На протяжении веков металлы были предпочтительным выбором для множества применений из-за их долговечности, универсальности и прочности. Однако среди проблем, с которыми люди сталкиваются при использовании металлов наиболее распространенной и широко признанной является коррозия.
Было предложено множество решений для увеличения долговечности металлических конструкций и повышения их коррозионной стойкости . Среди них металлические покрытия выделяются как один из наиболее эффективных и удобных способов защиты.
Существует множество методов покрытия металлических поверхностей, каждый из которых имеет свои ограничения и преимущества. В следующих разделах мы подробно рассмотрим некоторые наиболее распространенные типы металлических покрытий и обсудим их пригодность для различных применений.
Как металлические покрытия защищают поверхности и конструкции
Коррозия металла – это разрушительный процесс, который происходит при определенных условиях. Наиболее распространенный тип коррозии возникает, когда металлы вступают в реакцию с влагой и кислородом, образуя различные продукты коррозии . Железо, например, реагирует с водой и кислородом атмосферы, образуя оксид железа (III) или ржавчину.
Таким образом, логика металлических покрытий заключается в создании инертного (нереактивного) барьера вокруг защищаемого металлического объекта, чтобы предотвратить его реакцию с воздухом и влагой.
Распространенные типы металлических покрытий и их преимущества
Ниже мы составили список наиболее распространенных типов металлических покрытий, используемых в различных отраслях промышленности, а также преимущества и недостатки каждого из них.
Анодирование
Анодирование — это процесс, используемый для формирования защитного оксидного слоя на поверхности металла. Образующийся оксидный слой формируется быстрее и обычно толще, чем если бы он был получен естественным путем. Хотя некоторые цветные металлы можно анодировать, наиболее эффективно на этот процесс реагирует алюминий.
Анодирование осуществляется путем погружения алюминиевой детали в емкость, наполненную электролитическим раствором вместе с катодом (обычно алюминиевым или свинцовым). Электрический ток проходит через алюминий, заставляя его окисляться и образовывать защитный барьер.
Анодированное покрытие, пожалуй, самое простое в уходе из всех покрытий, упомянутых в этой статье. Анодированные поверхности можно легко периодически очищать мягкими моющими средствами. Готовые анодированные поверхности также химически стабильны и не разлагаются при нормальных условиях, что обеспечивает длительный срок службы покрытой поверхности. Кроме того, поскольку анодирование является естественным процессом, оно нетоксично и не образует вредных или опасных побочных продуктов.
Наиболее существенным недостатком этого процесса является то, что он применим только к небольшому числу металлов. Этот процесс непригоден для черных металлов , а это означает, что обычные материалы, такие как сталь и железо, не могут быть анодированы. Кроме того, из-за используемых процессов цвета, которые можно получить с помощью анодирования, ограничены.
Цинкование
Цинкование предполагает погружение металла (в основном стали или железа) в ванну с расплавленным цинком. После удаления металл с покрытием вступает в реакцию с кислородом и углекислым газом в атмосфере, образуя защитный слой карбоната цинка .
Процесс цинкования имеет множество преимуществ, которые делают его популярным выбором для множества применений. Например, покрытие из оксида цинка очень стабильно и плотно прилегает к металлической подложке ; покрытие очень прочное и не отслаивается.
Самым большим недостатком процесса цинкования является его стоимость. Хотя горячее цинкование может быть дешевле для покрытия крупных стальных конструкций, оно может быть менее рентабельным для более мелких деталей, таких как гайки и крепежные детали . Кроме того, оцинкованные поверхности имеют тускло-серый вид, что может быть неэстетично для некоторых применений.
Гальваника
Гальваника , также известная как электроосаждение , предполагает нанесение тонкого слоя одного металла на поверхность другого металла. Во время гальваники оба металла помещаются в электролитический раствор. Металл, на который будет нанесено покрытие, действует как анод , а металл покрытия – как катод . Электрический ток подается на электролизер , заставляя ионы металла перемещаться от катода к аноду, образуя таким образом покрытие.
Гальваника обеспечивает отличную коррозионную стойкость и может улучшить некоторые механические свойства металла . Гальваника также обеспечивает эстетичную поверхность, что делает ее идеальной для покрытия ювелирных изделий и украшений.
Однако гальванизация может привести к образованию неоднородной толщины покрытия, что делает ее непригодной для высокоточных применений. Кроме того, сам процесс имеет множество требований и экологически вреден.
В качестве электролитов в процессе гальваники используются потенциально токсичные и вредные соединения. Поэтому необходимо соблюдать осторожность при утилизации химикатов-электролитов, чтобы избежать загрязнения окружающей среды.
Порошковое покрытие
Порошковая покраска , как следует из названия, предполагает покрытие объекта веществом на основе порошка. Это электростатический процесс, при котором частицы покрытия электрически заряжаются с полярностью, противоположной покрываемой детали. Разница в заряде приводит к прилипанию порошкообразных частиц к поверхности металла. Затем объект с покрытием подвергается термообработке в печи для затвердевания покрытия.
Порошковые покрытия славятся своей долговечностью и эстетичным внешним видом. Кроме того, поскольку порошковые покрытия не содержат растворителей, выбросы летучих органических соединений практически отсутствуют .
Хотя порошковые покрытия могут быть экономически эффективными в долгосрочной перспективе, первоначальные затраты на запуск могут быть значительными. Для процесса нанесения покрытия требуются специальные покрасочные камеры , печи и распылительное оборудование. Это также может ограничить размер объектов, на которые можно нанести покрытие.
Также сложно или даже невозможно добиться тонких слоев покрытия. Кроме того, готовая поверхность не самая гладкая по сравнению с другими методами покрытия.
Красочное покрытие
Окрашенное покрытие – это, по сути, нанесение жидкой краски. Это самый доступный и экономичный вид покрытия. В зависимости от типа металла, условий эксплуатации и требований к эксплуатации могут использоваться различные составы красок.
В промышленном применении лакокрасочные покрытия постепенно заменяются другими методами нанесения покрытий. Некоторые краски могут содержать токсичные элементы и другие летучие соединения, что делает их вредными для окружающей среды. Их долговечность также ниже, чем у других методов покрытия, поскольку они могут выцветать, отслаиваться или отслаиваться из-за длительного воздействия окружающей среды.
Последние мысли
Промышленные предприятия по всему миру ежегодно несут убытки в размере около 10 миллиардов долларов из-за коррозии . Металлические покрытия, если их правильно использовать, могут эффективно продлить срок службы многих металлических активов. Однако важно помнить, что любое покрытие подвержено разрушению. Поэтому важно понимать преимущества и недостатки каждого типа покрытия, чтобы выбрать тот, который лучше всего подходит для вашего применения.
