Износоустойчивое покрытие для металла

  • ­Износостойкие покрытия — металлические и неметаллические покрытия, отличающиеся износо­стойкостью в условиях контактного трения. По способу нанесения различают ­износостойкие покрытия:
  • — термодиффузион­ные,
  • — гальванические (электролити­ческие),
  • — металлизационные,
  • — хими­ческие,
  • — горячие.

Термодиффузион­ные покрытия образуются вследствие диффузии металла из внешней сре­ды в поверхностный слой основного металла. Процесс осуществляют в порошках, расплавах солей, газовой среде, а также термодиффузионной наплавкой. Гальванические покрытия получают электролизом в рас­творе или расплаве солей.

Для нане­сения металлизационных покрытий, образующихся при схватывании рас­плавленных металлических частиц с поверхностью основного металла, прибе­гают преимущественно к электродуговому, плазменному или детонационно­му способу. Химические покрытия наносят осаждением металла на поверхность изделия.

Горячие по­крытия получают, погружая изде­лие в расплавленный металл.

Наи­более широко используют термо­диффузионные и гальванические по­крытия, к которым относятся хромирование, борирование, цемен­тация, азотирование и сульфиди­рование. Хромирование – осаждение на поверхности металлических изделий хрома. Борирование – насыщение поверхностного слоя бором.

Цементация –диффузионное насыщение углеродом поверхностного слоя стальных изделий. Азотирование (нитрирование) – насыщение поверхностного слоя металлических изделий азотом.

Сульфидирование – создание на поверхности металлических изделий сульфидной пленки для повышения их гидрофобных свойств (защита от действия воды).

Твердое хромирование да­ет возможность значительно повы­сить износостойкость изделий.

Если необходимо уменьшить коэффициент трения, применяют пористое хромиро­вание, при котором предварительно по­лученное хромовое покрытие под­вергают анодному травлению в элект­ролите, а затем шлифованию.

Температура процесса 50-60 °С, плотность тока 40-50 А/дм2, продолжительность анодного травления 5-10 мин. При хромировании в поверхностной зо­не образуется тонкий (0,02-0,04 мм) карбидный слой (CrFe)23С6, обусловливающий ее износостой­кость (рисунок 19.2).

Износоустойчивое покрытие для металла Износоустойчивое покрытие для металла Износоустойчивое покрытие для металла
Рисунок – 3.3 19.3 Микроструктура борированного слоя на изделиях из стали марки Ст.45 (а), стали марки Х17Н2 (б) и среднеуглеродистой стали, борированной методом оплавления (в), ×200

Борирование повышает абразивную износостойкость изделий. Глубина борированного слоя обычно не превышает 0,15 мм, твердость (НV) до­стигает 1400-1550, а микротвер­дость 1800-2000 кгс/мм2.

Бориро­вание осуществляют в газовых и жидких средах, в порошкообразных смесях, электролизное борирова­ние — в расплаве буры (рисунок 19.3). Износо­стойкость бори-рованных слоев на 40-50 % выше, чем цементованных.

В условиях абразивной эрозии металлов борирование повышает из­носостойкость изделий из углероди­стых сталей в 3-3,5 раза.

Цементация обес­печивает высокую износостойкость вследствие обогащения поверхност­ного слоя изделия из низкоуглеро­дистой и легированной стали углеродом до эвтевктоидной или заэвтек­тоидной концентрации (рисунок 19.4). Так, износостойкость стали марок 1X13 и Х17Н2 близка к износостойкос­ти азотированной стали марки Х8МЮА.

Азотирование — наиболее эффектив­ный способ повышения износостой­кости аустенитных нержавеющих сталей (рисунок19.5).

Износостойкость азотиро­ванной стали в 1,5-4 раза выше износостойкости закаленных вы­сокоуглеродистых цементованных, цианированных и нитроцементован­ных сталей. К тому же азотирова­ние повышает сопротивление схва­тыванию металлов в процессе трения.

При сульфидировании в твердой среде предусматривается получение активной серы и диффузия ее в по­верхностные слои изделия.

В условиях сухого трения износостойкость чугуна, обработанного (температура 930 °С, продолжительность 5-6 ч) в смеси сернистого железа (94 %), хлористо­го аммония, желтой кровяной со­ли (3 %) и графита (3 %), увеличива­ется в 39 раз по сравнению с изно­состойкостью несульфидированного чугуна.

Износоустойчивое покрытие для металла Износоустойчивое покрытие для металла Износоустойчивое покрытие для металла
Рисунок3.4 19.4 Микро-структура Ст.15 после це-ментации и медленного охлаждения. ×200. Рисунок 3.5 Микро-структура Ст.15 после це-ментации и закалки. ×200. Рисунок – 3.6 19.8 Микро-структура керамического покрытия Al2O3 на стали, нанесенного плазменным напылением. ×160

Ванадирование и ниобирование при­дают стали высокую износостой­кость, но эти процессы (вследствие высокой стоимости) применяют от­носительно редко, хотя износостой­кость ванадированной стали во мно­го раз больше, чем закаленной ста­ли и стали, подвергнутой диффузи­онному хромированию.

Износо­стойкость и коэффициент трения чугуна, стали и цветных сплавов улучшают также сурьмированием. В условиях сухого трения сурьмирование почти вдвое повышает износостойкость стали Ст.45, уменьшая на 40 % коэф­фициент трения в паре с цементо­ванной сталью марки 30ХГТ.

Ме­таллизационные покрытия (толщи­ной не менее 0,5 мм) наносимые напылением, состоят из тонких слоев металла, разделенных оскидами и большим количеством пор.

При тре­нии со смазкой поры, удерживая масло, улучшают смазывание тру­щихся поверхностей, обеспечивая высокие антифрикционные свойства и износостойкость.

В условиях сухо­го трения металлизационные по­крытия обладают низкой износостой­костью.

Электродуговой способ используют для нанесения металлизационных покрытий на изделия, эксплуати­руемые в условиях трения скольжения при высоком давлении и не­большой скорости. Плазменное напыление позволяет наносить в ви­де покрытия любое вещество, пла­вящееся с образованием жидкой среды и не разлагающееся при пере­греве.

Этот метод дает возможность наносить износо- и эрозионностойкие покрытия составов: 88 % Со и 12 % WC; 98 % Al2О3, 0,5 % SiО2 и 1,5 % др. окислов; 60 % Al2О3 и 40 % ТiO2. Для повышения износостойкости в них вводят различ­ные волокна. При детонационном способе используют энергию взрыва смеси газов, обеспечивающую луч­шую прочность сцепления, чем при плазменном напылении (90-120 МПа).

Этим способом создают по­крытия из металлических и кера­мических материалов.

К химиче­ским относятся покрытия карбидные, боридные и силицидные. Покрытия карбидного типа осажда­ют на нагретую поверхность из газовой смеси летучих хлоридов, водорода и углерода.

Так, карбид титана осаждают из газовой смеси, полученной насыщением водорода сначала толуолом при температуре – 15 °С, а затем парами четыреххлористого титана при температуре 20 °С. Осаждение ведут при температуре 1300-1700 °С.

Сталь марки У8, покрытая карбидами титана, обладает износостойкостью в условиях абразивного изнашива­ния в два раза выше, чем спеченный карбид титана. Осаждение борид­ных покрытий чаще всего осуществ­ляют восстановлением водородом летучих хлоридов соответствующих металлов и хлоридов или бромидов бора.

Силицидные покрытия осаж­дают из газовой среды, состоящей из водорода, хлорида металла и гало­генида кремния (обычно SiCl4). Микроструктура силицидного покрытия представлена на рисунке 19.6.

Керамические покрытия

Керамическими покрытиями называются ­кристаллические оксидые покрытия, наносимые на поверхность металли­ческих и неметаллических изделий для защиты их от разрушающего действия окружающей среды.

Керамические покрытия повышают химическую, термическую и механическую стойкость поверхности изде­лий в условиях эксплуатации.

Различают керамические покрытия высокотемпературные (используемые при температуре выше 800 °С) и низ­котемпературные (эксплуатируемые при температуре до 800 °С).

К горячим относятся покрытия, на­носимые в процессе алити­рования, когда изделия погружают в расплавленный алюминий (температура 680-800 °С), выдерживая в нем в течение 0,5-1 ч. Толщина таких покрытий 0,08-0,15 мм (рисунок 19.7). К нанесению ­износостойких покрытий прибегают в машиностроении, авиационной промышленности и др.

Износоустойчивое покрытие для металла Износоустойчивое покрытие для металла
Рисунок – 19.6 Микроструктура сили-цидного покрытия на молибдене, нанесенного из газовой фазы: А – слой MoSi2; Б – слой Mo5Si3; В – молибден, ×200. Рисунок – 19.7 Микроструктура алити-рованного слоя никеля (температура 950 °С, выдержка 25 ч): А – NiAl (~ 32–36 % Al, H20 ~ 800 кгс/мм2); Б – NiAl (~ 22–28 % Al, H20 ~ 520 кгс/мм2); В – Ni3Al (~ 14 % Al, H20 ~ 400 кгс/мм2); Г – Ni, ×300.
  1. По составу керамические покрытия бывают:
  2. — монооксидные, состоящие из одного оксида (Аl2О3, ZrО2, Сr2О3, СеО2, TiO2 и др.);
  3. — по­лиоксидные, содержащие два и более оксидов.

Полиоксидные керамические покрытия часто содержат в исходном составе оксиды, которые в процессе закрепления или эксплуатации образуют химические соедине­ния постоянного (MgO, Аl2О3) или переменного (MgO · nАl2О3, mАl2О3 · nСr2О) состава.

Керамические покрытия бы­вают также стеклокерамические и керамико-металлические, в которых ос­новой (наполнителем) служат тугоплавкие кристаллические оксиды, а связкой — стекла или различные ме­таллы.

Свойства таких покрытий опре­деляются свойствами исходных компо­нентов, особенностями их взаимо­действия, поверхностной энергией и смачиванием твердых оксидов (ос­новы) расплавами стекла или метал­ла (связки).

В зависимости от разме­ров, формы и назначения изделий, а также свойств наносимого материала керамические покрытия получают эмалированием, шли­керным способом (нанесением и сплавлением водной суспензии ­шликера), газопламенным и плазмен­ным напылением (рисунок 19.

8), осаждением из газовой фазы, погружением изде­лия в жидкие металлы с последую­щим их окислением.

Для получения покрытий шликерным способом из измельченных до нужной дисперснос­ти материалов покрытия и классифи­цирующих веществ (2-5% глины или бентонита) готовят в шаровых мельницах шликеры, которые наносят на поверхность погружением в них изделий, пульверизацией или элект­ростатическим напылением.

3атем изделия высушивают при температуре 100 –120 °С, а далее подвергают обжигу до температуры, при которой шликерное покры­тие оплавляется. Обжиг производят в печах сопротивления, где заранее создают требуемую температуру, или с по­мощью индукционного нагрева.

Температура обжига зависит от состава покрытия и температуры плавления покрываемого ма­териала, а его продолжительность, определяемая экспериментально, — ­от размеров и формы изделия. При всех условиях температура обжига должна быть на 200-500 °С ниже температуры плав­ления покрываемого металла. Шли­керным способом чаще всего наносят стеклокерамические и керамико-ме­таллические покрытия.

Для получе­ния тонкослойных покрытий наплав­лением вместо водных суспензий ис­пользуют истинные растворы таких водорастворимых соединений, которые при нагревании распадаются с обра­зованием летучих и твердых состав­ляющих.

Высокодисперсная твердая фаза отлагается на поверхности изде­лия и после термообработки обра­зует защитное покрытие. Газопла­менным напылением наносят покры­тия, компоненты которых имеют температуру плавления ниже 1800 °С и плавятся в пламени кислородно-ацетиленовой горелки без разложения и возгонки.

Читайте также:  Трап 150х150 с нержавеющей решеткой горизонтальный

Оксиды Аl2О3, ZrО2, MgO, Cr2О3 и др. наносят с помощью пистолета ­распылителя.

Плазменное напыление имеет перед газопламенным то преимущест­во, что сверхвысокие температуры плазмен­ного потока и отсутствие в нем кисло­рода позволяют расплавлять и нано­сить па поверхность изделия любые материалы независимо от их температуры плавления; при этом разложения ма­териала покрытия и окисления по­верхности изделия не происходит.

  • Получение керамических покрытий осаждением из га­зовой фазы основано на тепловом разложении летучих соединений тех металлов, оксиды которых образуют компоненты покрытия. Процесс ве­дется в смеси газообразных хлоридов и двуокиси углерода при наличии га­зa-переносчика (чаще всего Н2):
  • 600°
  • 2АlСl3 + SiCl4 + 5Н2 + 5СО2 —→ Аl2О3 · SiО2 + 10HCl + 5СО.
  • Основное преимущество этого способа — воз­можность получения покрытий из тугоплавких соединений при низкой температуре, а протекание реакций на поверх­ности позволяет покрывать изделия любой формы.

Погружением изделия в ванну с одним или несколькими жидкими легкоплавкими металлами (чаще всего алюминием, магнием, кремнием) получают, например, покры­тия из окислов Аl2О3 · SiО2. Для этого изделие погружают на 10-­60 сек в нагретую до температуры 1000­-1300 °С ванну с 75 % Al и 25 % Si, затем оно проходит окислительную обработку и на его поверхности образуется муллитсодержащее покрытие.

Подавляющее большинство керамических покрытий обладают высокой огнеупорностью, однако они хрупки, пористы, недостаточно прочно сцепляются с покрываемыми поверхностями и весьма чувствительны к тепловым и механическим ударам. Пористость снижает защитные свойства покрытий в агрессивных газовых и жидких средах, а также в расплавах.

Она ниже у стекло-керамических и керамико-металлических покрытий, которые при температуре размягчения связки становятся достаточно пластичными и менее чувствительными к тепловым и механическим ударам.

Изменяя вид и количество тугоплавких оксидов в стеклокерамических покрытиях, получают защитные слои, обладающие высокой жаростойкостью, химической стойкостью, ударной прочностью, термостойкостью, электрическим I сопротивлением и др.

Керамические покрытия наносят на стали и чугуны, сплавы на основе тугоплавких металлов, на графит и углеграфитовые материалы. Такие покрытия применяют в атомной энергетике, химической технологии, авиа-, ракето- и машиностроении.

  1. Контрольные вопросы
  2. 1 Какие покрытия называются сверхтвердыми?
  3. 2 Каким способом наносятся износостойкие покрытия?
  4. 3 Как соотносятся между собой твердость боридных и карбидных покрытий?
  5. 4 Что называется алитированием?
  6. 5 Каковы условия применимости плазменных покрытий?

Защитные покрытия для металлических поверхностей

Защитные покрытия металлов делятся на металлические и неметаллические. К первым относятся анодные и катодные покрытия, в которые входят гальванические, термодиффузионные, нанесенные газотермическим напылением, погружением в расплав и полученные плакированием.

Неметаллические покрытия включают в себя органические и неорганические материалы, куда входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резины, эмали, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и так далее.

Рассмотрим виды покрытий металлов подробнее.

Неметаллические покрытия делятся на органические и неорганические. Их действие сводится к изоляции обработанных поверхностей от воздействия окружающей среды посредством создания тонкой инертной по отношению к агрессивным веществам пленки.

Среди неметаллических защитных покрытий выделяют полимерные и оксидные пленки, эмали, лаки, краски, пластмассы, резины.

На сегодняшний день данный вид покрытий является наиболее популярной альтернативой лакокрасочным материалам, резинам, пластику и оцинковке. Обработанные поверхности приобретают эстетичный внешний вид, а также повышают электроизоляционные, высокотемпературные, противоизносные свойства и срок службы. Кроме этого стоимость нанесения полимерного покрытия достаточно низкая.

Износоустойчивое покрытие для металла

Нанесение происходит в три этапа: напыление, термообработка и отверждение.

В качестве напыляемых веществ выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид. Наиболее популярен полиэстер, который широко применяется для обработки металлочерепицы и профнастила.

Антифрикционные покрытия (АФП) являются разновидностью полимерных покрытий металлов. По структуре эти материалы схожи с красками, где красящий пигмент заменен на высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси растворителей и связующих веществ.

Основу полимерных покрытий может составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие вещества, которые равномерно распределены в среде полимерного связующего: эпоксидной смоле, титанате, полиуретане, акриловых, фенольных, полиамид-имидных и других специальных компонентов.

Износоустойчивое покрытие для металла

В качестве примера таких материалов рассмотрим полимерные покрытия MODENGY. Они применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.

), деталях двигателей внутреннего сгорания (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка), резьбовых соединениях и крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических деталях автомобилей и других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Применение полимерных покрытий во многих случаях позволяет полностью отказаться от масел и пластичных смазок, создав узел трения, не требующий обслуживания. Материалы наносятся однократно на весь срок службы детали, обеспечивая необходимую защиту и смазывание поверхностей.

Преимущества полимерных покрытий MODENGY:

  • Высокая несущая способность
  • Работоспособность в запыленной среде
  • Низкий коэффициент трения
  • Широкий диапазон рабочих температур
  • Высокая износостойкость, противозадирные и антикоррозионные свойства
  • Стойкость к воздействию кислот, щелочей, органических растворителей и других химикатов 
  • Работоспособность в условиях радиации и вакуума
  • Тонкий слой покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали

Эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие на поверхности металла, которое получается благодаря высокотемпературной обработке стекловидного порошка. Данный порошок смешивается с водой до нужной консистенции и наносится на поверхность.

Износоустойчивое покрытие для металла

Далее производится локальный обжиг детали в печи или при помощи газовой или бензиновой горелки.

В зависимости от вида и цвета эмали требуется разная температура обжига, которая составляет от +700 °C до +900 °C.

После термообработки на поверхности образуется стекловидный слой, который обеспечивает защиту от коррозии. Следует помнить, что эмаль достаточно хрупкая и легко повреждается при механическом воздействии.

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Существует химическое, анодное, термическое, плазменное, лазерное (доступно только на промышленных предприятиях) оксидирование.

Износоустойчивое покрытие для металла

Данные виды покрытий металлов хорошо известны каждому. Их основная задача – защита поверхностей от коррозии и воздействия агрессивных сред. Как правило, у таких покрытий ограниченный функционал в плане термостойкости и износостойкости. Их очень легко повредить.

Основным преимуществом данных покрытий является низкая стоимость и достаточно простая технология нанесения. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы данных покрытий очень зависит от условий эксплуатации деталей, поэтому их не применяют в условиях высоких нагрузок и температур. Чаще всего их используют в качестве декоративного слоя.

Как уже было сказано выше, металлические покрытия бывают анодными и катодными. Для создания первых используются металлы, электрохимический потенциал которых меньше потенциала обрабатываемого металла, а для катодных наоборот, потенциал используемого материала больше, чем у обрабатываемого.

Анодные покрытия благодаря электрохимическим процессам обеспечивают защиту металлических поверхностей от коррозии даже при нарушении целостности слоя.

Катодные покрытия из-за того, что их потенциал выше, чем у обрабатываемого металла, не обеспечивают электрохимическую защиту. Они образуют защитный механический слой, который препятствует попаданию агрессивных сред к основному металлу.

По сравнению с анодными покрытиями, катодные лучше защищают поверхности от агрессивного воздействия, но только в том случае, если защитный слой покрытия не имеет повреждений.

На чугуне и стали для нанесения катодных покрытий используются такие металлы, как олово, свинец, никель, медь и другие металлы, которые расположены в электрохимическом ряду напряжений правее железа.

Износоустойчивое покрытие для металла

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного слоя, который защищает поверхности от коррозии и окисления, улучшает их износостойкость, прочность, а также придает эстетичный внешний вид. Покрытия, созданные при помощи данного способа, применяются в авиастроении, машиностроении, радиотехнической и электронной промышленности, строительстве.

В зависимости от назначения конкретных деталей гальванические покрытия бывают:

  • Защитными, которые служат для изоляции металлических деталей от механических повреждений и воздействия агрессивных сред
  • Защитно-декоративными, которые предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и защиты от разрушающих внешних воздействий
  • Специальными, которые наносятся для придания обрабатываемым поверхностям улучшенных характеристик – повышенной износостойкости, электроизоляционных и магнитных свойств, твердости и т.д.

Меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение и серебрение, покрытие оловом – все эти операции являются видами гальванических покрытий. Разницу составляет используемый в качестве покрытия материал.

Износоустойчивое покрытие для металла

Газотермическое напыление – это метод переноса расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность при помощи газового или плазменного потока.

Покрытия металлов, образованные таким методом, могут быть износостойкими, коррозионностойкими, антифрикционными, противозадирными, термостойкими, термобарьерными, электроизоляционными, электропроводными и т.д.

В качестве напыляемого материала служат проволоки, шнуры и порошки из металлов, керамики и металлокерамики.

Существуют следующие методы газотермическогого напыления:

  • Высокоскоростное газопламенное напыление. Используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий.
  • Детонационное напыление. Применяется для напыления защитных покрытий и восстановления небольших поврежденных участков поверхности.
  • Плазменное напыление. Является достаточно энергозатратным методом, поэтом используется для создания тугоплавких керамических покрытий
  • Электродуговая металлизация. Менее энергозатратный способ нанесения покрытий, который используется только для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности.
  • Газопламенное напыление. Самый простой и недорогой метод в плане внедрения и эксплуатации. Используется для защиты от коррозии крупных площадей поверхности и восстановления геометрии деталей.
  • Напыление с оплавлением. Используется в тех случаях, когда нет риска деформации деталей или такой риск оправдан. Метод металлургически связывает покрытие с основанием.
Читайте также:  Как наточить ножницы: методы для заточки в домашних условиях, их особенности

При использовании данного метода подразумевается окунание детали в расплавленный метал, в роли которого выступает олово, цинк, алюминий, свинец.

Перед погружением поверхности следует обработать флюсом, который состоит из хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла.

Такая предварительная обработка позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить солевые и оксидные пленки.

Износоустойчивое покрытие для металла

Данный метод не слишком экономичен, так как расходуется большое количество наносимого металла, неравномерность толщины покрытия, а также невозможность нанесения в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу и т.д.

Данный вид обработки поверхностей является анодным по отношению к черным металлам, и обеспечивает электрохимическую защиту стали. Покрытие обладает высокой адгезией с основой, в процессе эксплуатации не отслаивается. Оно также обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и деформации.

Термодиффузионный метод позволяет добиться однородного по толщине слоя даже на деталях сложных форм. Кроме этого такое покрытие очень устойчиво к коррозии и не вызывает водородного охрупчивания металла. В качестве наносимого материала выступает цинк.

Данный метод представляет собой нанесение на поверхности деталей равномерного слоя металла при помощи пластичной деформации и сильного сжатия. Основу технологии составляет холодное сваривание. Чаще всего таким образом создают защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, меди, алюминия и их сплавов.

Плакирование производится при помощи технологий прокатки, экструзии, штамповки, сваривания взрывом.

Защитные покрытия металлов: как и для чего они создаются?

Уникальной разновидностью неметаллических защитных покрытий являются антифрикционные материалы.

По внешнему виду они напоминают краски, однако вместо пигментов содержат частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

В противокоррозионной практике для изоляции металла от воздействия агрессивных сред используются специальные защитные покрытия. Все они подразделяются на металлические и неметаллические.

  • Металлические – анодные и катодные – покрытия наносятся на поверхности методами газотермического напыления, окунания, гальванизации, плакирования или диффузии.
  • К неметаллическим защитным покрытиям относятся лакокрасочные составы, полимерные пленки, силикатные эмали, резины, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и др.
  • Рассмотрим все виды покрытий подробнее.

Металлические защитные покрытия

В качестве анодных металлических покрытий выступают металлы, электрохимический потенциал которых меньше, чем у обрабатываемых материалов. У катодных он, наоборот, выше.

Анодные покрытия обеспечивают электрохимическую защиту металлических поверхностей и выполняют свои функции даже при нарушении целостности слоя. Износоустойчивое покрытие для металла

Катодные покрытия препятствуют проникновению агрессивных сред к основному металлу благодаря образованию механического барьера. Они лучше защищают поверхности от негативных воздействий, но только в случае неповрежденности.

В зависимости от способа нанесения металлические покрытия подразделяются на следующие виды.

Гальванические покрытия

  1. Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного покрытия для защиты поверхностей от коррозии и окисления, улучшения их прочности и износостойкости, придания эстетичного внешнего вида.
  2. Гальванические покрытия применяются в авиа- и машиностроении, радиотехнике, электронике, строительстве.

  3. В зависимости от назначения конкретных деталей на них наносятся защитные, защитно-декоративные и специальные гальванические покрытия.

Защитные служат для изоляции металлических деталей от воздействия агрессивных сред и предотвращения механических повреждений.

Защитно-декоративные предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и их защиты от разрушительных внешних воздействий.

Специальные гальванические покрытия улучшают характеристики обрабатываемых поверхностей, повышают их прочность, износостойкость, электроизоляционные свойства и т.д.

Разновидностями гальванических покрытий являются меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение, серебрение и пр.

Газотермическое напыление

Износоустойчивое покрытие для металла

Выделяют следующие методы газотермическогого напыления:

  • Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод, применяемый для защиты крупных площадей поверхности от коррозии и восстановления геометрии деталей
  • Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
  • Детонационное напыление: применяется для нанесения защитных покрытий, восстановления небольших поврежденных участков поверхности
  • Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
  • Электродуговая металлизация: для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
  • Напыление с оплавлением: применяется тогда, когда риск деформации деталей отсутствует или он оправдан

Погружение в расплав

При использовании этого метода обрабатываемые детали окунаются в расплавленный металл (олово, цинк, алюминий, свинец). Перед погружением поверхности обрабатываются смесью хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Это позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить оксидные и солевые пленки.

Данный метод нельзя назвать экономичным, так как наносимый металл расходуется в больших количествах. При этом толщина покрытия неравномерна, а наносить расплав в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу, не представляется возможным.

Термодиффузионное покрытие

Износоустойчивое покрытие для металла

Слой термодиффузионного покрытия имеет одинаковую толщину даже на деталях сложных форм и не отслаивается в процессе эксплуатации.

Плакирование

Метод представляет собой нанесение металла термомеханическим способом: путем пластичной деформации и сильного сжатия. Чаще всего таким образом создаются защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, алюминия, меди и их сплавов.

Плакирование осуществляется в процессе горячей прокатки, прессования, экструзии, штамповки или сваривания взрывом.

Виды и особенности неметаллических покрытий

Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные защитные покрытия

В состав таких покрытий входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители и катализаторы. Варьирование состава позволяет получать материалы со специфическими свойствами (токопроводящие, декоративные, особопрочные, жаростойкие и т.п.). Они не только защищают изделия в различных условиях, но и придают им эстетичный внешний вид.

В группу лакокрасочных покрытий входят лаки, краски, грунтовки, олифы, шпаклевки.

Силикатные эмали

Применяются для изделий, работающих при высоких температурах в химически агрессивных средах.

Износоустойчивое покрытие для металла

Затем, после спекания первого слоя при температуре +880… + 920 °С, накладывается покровная эмаль, после чего изделие снова подвергается нагреванию до +840… +860 °С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно несколько раз. Изделия из чугуна, к примеру, обрабатывают в 2-3 подхода.

Застывшая эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие. Его основным недостатком является сравнительно низкая прочность – под воздействием ударных нагрузок эмаль может растрескиваться или скалываться.

Полимерные защитные покрытия

В число наиболее распространенных полимеров, применяющихся для защиты металлов от коррозии, входят полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерное покрытие осуществляется методами окунания, газотермического или вихревого напыления, обычной кистью. Остывая, оно образует на поверхности сплошную защитную пленку толщиной несколько миллиметров.

Разновидностью полимерных являются антифрикционные твердосмазочные покрытия. Внешне эти материалы похожи на краски, однако вместо пигментов они содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

Износоустойчивое покрытие для металла

Основу покрытий могут составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и прочие твердые смазки. В качестве связующих применяются акриловые, фенольные, полиамид-имидные, эпоксидные смолы, титанат, полиуретан и некоторые другие специальные компоненты.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия, а также специальные растворители и очистители для предварительной подготовки поверхностей разрабатывает российская компания «Моденжи».

Материалы MODENGY применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющих, зубчатых передачах, подшипниках и т.д.

), на деталях двигателей внутреннего сгорания (юбках поршней, вкладышах валов, дроссельной заслонке), в резьбовом крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических элементах автомобилей (замках, петлях, пружинах, скобах, механизмах регулировки и т.д.), а также в других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Покрытия MODENGY наносятся однократно на весь срок службы деталей. С их помощью создаются узлы трения, не требующие дальнейшего обслуживания и применения традиционных смазочных материалов.

Антифрикционные покрытия MODENGY отличаются:

  • Высокой несущей способностью
  • Работоспособностью в запыленной среде
  • Низким коэффициентом трения
  • Широким диапазоном рабочих температур
  • Высокой износостойкостью
  • Противозадирными и антикоррозионными свойствами
  • Стойкостью к воздействию кислот, щелочей, растворителей и других химикатов
  • Работоспособность в условиях радиации и вакуума

Износоустойчивое покрытие для металла

  • Покрытия ложатся тонким слоем, поэтому практически не меняют исходные размеры деталей, зато обеспечивают им необходимый комплекс триботехнических и защитных свойств.
  • Применение материалов MODENGY позволяет эффективно управлять трением, повышать ресурс и энергоэффективность оборудования.

Оксидные защитные пленки

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металлов, которая возникает благодаря их взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами.

В результате этого процесса на металлических поверхностях образуется защитная пленка, которая увеличивает их твердость, снижает риск образования задиров, улучшает приработку деталей и повышает срок их службы.

Оксидирование используется для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоев. Различают химические, анодные (электрохимические), термические, плазменные и лазерные методы этой обработки.

Читайте также:  Металл активнее чем купрум

Резиновые защитные покрытия

Износоустойчивое покрытие для металла

Защитное покрытие может быть сформировано из мягкой или твердой резины. Консистенция контролируется добавками серы: мягкая содержит от 2 до 4 % этого вещества, твердая – от 30 до 50 %.

Покрытие наносится на предварительно очищенные и обезжиренные поверхности. Скопившийся после обработки воздух выдавливается валиком. В качестве заключительного этапа гуммирования проводится вулканизация изделий.

Резиновые покрытия являются хорошими диэлектриками, обладают стойкостью ко многим кислотам и щелочам (но не к сильным окислителям). Из существенных недостатков резиновых покрытий можно выделить их старение со временем.

Смазки и пасты

При длительном хранении и перевозке металлоизделий в качестве защитных покрытий могут использоваться специальные смазки и пасты – они препятствуют попаданию на поверхности влаги, пыли и различных газообразных веществ, наносятся кистью или методом распыления.

Консервационные материалы изготавливаются на основе минеральных масел (вазелинового, машинного) и воскообразных веществ (воска, парафина, мыла). Очень популярны смазки, в состав которых входит 5 % парафина и 95 % петролатума (смеси парафинов, масел и минеральных восков – церезинов).

Главный недостаток паст и смазок, применяющихся в качестве защитных покрытий, состоит в том, что целостность образовавшейся пленки легко нарушить. Именно поэтому лучшей альтернативой пластичных составов являются антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Защитные покрытия для металлов

Износоустойчивое покрытие для металла

Различные покрытия металлов используются для изоляции этих материалов от агрессивной окружающей среды. Чтобы выполнять свою основную функцию, покрытия должны быть сплошными, непроницаемыми, равномерно распределяющимися по поверхности. Также они должны обладать хорошей адгезией, высокой износостойкостью, жаростойкостью и твердостью.

Защитные покрытия подразделяют на металлические и неметаллические. Рассмотрим подробнее обе категории.

Металлические покрытия наносятся на различные поверхности (не только на металл, но и на стекло, керамику, пластмассу и др.) в целях их защиты от коррозии, придания твердости и износостойкости, электропроводящих и декоративных функций.

Для придания поверхностям антикоррозионных свойств покрытия наносятся следующими способами:

  • Гальванизацией (электролитическим методом): металл или сплав осаждается на поверхность в виде водных растворов солей путем постоянно пропускания тока через электролит
  • Газотермическим напылением: расплавленный металл распыляется на обрабатываемую поверхность с помощью струи воздуха
  • Окунанием: горячий способ нанесения покрытия методом погружения изделия в ванну с расплавленным металлом
  • Плакированием (термомеханическим методом): на поверхность основного металла наносится другой, более устойчивый к агрессивной среде, путем литья, совместной прокатки, прессования или ковки
  • Термодиффузионным методом: покрытие проникает в поверхностный слой основного металла под воздействием высокой температуры

По способу защиты металлические покрытия подразделяют на анодные и катодные – в зависимости от того, анодом или катодом является металлопокрытие к обрабатываемому изделию.

Электрохимическую защиту от коррозии осуществляют исключительно анодные покрытия, имеющие более отрицательный электрохимический потенциал. Под воздействием окружающей среды они постепенно разрушаются, но при этом сохраняют целостность изделий.

Хорошим примером анодного покрытия металлов является цинковый защитный слой не железе.

Износоустойчивое покрытие для металла

Катодные защитные покрытия, имеющие положительный электродный потенциал, используются намного реже, так как защищают детали лишь механически. Основной металл изделия, являющийся анодом, при подводе к нему влаги начинает интенсивно разрушаться, поэтому катодное покрытие должно быть сплошным, без малейших пор и царапин. Примером такого покрытия служит оловянная или медная защита на железе.

Гальванические покрытия

  • Гальванизация относится к электрохимическим методам нанесения металлических покрытий.
  • Получаемый защитный слой предупреждает коррозию и окисление, улучшает износостойкость и прочность изделий, придает им эстетичный внешний вид.
  • Гальванические покрытия распространены в строительстве, авиа- и машиностроении, радиотехнике и электронной промышленности.

В зависимости от назначения они бывают защитными, защитно-декоративными и специальными. Назначение первых двух понятны уже из названий.

Специальные наносятся на изделия для придания им повышенной твердости и износостойкости, улучшенных электроизоляционных, магнитных и других свойств.

Износоустойчивое покрытие для металла

Разновидностями гальванизации являются меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение, серебрение, покрытие оловом.

Газотермическое напыление

Газотермическое напыление – это метод переноса расплавленных частиц на обрабатываемую поверхность при помощи газового или плазменного потока. Покрытия, образованные газотермическим способом, обладают износостойкостью, коррозионной устойчивостью, антифрикционными, противозадирными, термостойкими, электропроводными и другими свойствами.

В качестве напыляемого материала используются проволоки, шнуры и порошки из металлов, керамики или металлокерамики.

Существуют следующие методы газотермическогого напыления:

  • Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
  • Детонационное напыление: применяется для восстановления небольших поврежденных участков поверхности
  • Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
  • Электродуговое напыление: применяется для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
  • Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод в плане внедрения и эксплуатации; используется для защиты больших поверхностей от коррозии и восстановления геометрии деталей
  • Напыление с оплавлением: металлургически связывает покрытие с основанием; применяется в тех случаях, когда отсутствует риск деформации деталей или этот риск оправдан

Окунание в расплав

При использовании данного метода деталь окунается в расплавленный металл: олово, цинк, алюминий или свинец. Перед погружением поверхности обрабатываются флюсом, состоящим из хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Такая обработка позволяет удалить солевые и оксидные пленки, а также защитить расплав от окисления.

Износоустойчивое покрытие для металла

Данный метод не слишком распространен, так как расходует большое количество защитного покрытия, при этом не обеспечивая его равномерную толщину и не позволяя наносить металл в узкие зазоры.

Термодиффузионное покрытие

Данный вид обработки поверхностей по отношению к черным металлам является анодным и обеспечивает эффективную электрохимическую защиту стали. Покрытие обладает высокой адгезией с основой, в процессе эксплуатации не отслаивается. Оно также обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и деформации.

Термодиффузионный метод позволяет добиться однородного по толщине слоя даже на деталях сложных форм. Кроме этого такое покрытие очень устойчиво к коррозии и не вызывает водородного охрупчивания металла. В качестве наносимого материала выступает цинк.

Неметаллические защитные покрытия применяются для изоляции металлических изделий от воздействия внешней среды (в первую очередь, влаги) и придания им эстетичного внешнего вида.

К неметаллическим относятся полимерные, резиновые, лакокрасочные, эмалевые, оксидные и др. покрытия.

Полимерные покрытия

  1. На сегодняшний день данный вид покрытия металла является наиболее популярной альтернативой оцинковке и окраске изделий.

  2. Детали, обработанные полимерными веществами, имеют долгий срок службы, эстетичный внешний вид, отличные электроизоляционные, высокотемпературные и противоизносные свойства.

  3. В качестве напыляемого материала чаще всего выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид и некоторые другие.

Одной из самых современных и высокотехнологичных разновидностей полимерных покрытий являются антифрикционные покрытия (АФП).

По структуре они похожи на краски, однако вместо пигмента содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ: дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ) и пр. Эти компоненты равномерно распределены в полимерной связующем, в качестве которого могут выступать эпоксидные, акриловые, титанатовые и другие смолы.

Например, в России такие покрытия разрабатывает компания «Моделирование и инжиниринг».

Износоустойчивое покрытие для металлаОсновным предназначением АФП MODENGY являются:

  • Средне- и тяжелонагруженные узлы трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.)
  • Детали ДВС (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка и др.)
  • Пластиковые и металлические компоненты автомобилей (замки, петли, пружины, скобы, механизмы регулировки в салоне автомобиля и т.д.)
  • Резьбовые соединения и крепеж
  • Трубопроводная арматура
  • Другие пары трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.
  • Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY наносятся однократно на весь срок службы узлов трения, что позволяет полностью отказаться от регулярно восполняемых масел и пластичных смазок.
  • Высокая популярность АТСП обусловлена их высокой несущей способностью, низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур, устойчивостью к воздействию воды и химикатов, работоспособностью в запыленной среде, условиях радиации и вакуума.
  • Тонкий слой защитного покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали.

Эмалирование

Эмаль – это тонкое покрытие на металле, обладающее антикоррозионными свойствами. Получают его с помощью высокотемпературной обработки стекловидного порошка, смешанного с водой.

Локальный обжиг детали производится в печи или при помощи горелки. В зависимости от вида и цвета покрытия температура обжига может колебаться от +700 °C до +900 °C. Необходимо помнить, что стекловидный слой эмали нельзя подвергать грубым механическим воздействиям, так как он достаточно хрупок и легко повреждается.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Износоустойчивое покрытие для металла

Оксидирование бывает анодным, химическим, термическим, плазменным, лазерным (последнее доступно только в промышленных условиях).

Окрашивание

Данный метод антикоррозионной защиты металла хорошо известен каждому. Однако лакокрасочные покрытия не отличаются термостойкостью и износостойкость, повредить их очень легко.

Основным преимуществом окрашивания является низкая стоимость и достаточно простая технология. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы лакокрасочных покрытий зависит от условий эксплуатации деталей. При высоких нагрузок и температурах их не применяют, используя чаще всего в качестве декоративного слоя.

Возврат к списку

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector