Металлические антикоррозионные покрытия

Одно из предлагаемых процессов использования данного технического решения — нанесение антикоррозионных покрытий.

Газотермические покрытия из металлических порошков Zn, Al-Zn и Al по ГОСТ 9.304-87 предназначены для защиты стальных конструкций от коррозии под воздействием атмосферных условий, морской и пресной воды, минеральных масел и нефтепродуктов.

Эффективность защитного действия нанесенного покрытия достигается за счет процесса катодной защиты металла от коррозии. При электрическом контакте металлов, один из которых имеет больший электроотрицательный электродный потенциал и является анодом по отношению к защищаемому металлу, а другой — катодом, образуется гальваническая пара, в которой анод начинает разрушаться. Иными словами, возникает короткозамк-нутый гальванический элемент, ток которого полностью нейтрализует коррозию металла основы. Чаще всего для протекторной защиты металлов используют Zn и Zn-Al, а в морской воде и при высоких температурах — Al.

В этом случае покрытие, выполняя функцию анода, окисляется с образованием плотных плохорастворимых продуктов, заполняющих возможную пористость в покрытии. В результате этого покрытие становится непроницаемым для влаги, а доступ кислорода к основному металлу полностью прекращается, обеспечивая надежную защиту металла от коррозии. В случае механического нарушения покрытия продукты окисления, имея больший период кристаллической решетки, постепенно заполняют дефекты в покрытии.

Для данных покрытий характерна высокая стойкость к воздействию агрессивных сред (с рН=2-12). В среде, загрязненной промышленными отходами, скорость коррозии алюминиево-цинковых покрытий составляет 2-5 мкм/год. Для сравнения: низкоуглеродистая сталь корродирует со скоростью 200-250 мкм/год. Скорость коррозии цинкового покрытия в атмосфере промышленных объектов составляет около 15 мкм/год.

В отличие от сложных технологий гальванического и термодиффузионного цинкования или алюминирования, плазменное напыление позволяет защищать крупногабаритные стальные конструкции в условиях любой монтажной площадки (рис. 1).

Рис. 1. Плазменное напыление Zn-Al покрытия на металлоконструкции

Осаждаемые на поверхности стальных изделий покрытия формируются из расплавленных и затвердевших частиц напыляемого материала. При этом температура металлоконструкции не превышает 60-150 °С.

Авторы проводили анализ двух технологий плазменной металлизации фермы размером 14155x700x450 мм. Масса фермы — 470 кг. Площадь всех элементов фермы, т.е. площадь антикоррозионной обработки, составляет 26,2 м².

Первый вариант технологии состоял из следующей последовательности основных операций:

- сварка на стапеле металлоконструкции;

- абразивоструйная очистка поверхности перед напылением (рис. 2);

Рис. 2. Абразивоструйная обработка поверхности фермы

- нанесение покрытия на все поверхности фермы (рис. 3).

Рис. 3. Нанесение покрытия

При втором варианте технологии:

- все элементы фермы, нарезанные вдоль, очищали от окалины и загрязнений в абразивоструйной установке;

- на очищенные элементы фермы вначале наносили антикоррозионное покрытие, оставляя необработанными концы на длину 40-60 мм (рис. 4);

Рис. 4. Напыление элементов фермы

- затем все обработанные элементы сваривали на стапеле в ферму;

- узлы сварки на ферме очищали с помощью абра-зивоструйной обработкиот окалины, загрязнений и шлака;

- на очищенные узлы фермы наносили антикоррозионное покрытие (рис. 5).

Рис. 5. Напыление покрытия на очищенные узлы фермы

Из-за более тщательного контроля всех операций второй вариант технологии обеспечил лучшее качество защитного покрытия фермы в целом.

Из анализа проведенных работ следует, что при изготовлении металлоконструкций можно совмещать элементы с заводскими защитными покрытиями (плакировка или термодиффузионное цинкование или алюминирование) с защитой методом плазменного напыления сварных швов после сварки элементов в металлоконструкцию.

По сравнению с аналогами (плакирование, гальваника, термодиффузия) процесс плазменного напыления коррозионно-стойких покрытий имеет следующие преимущества:

• обеспечивает более длительный срок службы защищаемого изделия, часто равный сроку его эксплуатации за счет возможности создавать покрытия значительно большей толщины;

• обеспечивает значительное снижение эксплуатационных расходов;

• позволяет наносить покрытия на детали любых габаритов и сложной конфигурации;

• не приводит к короблению защищаемых изделий от воздействия температуры расплава в ванне;

• создает условия для увеличения усталостной прочности за счет создания сжимающих остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое после предварительной операции — абразивоструй-ной очистки;

• позволяет увеличивать трение в болтовых соединениях и снижается вероятность образования фреттинг-коррозии за счет создания шероховатости поверхности напыляемого металла;

• создает высококачественную основу для адгезии антикоррозионных смазок, мастик, лакокрасочных, полимерных и других материалов за счет своей шероховатости и пористости, что усиливает защитные свойства покрытия;

• позволяет обеспечить более качественное сцепление различных закладных элементов с бетоном;

• дает возможность обеспечить дополнительную защиту зон сварки обработанных изделий непосредственно на месте монтажа конструкций;

• этот процесс значительно более экологичен.

Цинковые покрытия независимо от способа их нанесения обладают защитным действием только до тех пор, пока они способны активно растворяться под влиянием коррозионной среды.

Создание на поверхности цинка лакокрасочного покрытия или пропитка цинкового покрытия усиливает его защитные свойства. Устранение и снижение пористости металлизированных покрытий путем их пропитки растворами полимерных смол замедляет течение электродных процессов между основой и покрытием и даже полностью предотвращает их. Это во много раз повышает срок службы комбинированных покрытий по сравнению со сроками службы чисто металлизированных покрытий. Металлизированные покрытия, будучи пористыми и обладая активной поверхностью, представляют собой основу, обеспечивающую хорошую адгезию для лакокрасочных покрытий, и повышают собственную долговечность в 2-3 раза.

Любые растворы полимеров предполагают наличие растворителей, которые, испаряясь или реагируя с полимером, открывают доступ активной среде к покрытию. Значительно увеличить коррозионную стойкость металлоконструкций в течение длительного времени можно, используя в качестве барьерного пассивирующего покрытия термопластичные или термореактивные полимеры.