Основы выбора покрытий

Назначение и классификация. Многие металлы и другие материалы при •л-сплуатации в условиях, рассмотренных в гл. 1, подвергаются разрушению. Например, большинство металлов, взаимодействуя с кислородом воздуха, окисляется, в результате чего на их поверхности образуется слой окисла, обладающий иными физическими свойствами, чем основной металл; детали из дерева подвержены гниению и т.д.

Процесс разрушения проходит интенсивнее при повышенных влажности окружающей среды, температуре, воздействиях газов, выделяемых промышленными установками, агрессивных сред (морская вода, химически активные вещества, биологические факторы и т. п.).

Для защиты деталей их поверхности покрывают материалами, более стойкими к воздействию разрушающих факторов. По назначению все покрытия можно подразделить на защитные, защитно-декоративные и специальные.

О назначении защитных покрытий уже было сказано. Защитнодекоративные покрытия предназначены для отделки деталей и защиты их поверхностей. Специальные покрытия придают поверхности специальные свойства (например, повышенную проводимость). В зависимо-1-1 и от материала, наносимого на поверхность детали, все покрытия подразделяют на две основные группы: 1) покрытия металлические и неметаллические (неорганические), наносимые на металлические поверхности; 2) покрытия лакокрасочные, наносимые на любые поверхности.

Далее рассмотрены основные свойства каждой из этих групп.

Покрытия металлические и неметаллические (неорганические) Классификация покрытий. Покрытия наносят следующими способами (в скобках указано сокращенное условное обозначение способа, которое входит в обозначение покрытия на чертеже): 1) катодным постановлением (сокращенного условного обозначения не имеет); 2) анодным оксидированием (Ан); 3) химическим способом (Хим); 4)горячим способом (Гор); 5) диффузионным способом (Диф); 6) металлизационным способом (Мет) и др.

Для покрытий применяют широкую номенклатуру металлов и сплавов. Приведем некоторые из них (в скобках указано сокращенное условное обозначение, которое входит в обозначение покрытия на чертеже): алюминий (А); золото (Зл); кадмий (Кд); медь (М); никель (Н); олово (О); палладий (Пд); родий (Рд); свинец (С); серебро (Ср); хром (X); цинк (Ц); золото-платиновый сплав (Зл-Пл); оловянно-свинцовый сплав О-С) и др.

Покрытие может подвергаться следующим дополнительным видам обработки (в скобках указано сокращенное условное обозначение, которое входит в обозначение покрытия на чертежах): оксидированию (Окс); пассивированию (Пас); фосфатированию (Фос); фосфатированию с оксидированием (Оке и Фос).Катодным восстановлением на поверхность металлов можно наносить слой цинка, кадмия, меди, никеля, хрома, олова, серебра, золота, палладия, родия и ряда других металлов и их сплавов.

Химическим способом на поверхности металла можно образовать слой никеля или окисные, фосфатные, окисно-фосфатные, пассивные и други неметаллические пленки; анодным оксидированием — неметаллические окисные пленки; горячим способом — слой цинка, олова, оловянно-свинцового сплава; диффузионным способом — слой цинка; металлизационным — слой цинка, аллюминия, меди.

Классификация условий эксплуатации. В зависимости от свойств основного материала детали, материала покрытия и его толщины покрытие способно защитить деталь от разрушения только при вполне определенных условиях эксплуатации.

Для правильного выбора металлических и неметаллических (неорганических) покрытий деталей из металла условия эксплуатации подразделяют на следующие четыре группы: легкие (л), средние (с), жесткие (ж) и особо жесткие (ож).

Конкретные условия эксплуатации относят к той или иной группе в зависимоети от климатических условий (умеренный, холодный, сухой тропический или влажный тропический климат), условия размещения аппараты (на открытом воздухе или под навесом, в помещениях без искусе 1 венного климата, в помещениях с искусственным климатом) и наличия в атмосфере коррозионно-активных агентов (атмосфера промышленных предприятий, атмосфера местности, удаленной от промышленных предприятий, морская атмосфера). Конкретные классификационные таблицы можно найти в соответствующих справочниках.

Коррозия металлов и физика защитных свойств металлических покрытий. Коррозией называют разрушение металла вследствие его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. При эксплуатации материал детали взаимодействует с кислородом воздуха и окисляется им. Процесс разрушения металла идет более интенсивно во влажной атмосфере: различные газы, загрязняющие воздух, реагируя с водой, образуют вещества, которые воздействуют на поверхность металла и разрушают его.

Одной из причин быстрого разрушения металлов является коррозия, которая возникает при воздействии влаги на место соединения двух разнородных металлов. Влага с содержащимися в ней газами и солями различных веществ образует электролит. Разнородные металлы при взаимодействии с электролитом по-разному отдают ему свои электроны. Таким образом, в результате взаимодействия двух разнородных металлов и электролита образуется элементарный короткозамкнутый гальванический элемент и по детали проходят токи, значения которых зависят от разности электродных потенциалов двух металлов. При этом металл, имеющий более отрицательный потенциал, ведет себя, как анод в гальванической ванне, и разрушается. Наиболее широко применяемые материалы имеют электродные потенциалы в пределах от1 55 до +1,5 В.

Если на деталь нанесено покрытие из металла, имеющего более отрицательный потенциал, чем у основного металла детали, то при воздействии влаги в первую очередь разрушается металл покрытия, а основной металл детали не разрушается. Такое покрытие, называемое анодным, хорошо защищает материал детали от коррозии.

Покрытие, материал которого имеет более положительный потенциал, чем у основного металла детали, называют катодным. Такое покрытие защищает деталь от коррозии только механически. При образовании в слое покрытия даже незначительного механического разрушения (например, царапины) и проникновении туда влаги начинается контактная коррозия, при которой разрушению подвергается металл, имеющий более отрицательный электродный потенциал, т. е. металл детали.

При наличии катодного покрытия разрушение детали может идти интенсивнее, чем при его отсутствии.

В силу перечисленных причин нежелательно вводить в соприкосновение две детали, которые изготовлены из металлов с большой разностью электродных потенциалов. Металлы, образующие недопустимые гальванические пары, приведены в табл.

4.1.Таблица 4.1. Недопустимые гальванические пары

Металлы и сплавы основные	Дополнительные металлы и сплавы, образующие недопустимые гальванические пары с основными
Алюминий и все сплавы на его основе	Медь и е сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий, олово, никель, хром
Магниево-алюминиевый сплав	Сталь легированная и нелегированная, хром, никель, медь, свиней, олово, золото, серебро, платина, палладий, родий
Цинк и его сплавы	Медь и ее сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий
Сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий	Медь, серебро, золото, платина, палладий, родий
Никель, хром	Серебро, золото, платина, палладий, родий

Основные свойства некоторых покрытий..

1. Цинковые покрытия с дополнительным хроматированием применяют преимущественно для деталей из стали. Покрытие без хроматирования используют в тех случаях, когда детали должны подвергаться пайке или если поверхность должна быть электропроводной. Покрытие хорошо выдерживает гибку, развальцовку и плохо выдерживает запрессовку.

2. Кадмирование применяют для защиты стали, меди и ее сплавов. Для защиты алюминия и его сплавов кадмиевое покрытие наносят на подслой никеля. Для улучшения защитных свойств применяют дополнительное хроматирование. Покрытие имеет прочное сцепление с основным металлом, обладает высокой пластичностью, хорошо выдерживает развальцовку, штамповку и протяжку, хорошо паяется. Кадмиевое покрытие обеспечивает хорошую защиту деталей, работающих в морских условиях.

На деталях, имеющих сложную конфигурацию, кадмий осаждается более равномерно, чем цинк

3 Никелирование применяют как защитное и декоративное покрытие для деталей из стали, меди, алюминия. Для стальных деталей, работающих в средних, жестких и особо жестких условиях, никель наносятна подслой меди.

Это покрытие плохо выдерживает клепку и развальцовку.

4. Хромирование применяют как защитно-декоративное покрытие для деталей из меди, стали, алюминия и его сплавов, а также для повышения поверхностной твердости и износоустойчивости деталей из указанных материалов.

Защитное покрытие на медные и алюминиевые детали наносят, как правило, на подслой никеля, на стальные — на подслой меди и никеля. Износоустойчивые покрытия наносят без подслоя.

Хромовое покрытие ложится неравномерно на детали сложной конфигурации.

5. Покрытие сплавом олово-свинец используют для защиты от коррозии стальных, медных и алюминиевых деталей, подвергающихся пайке. Сплав олово-свинец наносят на сталь и медь непосредственно на алюминий и его сплавы — на подслой никеля. Покрытие этим сплавом мягкое, хорошо выдерживает гибку, вытяжку.

6. Серебрение применяют главным образом для повышения проводимости и улучшения пайки меди и ее сплавов. Для остальных деталей серебро наносится на подслой меди, для алюминиевых — на подслой никеля и меди. Покрытие обладает высокой коррозионной стойкостью на чистом воздухе и в воде. Поверхности, покрытые серебром, обладают высокой отражательной способностью. При воздействии серы серебро окисляется и чернеет.

7. Золочение применяют для снижения переходного сопротивления контактирующих деталей, сохранения постоянных электрических параметров токопроводящих деталей. Золото наносят на медь и ее сплавы и сплавы типа ковар непосредственно или на подслой никеля. На никель и его сплавы золото наносят непосредственно.

Покрытие характеризуется высокой химической стойкостью (не окисляется в агрессивных средах) и высокой проводимостью.

8. Покрытие палладием применяют для серебряных, медных и никелевых контактных деталей с целью повышения их износоустойчивости. На серебро и никель палладий наносят непосредственно, на медь —с подслоем серебра. Палладий хорошо защищает серебро от окисления в условиях воздействия сернистых соединений.

9. Покрытие родием применяют для деталей из серебра, меди, никеля и их сплавов с целью повышения износоустойчивости контактных трущихся поверхностей. На серебро родий наносят непосредственно, на медь, никель и их сплавы, как правило, на подслой серебра.

10. Анодизационное окисное покрытие применяют для алюминия и его сплавов с целью защиты от коррозии, придания поверхности электроизоляционных свойств, декоративной отделки и повышения износоустойчивости поверхности; для магниевых сплавов — с целью защиты от коррозии. Защитно-декоративное окисное покрытие имеет хорошее сцепление с металлом и обладает высокими, защитными свойствами. Покрытие окрашивается органическими красителями, и при его использовании можно получать разнообразную окраску поверхностей деталей. Электроизоляционное окисное покрытие выполняют в виде пленки толщиной 15—120 мкм. Эта пленка имеет высокое электрическое сопротивление, но обладает хрупкостью. В зависимости от марки покрываемого материала и толщины покрытия получают пленку с пробивным напряжением 300—700 В.

11. Химическое окисно-фторидное покрытие обладает хорошей электропроводностью и применяется для декоративной отделки и защиты от коррозии деталей из алюминия и его сплавов в тех случаях, когда поверхность детали должна быть электропроводной. Химическое окисно-фосфатное покрытие не электропроводно, но не увеличивает затухание энергии в волноводном тракте.

В зависимости от условий эксплуатации или специальных требований выбирают ту или иную толщину покрытия и металла, используемого в качестве подслоя.

Конкретные указания по выбору вида покрытия и его толщины приводятся в соответствующих отраслевых и государственных стандартах.

Обозначение покрытий на чертежах включает в себя способ получения покрытия, материал покрытия, его толщину, выраженную в мкм, вид дополнительной обработки. Например: 1) кадмиевое толщиной 6 мкм, полученное методом катодного восстановления (Кдб); 2) цинковое толщиной 3 мкм, полученное методом катодного восстановления с дополнительным фосфатированием (ЦЗ-фос); 3) никелевое толщиной 9 мкм, полученное химическим способом, (хим. Н9).

Обозначение покрытия помещают в технических требованиях чертежа после слова «Покрытие».

Покрытия лакокрасочные. Их применяют для отделки и защиты металлических и неметаллических деталей и узлов. В зависимости от назначения покрытия подразделяют на защитно-декоративные и защитные (влагозащитные, химически устойчивые, бензоустойчивые, водоустойчивые, термоустойчивые и т. п.).

По внешнему виду (классу отделки) все покрытия подразделяют на четыре класса. На поверхностях, выполненных по I классу отделки, не допускаются дефекты, видимые без применения увеличительных приборов. На поверхностях, выполненных по II классу, допускаются отдельные малозаметные и для III класса — отдельные заметные соринки, риски и штрихи. На поверхностях IV класса допускаются неровности, связанные с состоянием окрашиваемых поверхностей, и другие дефекты, не влияющие на защитные свойства покрытий.

Получение после окраски поверхности того или иного класса отделки определяется состоянием окрашиваемой поверхности и выбранным материалом покрытия.

Для выбора лакокрасочных покрытий условия эксплуатации подразделяют на шесть групп: А, Н, П, Т-А, Т-Н и Т-П. Первые три группы относятся к зонам с умеренным климатом, вторые три — к зонам с тропическим климатом. Условия эксплуатации относят к той или иной группе в зависимости от температуры, влажности воздуха, наличия в нем агрессивных примесей и условий размещения аппаратуры (на открытом воздухе, в неотапливаемых, отапливаемых и вентилируемых помещениях).

Кроме того, существуют лакокрасочные покрытия, устойчивые к действию пресной воды (В), морской воды (МВ), повышенной температуры (Т) и т. д.

Каждый материал, используемый для покрытия, характеризуется цветом, степенью блеска (полуглянцевый, глянцевый, полуматовый, матовый, глубокоматовый), степенью твердости (твердый, средней твердости, ниже средней твердости) и эластичностью (эластичные, средней эластичности и ниже средней эластичности). Способность покрытия эксплуатироваться в тех или иных условиях определяется маркой выбранного материала.

Промышленность выпускает широкую номенклатуру эмалей, красок, лаков, позволяющих выбрать покрытие, удовлетворяющее любому из перечисленных требований.

Конкретные перечни используемых материалов с указанием их свойств и области применения приводятся в соответствующих справочниках и стандартах.

Дата добавления: 2015-06-28