Защита металлов от коррозии

Защита металлов от коррозии проводится легированием, созданием защитных покрытий, электрохимической защитой, обработкой коррозионной среды.
Одним из способов защиты стали и цветных металлов  от коррозии является создание на их защитного покрытия.
По используемому материалу защитные покрытия делятся на металлические, неметаллические и химические.
Первые два осуществляются путём погружения изделия в расплавленный металл, гальваническую ванну, простой окраской его или другими способами.
К химическим защитным способам защиты металла относятся: пассивирование, фосфатирование, оксидирование. В литературе выделяют также химическое окрашивание металла. Химическим способом можно наносить покрытия в жидкой, пастообразной или газообразной среде при различных темпера­турах.
Разнообразие методов покрытия видно из схемы классификации их, приведённой на рисунке.

Рассмотрим более подробно наиболее удобные для “домашних” условий способы нанесения защитно – декоративных покрытий металла.

Оксидирование стали и цветных металлов

Оксидирование стали

Оксидные пленки на железе и его сплавах могут быть получены термическим, химическим и электрохимическим способами.

Термический способ заключается в нагреве деталей на воздухе или в среде водяного пара. При этом на поверхности металла образуется пленка толщиной до 3 мкм_у которая в зависимости от состава металла и режима оксидирования имеет различную окраску.
Для получения на углеродистой стали защитно-деко­ративных пленок черного цвета погружают нагретые до 450-470°С детали в льняное масло, повторяя эту опера­цию несколько раз.
Пленки черного цвета получаются при обработке де­талей в смеси (расплаве, без добавления воды), состоящей из 4 частей едкого натра и 1 части нитрита натрия, при температуре 250-350° С. Синяя окраска пленок получается при оксидировании в смеси, содержащей 55% нитрита натрия и 45% нитрата натрия.
Термический способ применяется для оксидирования инструмента и некоторых мелких деталей.

Для получения защитно-декоративных пленок наиболее широко используется химический способ оксидирования в щелочных и бесщелочных растворах.
В первом случае обработка стали производится в горячем концентрирован­ном растворе щелочи, содержащем окислители. Образую­щаяся пленка состоит в основном из магнитной окиси железа Fe₃0₄.
Бесщелочной рабочий раствор содер­жит фосфорную кислоту и окислители – азотнокислые соли кальция, бария. Формирующаяся в нем фосфатно-окисная пленка состоит из фосфатов, окиси железа и металла, азотнокислая соль которого добавляется к рас­твору. Толщина ее достигает 3—4 мкм. Такие пленки от­личаются большей механической стойкостью и лучшей защитной способностью, чем оксидные слои, полученные в щелочных растворах.
Бесщелочное оксидирование ведут при более низкой температуре, что позволяет упростить конструкцию ванн. Продолжительность процесса по сравнению со щелочным способом уменьшается в 2-3 раза. Оксидно-фосфатный слой может служить хорошим грунтом под лакокрасочные покрытия. Он используется также для декоративной от­делки и защиты от коррозии изделий из углеродистых и легированных сталей, а также из цинка и его сплавов.

Электрохимическое оксидирование производится об­работкой изделий на аноде в щелочном растворе. Процесс идет при более низкой температуре и требует меньшего расхода химикатов, чем при химическом оксидировании. Пленки получаются черного цвета с синим оттенком, бо­лее стойкие против коррозии. Для осуществления способа требуются дополнительные затраты на пи­тание ванн постоянным током и специальные подвесные приспособления для загрузки обрабатываемых деталей в ванну.

Оксидирование алюминия и его сплавов.

Наиболее простым и надежным способом защиты алю­миния и его сплавов от коррозии является оксидирование – процесс получения на поверхности металла оксидных пленок в результате химической или электрохимической обработки.

Химическое оксидирование используется для защиты изделий от коррозии и для получения грунта под лакокра­сочные покрытия. Толщина оксидных пленок, полученных химическим путем, составляет 0,5-3 мкм. Пленки отличаются малой механической прочностью и поэтому неприменимы в тех случаях, когда требуется повышенная твердость или износостойкость.
К химическим способам относится обработка алюминия в слабощелочном растворе хроматов или в растворе, со­держащем наряду с хроматами фосфорную кислоту и соединения фтора, однако они легко исти­раются и разрушаются от действия горячей воды и горя­чего воздуха. Большей механической прочностью характеризуются пленки, по­лученные в фосфорнокислом растворе. Толщина их достигает 3—4 мкм. Они окрашены в светло-зеленый цвет. Оксидно-фосфатные пленки являются хорошим грунтом для лакокрасочных покрытий, но и в отсутствии их защищают алюминий от коррозии. Тонкие, но плотные пленки, характеризующиеся низ­ким электросопротивлением, получают обработкой алю­миния в растворе, содержащем хроматы и фториды в ма­лых концентрациях.
Преимуществом химических способов оксидирования алюминия являются малая продолжительность процесса, простота его выполнения, несложность оборудования, что положи­тельно сказывается на экономических показателях.
Электрохимическое оксидирование алюминия требует использо­вания источников тока для питания ванны, но даёт исключительно высокие качества получаемых оксидных пленок, по- этому наиболее распространено в производстве.

Фосфатирование стали и цветных металлов

Процесс фосфатирования заключается в образовании на поверхности металла пленки нерастворимых в воде фосфорнокислых солей марганца и железа или цинка и железа. Размеры деталей при фосфатировании меняются незначительно, так как наряду с ростом фосфатного слоя происходит уменьшение толщины ме­талла за счет его травления.

Фосфатный слой обладает рядом ценных свойств, ко­торые определяют область применения фосфатирования. Он устойчив в атмосферных условиях, в смазочных маслах и органических растворителях; разрушается в кислотах и щелочах. Фосфатная пленка характеризуется высокой адгезионной способностью и высоким электросопротивле­нием. Ее недостатком является малая механическая проч­ность и эластичность и низкая стойкость против механи­ческого истирания.

Наиболее широко фосфатирование применяется для защиты изделий от коррозии. Защитные свойства фосфат­ных пленок на стали выше, чем пленок, полученных химическим оксидированием в щелочных растворах. Пропитка маслами, консистентными смазками или лаками значи­тельно повышает коррозионную стойкость.

Фосфатированию можно подвергать углеродистые и низколегированные стали, чугун, некоторые цветные и легкие металлы: алюминий, магний, цинк, кадмий. Высоколегированные стали фосфатируются с трудом и дают пленки более низкого качества. Фосфатные пленки на алюминии и магнии являются менее надежной защитой этих металлов от коррозии, чем пленки, полученные анодным оксидированием.
В промышленности используется химическое и электрохимическое фосфатирование стали и цветных металлов.

Пассивация металла

Одним из эффективных методов защиты поверхности металла от воздействия коррозии является обработка поверхности с помощью специальных химических растворов. При их взаимодействии с металлом протекает химическая реакция, в результате которой на поверхности образуется нейтральное (пассивное) соединение способное противостоять протеканию коррозийных процессов. Такая обработка называется пассивация металла. После завершения этого процесса на поверхности образуется оксидная плёнка. Она обладает химическими свойствами не вступать в реакцию окисления и тем самым предотвращает разрушение не только поверхностного слоя, но и всей детали. Наиболее распространён этот вид обработки для стали, алюминия, никеля, меди и их сплавов.
Для проведения пассивации применяют различные кислоты. Чаще всего создаётся раствор на основе азотной кислоты. Именно созданные соли на основе этой кислоты создают на поверхности стали защитную плёнку с высокими защитными характеристиками.
Технология проведения пассивации цветных металлов практически не отличается от технологии обработки стали. Основным отличием является состав применяемых растворов. Например, для обработки алюминия, меди, никеля применяют хроматы калия и натрия или хромовый ангидрид. Ускорения процесса обработки осуществляется при добавлении в состав раствора различных солей и кислот. Пассивация меди производится в растворах серной кислоты, обработка поверхности меди производится в растворе фосфорной кислоты, цинка и кадмия в растворах соляной и азотной кислоты.
Удаление пассивной пленки происходит при погружении пластинки в разбавленную кислоту или при соприкосновении с ней раствора соли менее электроотрицательного металла (медь, цинк, олово, висмут, свинец).

Важным моментом для получения качественной плёнки при пассивации является финишная обработка. Во всех случаях необходимо после извлечении детали из ванны с раствором качественно её промыть. Это необходимо для того, чтобы прекратить процесс пассивации. После тщательной промывки рекомендуется просушить готовую деталь.