, 15X25T, 12Х18Н10Т и др.) различной толщины. Известны также сплавы, плакированные ме­дью, серебром, алюминием. В электрохимической промышленности нашли широкое применение бианоды - плакированные электроды, основу которых составляет титан или тантал, а защитный слой со­стоит из платины, родия, иридия. Метод плакирования позволяет экономить дорогостоящие метал­лы или высоколегированные сплавы и находит широкое применение в промышленности.Горячий метод, или метод погружения в расплавленный металл. Это старейший и наиболее простой способ нанесения металла на стальные листы, проволоку и готовые изделия. «Горячие» покрытия образуются при погружении защищаемого металла в расплав метал­ла, используемого для покрытия. В качестве последних применяют металлы, имеющие невысокую температуру плавления: цинк (tпл= 419°С), олово (tпл = 232 °С), свинец (tпл = 327 °С), алюминий (tпл = 658°С). Перед нанесением на металл покрытия его обрабатывают флю­сом, состоящим из 52-56% хлорида аммония, 5-6% глицерина и остальное — хлорид покрываемого металла. Флюс защищает рас­плав от окисления и, кроме того, удаляет с поверхности оксидные и солевые пленки. К числу недостатков этого способа относятся срав­нительно большой расход наносимого металла, неравномерность по­крытия по толщине и невозможность нанесения металла на резьбу, в узкие отверстия и т.д. Горячее лужение используют в пищевой промышленности. Горя­чее цинкование применяют для защиты готовых изделий от коррозии в атмосфере и в воде. В химическом машиностроении используют нанесение на железо или сталь алюминия. Алюминиевые покрытия получают в ваннах с расплавленным алюминием, нагретым до 780-800 °С, погружая детали на 40-50 мин. Большое применение нашел способ горячего свинцевания. Горя­чие свинцовые покрытия применяют для защиты мешалок, кранов, различной арматуры. При толщине покрытия в несколько миллимет­ров на железе получают плотный беспористый слой свинца. Для защиты особо ответственных аппаратов или при работе с очень агрессивными средами применяют гомогенное свинцевание. По этому способу свинец наносится на предварительно луженую поверхность защищаемой конструкции в виде капель расплава, ко­торые, смачивая деталь и растекаясь по поверхности, образуют гомо­генное покрытие. Например, емкости, покрытые методом гомоген­ного свинцевания, применяются для хранения и транспортировки брома.Металлизация напылением Сущность метода состоит в нанесении расплавленного металла на поверхность защищаемого изделия с помощью струи сжатого воз­духа или инертного газа. Частицы расплавленного металла, двигаясь с большой скоростью, ударяются о поверхность основного металла и сцепляются с ней, образуя металлическое покрытие. Металл по­ступает в распылитель в виде проволоки и расплавляется либо в газовом пламени, либо в электрической дуге, создающейся между двумя электродами. Проволока подается специальным механизмом со скоростью до 2,5 м/мин. Покрытия наносят с целью защиты изделий от коррозионного воздействия среды, для восстановления изношенных трущихся по­верхностей, для придания изделиям жаростойкости. Металлизацией можно покрывать большие сложной формы конструкции в собран­ном виде. На рис. 46 приведена схема устройства электрометаллизатора проволочного типа. Концы проволок, по которым проходит элек­трический ток, выходя из наконечника (4), встречаются, и возникает вольтовая дуга, под действием которой концы проволок расплавля­ются. Струя сжатого воздуха через сопло (5) распыляет расплавлен­ный металл.Рисунок - 46 Схема устройства электрометалли­затора: 1 — проволока; 2 — корпус аппарата; 3 — механизм для протягивания проволоки; 4 — наконечник; 5 — воздушное сопло; 6 — элек­трическая дуга; 7 — металлизируемая детальВместо двух проволок можно взять три и подавать на них ток от трехфазного источника тока. В этом случае образуется сочетание электрических дуг, горящих между концами различных проволок. Такой металлизационный аппарат применяют обычно для получе­ния псевдосплавов (искусственных сплавов железа с медью, цин­ком, алюминием и т.д.). Полученные таким образом псевдосплавы обладают очень высокими антифрикционными свойствами. При газовой металлизации происходит более мелкое и равно­мерное распыление металла. При электрической металлизации из-за невозможности одинакового оплавления концов проволоки в напы­ленном слое обнаруживают частицы различных размеров — от 10 мкм до 100 мкм. Такая неоднородность частиц по размерам ухудшает физико-механические свойства металлизированных покрытий. Основной металл детали в процессе металлизации нагревается весьма незначительно, поэтому он не претерпевает структурных из­менений, и его усталостная прочность не понижается. Получаемое покрытие имеет чешуйчатую структуру и высокую пористость. При металлизации расходуется большое количество ме­талла на угар и распыление, покрытие имеет пористую структуру, неравномерную толщину и низкую адгезию к металлу. Толщина по­лучаемого слоя обычно равна 0,5-0,7 мкм. Метод напыления применяется в промышленности для защиты крупногабаритных конструкций в собранном виде, например, газ­гольдеров, резервуаров и т.д. В химическом машиностроении он не нашел широкого применения вследствие недостатков, указанных выше. Известно только применение алюминиевых покрытий, полу­ченных подобным способом, для защиты от коррозии оборудования заводов, перерабатывающих сернистые нефти, вулканизационных котлов и подобных аппаратов.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 м