книги / Технология металлов

строении. При этом методе к защищаемой конструкции, напри­ мер изготовленной из стали, прикрепляют на болтах или другим способом листы менее стойкого в данной среде металла, в част­

благодаря тому, что создается многоэлектродный элемент, в ко­ тором протекторы являются анодами.

Протектор может защищать от коррозии также конструкцию, изготовленную из разнообразных металлов. При этом важным является то, чтобы протектор имел в данной среде электродный потенциал более низкий, чем любой из металлов, из которых из­ готовлена конструкция.

Эффективность протекторной защиты зависит от природы ме­ таллов протектора и конструкции, от плотности прилегания про­ тектора к конструкции, электропроводности среды, в которой ра­ ботает защищаемая конструкция и т. д. Поэтому в случае выбо­ ра этого метода защиты учитывают влияние перечисленных факторов.

Электрозащита находит применение при защите от коррозии котлов систем конденсаторов на морских судах, различных аппа­ ратов в химической промышленности, если они работают в рас­ творах, содержащих соли металла. Для этой цели защищаемая конструкция присоединяется к отрицательному полюсу источни­ ка постоянного тока — динамо-машине, аккумулятору или выпрямителю, а к положительному полюсу присоединяется пла­ стинка какого-либо металла (чугун, свинец, сталь и т. п.), поме­ щенная в ту же среду (электролит), что и конструкция. Пласти­ на металла в этих условиях становится анодом, а защищаемая конструкция катодом. На катоде выделяется водород и околокатодный слой защелачивается. Вследствие этого такой метод за­ щиты от коррозии возможен лишь для конструкций, изготовлен­ ных из металлов, стойких в щелочах, и не рекомендуется для конструкций, изготовленных из алюминиевых сплавов. При ис­ пользовании электрозащиты устанавливают для данных условий напряжение и плотность тока, так как при неправильном выбо­ ре этих параметров -может произойти даже ускорение разру­ шения защищаемой конструкции.

Защита обработкой внешней среды

Этот метод защиты заключается в предварительной обработ­ ке коррозионной среды, или в эту среду вводят специальные до­ бавки, предотвращающие разъедание металла.

Предварительная обработка находит применение преимуще­ ственно в системах водоснабжения котлов и других агрегатов. Она состоит в удалении из воды элементов, агрессивно действу­

ющих на металл конструкций. Например, кислород из-воды мо­ жет быть удален путем нагрева ее при пониженном давлении или пропусканием воды под слоем металлической стружки (же­ лезной, магниевой или цинковой), имеющей большое сродство к кислороду. Удаление кислорода из жесткой воды производят обработкой ее сульфатом или бисульфатом натрия. В питатель­ ной воде 1вредные в коррозионном отношении соли удаляются обработкой ее щелочью.

В химической промышленности для предохранения от разъе­ дания аппаратов в агрессивную среду вводят специальные до­ бавки. Например, при перегонке нефти, содержащей хлористый магний, в пары ее вводят аммиак. Добавкой сульфатов к уксус­ ной кислоте снижают ее агрессивное действие на свинец. До­ бавки небольшого количества хромпика к охлаждаемой воде систем двигателей внутреннего сгорания полностью предотвра­ щают коррозию металла.

4. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Наиболее широкое применение в промышленности находят защитные покрытия металла. Защитные покрытия по видам классифицируются на металлические, неметаллические и хими­ ческие изменения поверхностных слоев металла (рис. 61).

Роль защитных покрытий главным образом преследует цель изолировать металл от внешней среды с тем, чтобы предохра­ нить от агрессивного действия микроэлементов поверхность ме­ талла. Это достигается сплошным и 'беспористым покрытием. Выбор вида покрытия определяется условиями службы, в кото­ рых будет находиться металл. Например, для защиты неметал­ лических изделий, используемых в бытовых условиях и не испы­ тывающих динамических нагрузок, достаточно бывает нанесения

портовых сооружений, мостов, вагонов, наружных деталей авто­ мобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, велосипедов и т. п.), подвергающихся более агрессивному воздействию атмо­ сферы, применяются лакокрасочные покрытия, более сложные по составу и способам нанесения. Кроме защиты изделий и кон­ струкций от воздействия коррозии, их поверхности подвергай^ декоративной отделке. Для лакокрасочных покрытий применяют никелевые и хромовые покрытия. Для декоративных покрытий, хотя и в ограниченных масштабах (главным образом для цвет­ ных металлов), применяют разноцветные эмали, серебро, золо­ то, платинит и т. д.

Металлические изделия и конструкции, работающие в жидких средах, в воде, растворах солей, кислот и щелочей, для защиты

от коррозии подвергают металлическим и неметаллическим по­

крытиям.

Изделия, соприкасающиеся с водой или атмосферной влагой, подвергают цинкованию и кадмированию; изделия, работающие в растворах серной кислоты, — свинцеванию, а изделия, которые работают в органической среде пищевых продуктов, подвергают никелированию и лужению. К неметаллическим покрытиям от­ носят эмалирование, облицовку кислотоупорными плитками,

Р ис. 61. К л асси ф и к ац и я покры тий

кислотоупорным цементом, покрытие фенолальдегидными смо­ лами, каменноугольным пеком, резиной и другими подобными материалами и композициями. По химической стойкости в ряде агрессивных сред они являются незаменимыми, как например, резина или фенолальдегидные смолы в растворах соляной кисло­ ты. Основными недостатками большинства неметаллических за­ щитных покрытий являются их невысокая теплопроводность и неудовлетворительная стойкость при температурах выше 150° С.

Металлические покрытия

В промышленности широкое распространение получили сле­ дующие способы металлических покрытий: гальваническое по­ крытие, плакирование, металлизация, диффузионный и горячий способ покрытий.

Гальв^^ичвскии способ покрытия состоит в нанесении на по­ верхность металлических конструкций тонкого слоя другого ме­ талла из ®одного раствора его соли. Этим способом производят покрытия цинком, оловом, кадмием, свинцом, никелем, медью, хромом, серебром, золотом, а также их сплавами. По защитным

потенциал которого в данной среде ниже электродного потен­ циала покрываемого металла, т. е. происходит электрохимиче­ ское замещение основного металла. Примером анодного покры­ тия являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия при нарушении их оплошности преимущественно сами разрушаются. Они не боятся царапин и других (внешних нару­ шений слоя.

К а т о д н ы е покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала ос­ новного металла. К катодным покрытиям железных сплавов от­ носятся покрытия оловом, медью, никелем и другими металла­ ми. Катодные покрытия механически защищают основной металл от коррозии. При нарушении сплошности покрытия, т. е. при на­ несении царапины, механических повреждениях, разъедания за­ щитные действия катодных покрытий^ пропадают и происходит интенсивная коррозия основного металла. Защитная способ­ ность катодных покрытий зависит главным образом от их сплошности.

Гальванические покрытия металлических изделий производят в гальванических ваннах. Для этой цели производят подготовку поверхности изделий (обдиркой, шлифовкой, полировкой, обез­ жириванием, травлением и т. д.) для удаления окислов, мине­ ральных масел, жира, шлака, пыли й других загрязнений. В процессе покрытия катодом служит покрываемое изделие, ано­ дом— осаждаемый металл или нерастворимый свинцовый анод. Электролитом являются кислые, щелочные или цианистые рас­ творы. Толщина слоя покрытия составляет 0,005—0,03 мм. При гальваническом покрытии используют постоянный ток. Источни­ ками постоянного тока служат выпрямители и низковольтные мотор-генераторы на 6 , 9 и 12 в с силой тока > 1500 а.

Плакированием получают биметалл для замены цветных ме­ таллов или специальных сталей и для защиты от коррозии ме­ таллов и сплавов. Основой (сердцевиной) биметалла служит преимущественно низкоуглеродистая сталь. В зависимости от наз­ начения получают различные биметаллы. Сталь — медь исполь­ зуется в виде листов, лент, проволоки в электропромышленности, машиностроении, бумажной, текстильной промышленностях, для с-пецизделий и др. Сталь — медноцинковые сплавы (томпак—■ латунь) используется в виде листов, лент при изготовлении ме­ дицинской, лабораторной аппаратуры, в электротехнической про­ мышленности. Обычно латунь применяют с содержанием 70% Си, 30% Zn и томпак, содержащий 90% Си и 10% Zn. Биметалл из стали и медноникелевых сплавов применяется для штампован­

поверхности детали в виде наслаивающихся чушек, ’покрывает ее твердым слоем.

Преимуществом шопирования перед другими способами является возможность покрытия различными металлами круп­ ных конструкций в собранном виде и изделий из любых мате­ риалов, а также небольшие затраты на основное оборудование и простота процесса. К недостаткам относится образование зна­ чительной пористости, недостаточная прочность сцепления по­ крытия с поверхностью детали и невысокие защитные свойства против коррозии, а также повышенные потери металла при рас­ пылении.

Диффузионное покрытие металлами заключается в совмест­ ном нагреве до высокой температуры покрываемых изделий из металла или сплава покрытия в порошке. Этим способом произ­ водят аллитирование для покрытия деталей алюминием, хромизацию — покрытие хромом; силицирование — покрытие крем­ нием или сплавами; хромоаллитирование — хромом, алюминием; хромосилицирование — хромо-кремнием. Диффузионный способ применяется также и для покрытия железа цинком, получивший название шерардизации, с целью защиты против воздействия атмосферы.

а. Аллитированием называется процесс образования диффу­ зионным путем в поверхностных слоях изделия из стали, чугуна или меди жаростойкого сплава этих металлов. Технология аллитирования стальных и чугунных изделий состоит в основном в следующем. После очистки поверхности от загрязнений жира­

на дно ящика насыпается слой аллитирующей смеси в порошке. Изделия загружают в ящик в несколько рядов и каждый ряд засыпают смесью толщиной 25—30 мм. После загрузки изделий и засыпки их смесью содержимое ящика накрывают железным листом, зазоры между листом и стенками ящика промазыва­ ются специальной замазкой. Затем на лист до верхней крышки ящика насыпают чугунную стружку или древесный уголь с пе­ ском, после чего ящик закрывают железной крышкой, зазоры между крышкой и ящиком замазывают огнеупорной глиной или обмазкой. В крышке делают отверстия диаметром 3—5 мм для выхода паров воды во время нагрева.

Ящики с изделиями загруж-ают в печь и постепенно нагре­ вают до температуры 150° С. При этой температуре в течение 30 мин. происходит просушивание содержимого в ящике, после чего температуру печи повышают, пока внутри ящика не создается температура 970—1000° С. При этой температуре дают вы­ держку в течение 5— 6 час. После выдержки печь с ящиками охлаждают до 400—500° С, затем ящики выгружают из печи.

делия, хромизирующий материал, порошкообразный металличе­ ский хром и феррохром; через реторту пропускают смесь газов хлороводорода и водорода. При температуре около 1000° С про­ исходит взаимодействие железа с образующимся хлоридом хрома. Вытесненный хром диффундирует в поверхностные слои изделия. Толщина образующегося диффузионного слоя находит­ ся в прямой зависимости от температуры газовой смеси, продол­

лий кремнием при высоких температурах. Изделия из углероди­ стой стали и чугуна после силицирования приобретают свойст­

Силицированию подвергают изделия из углеродистой стали для кислотопроводов; насосов, перекачивающих кислоты; раз­ личной аппаратуры, применяемой в нефтяной, химической, бу­

аналогичен процессу аллитирования в порошке. При твердом силицировании применяют порошкообразные смеси, состоящие из 50—95% ферросилиция (содержащего 75—90% Si), шамота или кварцевого песка. Шамот или песок вводят для того, чтобы не произошло спекания смеси. Иногда в смесь вводят от 2 до 50% поваренной соли или хлористого аммония, способствующих повышению скорости диффузии кремния в железе.

и 10% окиси цинка. Окись цинка вводится для того, чтобы смесь не спекалась.

Барабан с изделиями и смесью нагревается в газовой или электрической печи до 440° С. При этой температуре процесс шерардизации длится в течение 2—4 час. После выдержки ба­ рабан охлаждают до комнатной температуры и его разгру­ жают.

Процесс шерардизации совершается по обычным для диффу­ зии законам, т. е. слой покрытия тем больше, чем выше темпера­ тура нагрева и продолжительнее процесс покрытия. При покрытии неответственных изделий (гаек, болтов) толщина 0,05—0,06 мм считается достаточной.

Горячие способы покрытия, подразделяются на цинкование, лужение и свинцевание. Для этого очищенные от загрязнения и окислов детали погружают в ванны с расплавленными метал­ лами и выдерживают их там. Во время погружения и выдержки детали ее поверхности смачивается покрываемым металлом и частично сплавляется с последней. В результате на поверхности деталей отлагается тонкий слой покрытия. Толщина покрытия зависит от продолжительности выдержки и температуры, при которой производится покрытие.

Горячим способом покрывают листовой металл, проволоку, трубы, различные стальные и чугунные детали. Недостатками горячего покрытия являются: трудность регулирования получе­ ния равномерной толщины слоя покрытия и невозможность от­ пуска при покрытии закаленных деталей.

а. Цинкование производят для покрытия листов железа, раз­ личных стальных и чугунных деталей. Для этого изделия, под­ готовленные для покрытия, погружают в ванну с расплавленным цинком. В ванне поддерживают температуру 450—480° С. Во время цинкования на поверхности деталей образуется железо­ цинковый сплав, внутренний слой которого, обогащенный желе­ зом (около 80%), представляет собой интерметаллическое со­ единение FeZn3, а внешний слой, обогащенный цинком до 20%, является соединением FeZn7. При выгружении изделий из ванны поверх слоя железоцинкового сплава образуется слой чистого цинка с образованием при кристаллизации «цинковых цветов»-

б. Лужение применяют для листового железа, пищеварных котлов, различной посуды и др. Для этой цели, например, отож­ женные железные листы подвергают травлению в слабом рас­ творе серной кислоты с целью удаления с поверхности листов пленок и окислов. Травление считается законченным, если по­ верхность листа приобрела равномерную светло-серую окраску. Перед погружением в ванну для лужения, листы обрабатывают полупроцентной соляной кислотой. Затем листы пропускают че­ рез слой расплавленного хлористого цинка для удаления влаги