Неметаллические покрытия

К неметаллическим покрытиям относятся покрытия силикат­ными эмалями, лаками, красками, окисными и другими плен­ками.

Покрытие силикатными эмалями

Эмаль по химическому составу и физическим свойствам сходна с силикатным стеклом. Но в отличие от собственно стекла, к которому чаще всего предъявляются требования прозрачно­сти и бесцветности, в эмалировочном производстве стремятся по­лучить стеклообразное вещество, окрашенное и непрозрачное.

Физико-механические свойства эмали: уд. вес 2—2,5, прочность при растяжении 5—9 кг/мм ², при сжатии 80—150 кг/мм ², твердость по минералогической шкале около 6 (ортоклаз), коэффициент объемного расширения около 300 ∙ 10^-7.

Изделия, подлежащие покрытию эмалью, должны быть из­готовлены из сплавов определенного химического состава; ре­комендуется следующий состав чугунов и сталей (в %):

	С	Mn	Si	P	S
Серый чугун……	3,60	0,70	2,70	0,60	0,12
Сталь……………	до 0,12	0,50	1,03	0,05	0,05

Более качественные покрытия силикатными эмалями можно получать на бесшовных стальных изделиях. Чугунные изделия отливаются обычным способом.

Процесс эмалирования посуды можно разбить на пять основ­ных стадий: приготовление эмали, подготовку поверхности изделия, нанесение жидкой эмали на изделие, сушку эмали, обжиг эмали.

Состав эмали для посуды примерно следующий: 50% кремнезема, 20% щелочей и 30% прочих составных частей, в число которых входят мел, глинозем, окислы бора, фтористые соединения и так называемые окислы сцепления.

Компоненты, входящие в состав эмали, можно разделить на:

стеклообразующие — кремнезем (SiO₂) и глинозем (А1₂О₃);

флюсующие (плавни), т. е. вещества, образующие с кремнеземом и глиноземом легкоплавкие соединения — сода (Na₂СO₃), селитра (KNO₃ и NaNО₃), поташ (К₂СО₃), бура (Na₂B₄O₇);

глушители, делающие эмаль непрозрачной, — двуокись олова (SnO₂), двуокись титана (ТIО₂), плавиковый шпат (CaF₂), фосфаты;

красители — окислы и соли кобальта, хрома, марганца, селена, железа и других металлов;

окислы сцепления, вводимые в первый слой эмали (грунт) для лучшего сцепления ее с металлом; для этого на наших за­водах применяют обычно закись кобальта (СоО).

Эмаль приготовляют сплавлением предварительно измель­ченных исходных материалов в печах при температуре 1100— 1300°; сплавленную эмаль выпускают из печей в воду, где она, быстро охлаждаясь, растрескивается на мелкие кусочки, что облегчает последующий размол. Затем эмаль тщательно измель­чают в шаровых мельницах, в процессе размола смешивая с водой, добавляют глину и полученный жидкий шликер (суспензию эмали и глины в воде) выдерживают, несколько дней, в течение которых эмаль приобретает лучшие кроющие свойства.

Подготовка изделий из черных металлов к нанесению эмали состоит из очистки их от окалины, ржавчины и загрязнений; это достигается обжигом, травлением в кислоте и тщательной промывкой в воде. Вслед за этими операциями немедленно, чтобы не образовалась ржавчина, изделия направляют на эмалиро­вание.

Стальные изделия покрывают двумя основными, различными по составу слоями эмали. Первый слой, грунт, наносимый непосредственно на изделия, служит прослойкой между металлом и покровным слоем: он компенсирует механические и термические напряжения в покровной эмали. Грунт делают более тугоплавким (на 50—100°), чтобы он не расплавился при обжиге покров­ной эмали. Жидкую эмаль наносят вручную, а затем изделия сушат при 60—80°.

Высушенные изделия обжигают в пламенных или электрических муфельных печах; эти печи отличаются тем, что в них пространство для обжига — муфель — герметически изолировано от топки. Обжиг длится 5—6 минут, в течение которых эмаль расплавляется и обволакивает изделие более или менее ровным слоем. После обжига грунта наносят обычно два слоя покровной эмали. Перед обжигом с бортов изделий снимают покровную эмаль и наносят вместо нее тонкий слой темно-синей или черной эмали; такая окантовка уменьшает возможность скалы­вания эмали на бортах, так как имеет большой коэффициент расширения.

Покрытие эмалью изделий из чугуна имеет некоторые осо­бенности. В этом случае применяют грунт без окислов сцепле­ния, так как шероховатая поверхность чугуна надежно соеди­няется со слоем грунта. Содержание графита в чугуне не долж­но быть высоким, так как от поверхности чугунных изделий, с высоким содержанием графита эмаль легко отстает.

Недавно в СССР внедрены в производство новые, белые титановые эмали, содержащие 17—19% TiO₂. Эти эмали можно наносить на грунт одним тонким (0,1—0,15 мм) слоем вместо двух (0,4—0,5 мм), что упрощает технологический процесс и дает значительную экономию. Титановые эмали белого цвета обладают высокой термической и механической прочностью, значительной химической устойчивостью.

Ювелирные или художественные эмали применяются для украшения изделий из сплавов золота, серебра и меди. Эмали делают заглушёнными и прозрачными. Благодаря повышенному содержанию низкоплавких компонентов, ювелирные эмали имеют более низкую температуру плавления (750—800°) по сравнению с посудной эмалью. Эмаль в виде пасты наносят на изделия, а затем после просушки подвергают ее обжигу в му­фельной печи.

По способу нанесения различают эмаль: выемочную, запол­няющую на изделиях выемки и углубления различной формы; перегородчатую, заполняющую участки поверхности, отделенные друг от друга проволокой или металлическими полосками, обра­зующими контуры рисунка; сквозную, т. е. хорошо просвечиваю­щую и покрывающую поверхность с углубленными деталями ри­сунка; сплошную эмаль, заполняющую поверхность без перегоро­док; живописную эмаль, наносимую вручную с помощью кисти по грунту или непосредственно по металлу.

Дефекты покрытия силикатными эмалями. Наиболее часто встречаются следующие дефекты.

Отскок эмали с грунтом, обнажающий металлическую поверхность, происходит за счет недостаточного количества в эмали окислов сцепления, плохой очистки поверхности изделия, передержки в травильном растворе, очень быстрого обжига грунта.

Отскок эмали от грунта обнажает грунт; этот дефект появляется при неправильном составе покровной эмали и недостаточном оплавлении ее.

Отскок чешуйками, так называемая рыбья чешуя, име­ет форму мелких полукруглых углублений; причины возникнове­ния этого дефекта точно не установлены.

Отскок окантовки по борту происходит при малом коэффициенте расширения эмали и небольшом радиусе закругле­ния борта; кроме того, причиной этого дефекта может быть пере­держка при обжиге грунта.

Пузырьки, вскип, «булавочные уколы»; вскипом называются скопления пузырьков, «булавочные уколы» — это точечные углубления с округлыми краями. Эти дефекты появля­ются при повышенном содержании в металле углерода и серы, при наличии в нем газов; ржавчина в швах и местах сварки, загрязнение шликера, высокая температура обжига также могут привести к появлению этих дефектов.

Трещины, цек, сеченка (цек, сеченка — это сетчатые тонкие трещины) возникают при высоком коэффициенте расши­рения эмали, повышенной ее хрупкости, а также в результате местного утолщения эмали, давления, удара.

Пережог обнаруживается в том, что некоторые участки поверхности эмали становятся шероховатыми и более темными; пережог является следствием высокой температуры и долгой выдержки в муфеле.

Матовость появляется от избытка глины и заглушителей, от действия топочных газов; недоваренная эмаль также имеет матовую поверхность.

Волосяные, дугообразные, волнистые и другие линии образуются из-за деформации изделия при обжиге.

Темные точки или «мушки» на белой эмали свидетельствуют о загрязнении эмали окислами железа и другими примесями шихты.

Цветные оттенки белой эмали появляются в ре­зультате загрязнения исходных материалов железными окислами и другими веществами, а также нарушения температурного ре­жима обжига титановой эмали.

Кроме перечисленных, встречается еще ряд дефектов: следы от приварки изделий друг к другу, заплавленные трещины, натеки эмали, деформация дна и крышек, следы от инструмента обжига.

Покрытие лаками и красками

Нанесение лакокрасочных покрытий является одним из мето­дов, чаще всего применяемых для защиты металлов от коррозии в атмосферных условиях.

В состав лакокрасочных покрытий входят органические веще­ства, играющие основную роль в образовании плотной и эластич­ной защитной пленки. Очень важное качество лакокрасочных по­крытий — прочное сцепление с металлом — зависит как от свойств самой пленки, так и от состояния поверхности металла. Лакокрасочные покрытия должны обладать рядом свойств: твердостью, отсутствием хрупкости, эластичностью, прочным сцеплением с металлом. Хорошие результаты дает двухслойное и трехслойное покрытие; первый слой обеспечивает прочное сцеп­ление, а последующие — влагоупорность, твердость, износостойкость и другие необходимые свойства.

Обычно вводимые в лаки и краски пигменты не оказывают активного противодействия коррозийным процессам; только единичные из них обладают защитными свойствами, как например хромат цинка в отношении железа, что объясняется, по-видимому, пассивирующим действием кислорода пигмента.

Лакокрасочные покрытия плохо переносят механические воздействия, влагу, температурные колебания и воздействие ультра­фиолетовых, лучей. Под их влиянием пленка тускнеет, изменяет цвет, дает трещины и теряет защитные свойства. В свою очередь, продукты коррозии, отлагаясь под пленкой, «вспучивают» ее, что содействует дальнейшему распространению коррозии.

К дефектам лакокрасочных покрытий относятся: пористость, трещины, отслаивание, морщинистость, натеки, непокрытые участки, липкость.

Защита окисными и фосфатными пленками

Оксидирование. Получение на поверхности изделий защитно-декоративных пленок, образованных окислами самих защищаемых металлов, носит общее название оксидирования. Оксидиро­ванию подвергают железные, алюминиевые и некоторые другие сплавы.

Различают несколько способов оксидирования: термическое, химическое, электрохимическое (анодное).

Воронение — химическое оксидирование стальных изделий. Сущность воронения заключается в образовании на стальном изделии слоя окислов, состоящих из окиси и закиси железа (Fе₂О₃ и FeO). Толщина окисного слоя колеблется от долей микрона до 10 μ и более. Цвет покрытия — от синего до черного. Наиболее распространенный способ воронения стали — обработка смесью сильных окислителей (NaNО₃ или NaNO₂) и едкого натра при кипячении. Применяется также нагревание изделия до появления требуемого цвета (так называемое синение). Покрытие достаточно стойко только в сухом воздухе и непригодно во влажных условиях.

Для тяжелых атмосферных условий оксидированные изделия требуют постоянного покрытия защитной смазкой.

Анодирование — получение весьма устойчивых защитных пленок с помощью анодного электрохимического окисления, при­меняется главным образом для защиты алюминия и его спла­вов. Пленки, полученные при помощи анодирования, достигают толщины 3—15 μ, в то время как толщина пленки, образующейся на воздухе, не превышает 0,1 μ. Схема процесса такова: изделия подвешивают в, качестве анода, катодом являются пластины.свинца. Электролитом служит раствор серной или хромовой кислоты. Пленки, полученные сернокислым способом, обрабатыва­ются затем погружением в раствор хромпика при 90—95°, после чего они приобретают высокую коррозийную стойкость. Анодные окисные пленки на алюминии могут работать как электроизоляционные. Сразу после анодирования они легко адсорбируют и прочно удерживают органические и неорганические красители.

Фосфатирование. Получение фосфатных пленок на изделиях называется фосфатированием. Способ заключается в образовании на стальном или чугунном изделии пленки темно-серого цвета с зеленоватым оттенком из фосфата железа. Фосфатирование проводится в растворе фосфатов марганца и железа. Покрытие применяется для защиты от коррозии в закрытых помещениях, но его свойства значительно повышаются после нанесения асфальтового или битумного лака.

Покрытия смазками

Покрытия смазками получили широкое распространение при транспортировании металлических изделий. Изделия покрывают минеральными маслами, техническим вазелином и другими веще­ствами, в течение длительного времени не образующими высыха­ющей пленки. Часто к минеральным маслам (трансформатор­ному, веретенному и др.) добавляют загустители (парафин, це­резин, канифоль). Благодаря смазке не только достигается изо­ляция металла от внешней среды, но и затрудняется конденсирование влаги на поверхность изделий.

Смазка не должна содержать веществ, которые могут уси­лить корродирующее действие влаги (например, кислот). Изде­лия при нанесении смазки должны быть чистыми и сухими, так как оставшаяся под смазкой влага может вызвать развитие мест­ной коррозии.

В последние годы в смазки добавляют специальные вещества — ингибиторы, вызывающие резкое замедление коррозии. Наличие ингибиторов в смазке при хранении изделий даже во влажных условиях исключает появление коррозии.

_______________

Дата добавления: 2014-01-07