Диссертация (1173091), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Основнойпотребитель цинка в мире – строительство [49], покрытия на основе цинкаприменяют для защиты от коррозии несущих стальных элементов каркасовзданий, опорных конструкций, мостов. В настоящее время разработаныразличные технологии нанесения цинковых покрытий, которые обеспечиваютдлительную защиту металлоконструкций, эксплуатируемых во внешних средах,обладающих разной степенью агрессивности.При современном подходе к решению проблемы коррозии необходимопровести сравнение эффективности способов нанесения покрытий по физическими механическим свойствам, технологическим и экономическим показателям.341.3 Защита от коррозии путем нанесения цинковых покрытий1.3.1 Сравнительный анализ способов нанесения цинковых покрытийСуществует много способов нанесения защитных цинковых покрытий настали, которые отличаются механизмом образования покрытия, [50-52]:1) гальванические (электролитические) покрытия получают путемнанесения в растворах электролитов (солей цинка) под действием электрическоготока;этипокрытиясодержатчистыйцинк,химическиесоединения(интерметаллидные фазы) отсутствуют;2) металлизационные (газотермические) покрытия получают путемраспыления расплавленного цинка струей воздуха (или горячего газа); этипокрытия также состоят из металлического цинка;3) цинковые покрытия получают способом горячего цинкования припогружении изделия в ванну с горячим цинком; при этом образуютсяинтерметаллидные соединения благодаря диффузионному механизму процесса;4) диффузионные (термодиффузионные) покрытия получают методомхимико-термической обработки при температурах 400-5000С (по ГОСТ Р 5116398) или при температурах 290-3900С в течение 2-3 часов (по ГОСТ Р 9.316-2006) впорошковых смесях на основе цинка; диффузионный механизм образованияприводит к наличию интерметаллидных соединений;5) цинкнаполненные покрытия получают методом холодного цинкованияиз смеси, состоящей из цинксодержащего порошка и пленкообразующего(связующего) вещества (синтетических смол, лаков, красок);6) комбинированные покрытия (дуплекс-системы) – это комбинациилакокрасочного или полимерного покрытия.На основании данных работ [52-56] составлена таблица сравнительныххарактеристик цинковых покрытий (табл.
1.3).Из данных таблицы 1.3 видно, что наибольшей коррозионной стойкостьюобладают термодиффузионные цинковые покрытия (относительный показательпринят за 1).35Таблица 1.3 – Сравнение способов получения цинковых покрытий [52-56].ХарактеристикиОсобенностиметодаГальваническоеЭлектролитическоеосаждение изводных растворовСтроениепокрытияОднофазное,чистый ZnПриродасцепления сподложкойАдгезияМеталлическаяМикротвердостьпокрытияНизкая, зависит отрежимацинкования,качестваподготовкиповерхности1500-2100 МПаРавномерность исплошностьпокрытияЗависит от типаэлектролита ирежима цинкованияКоррозионнаястойкость,отн.ед.Скоростькоррозии вморской воде(мкм/год)Толщинапокрытия h, мкм0,2-0,35(водородноеохрупчивание)20Время появленияржавчины на 5%поверхностиобразца ватмосферныхусловияхПрименениеспособа дляметизов икрепежаЦвет покрытия3 года(при толщинепокрытия h=14мкм)5-12+ЗеркальныйСпособы цинкованияГорячееХолодноеПогружение вРазбрызгиваниерасплав цинкасжатымвоздухом,накатка роликом,нанесениекистью илиокунаниемМногофазное,Отвержденныйсостоящее изполимер сфаз системывключениямиFe-ZnчастицZnХимическаяМеханическаяи/илиметаллическаяНизкая, зависитСредняя,зависит отот шероховатостиподготовкиповерхностиповерхности,температурырасплава363 МПаМикротвердость(поверхностная лакокрасочныхη-фаза)покрытийДостаточноЗависит отравномерное,условийсплошноенанесения иприродысвязующего0,5-0,65Нет данных1345-10013,1 лет(при толщинепокрытияh=73мкм)-ЗеркальныйНет данныхЗависит отколичества слоев:1 слой - 40 мкм, 3слоя - 120 мкм10 лет(при толщинепокрытияh= 70мкм)-Серебристосерый, матовосерыйТермодиффузионноеНасыщение впорошковых смесяхМногофазное, состоящее из фаз системы FeZnХимическая иметаллическаяВысокая4500 Мпа(поверхностнаяα-фаза)Достаточноравномерное,сплошное.15, 610 - 10013,9 лет(при толщинепокрытияh= 70 мкм),5,8 лет(при толщинепокрытияh=14 мкм)+От светло-серого дотемно-серого36В таблице 1.4 приведены результаты натурных коррозионных испытаний всистемах горячего водоснабжения образцов стальных труб по данным [51].Видно, что образцы с термодиффузионными цинковыми покрытиями имеютнаименьшие значения показателей коррозии.
Скорость коррозии, так же как иглубинный показатель коррозии уменьшаются со временем для стальных образцовс цинковыми покрытиями, полученными способом горячего цинкования, и стермодиффузионными покрытиями так же, как и для образцов без покрытия.Таблица 1.4 – Коррозионные характеристики образцов различных труб [51].Вид покрытияГорячецинковоепокрытиеТермодиффузионноецинковоепокрытиеСтальныепатрубки безпокрытияДлительность коррозионных испытаний3 месяца6 месяцев12 месяцевСредняя Глубинный Средняя Глубинный Средняя Глубинныйскорость показатель скорость показатель скорость показателькоррозии, коррозии, коррозии, коррозии, коррозии, коррозии,КГР, г/м2ч П,мкм/год КГР,г/м2ч П,мкм/год КГР,г/м2ч П,мкм/год0,027433,40,017321,10,00607,30,00394,80,00242,90,00222,60,1740193,40,1321146,90,0923102,6На цинковых покрытиях, полученных способом горячего цинкования,металлизационным или гальваническим способами, верхние слои состоят измягкого цинка.
При эксплуатации металлоконструкций в атмосферных условияхна поверхности образуются рыхлые продукты коррозии, которые удаляютсядождём, ветром, движущейся водой, что приводит к дальнейшему протеканиюкоррозионного процесса и разрушению слоя покрытия.Прочность сцепления с поверхностью металла покрытий, полученныхгальваническим способом, зависит от типа электролита, режима оцинкования, откачества подготовки основного металла перед цинкованием.
У цинковыхпокрытий, полученных способом горячего цинкования, прочность сцеплениязависит от химического состава стали, подготовки поверхности подложки,содержания алюминия в расплаве цинка и температуры расплава. Для повышения37коррозионной стойкости покрытия после горячего цинкования рекомендуетсяпоследующая термическая обработка.Большоепокрытий,взначениеимеютчастности,технологическиенеобходимостьособенностидополнительнойнанесенияобработкидляподготовки поверхности.При нанесении гальванических покрытий, а также покрытий, получаемыхспособом горячего и холодного цинкования, требуется высокая степеньподготовки поверхности: обезжиривание, травление, промывка, флюсование.При формировании термодиффузионных покрытий требования к степениподготовки поверхности ниже по сравнению с гальваническими.
Переднанесением покрытия обычно требуется обработка поверхности для удаленияржавчины, окалины, масла.При создании дуплекс-систем краску или полимерные покрытия наоцинкованную диффузионным способом поверхность можно наносить безспециальной химической подготовки.Применение тех или иных способов нанесения цинковых покрытий зависитот вида (сортамента) металлических изделий (табл. 1.5), а также от степениагрессивности среды (табл. 1.6).Таблица 1.5 – Способы цинкования, применяемые для различных видовметаллических изделий [50].Наименование изделийПолосовойпрокатТрубыПроволокаСборныеметалоконструкцииМелкиедеталиСпособы цинкованияГорячееЭлектроМетал- Диффузион- Нанесение Механическийцинкование литический лизацияный (вцинк(плакирование(в расплавепорошковой наполненныхцинком)цинка)смеси)составов++++++++++-+++-+х+-++х+х+Примечание.
«+» – метод применяется, «-» – не применяется, «х» –применяется при необходимости.38Таблица 1.6 – Способы защиты металлоконструкций в различных средах [57].СтепеньагрессивногоСпособы защиты металлоконструкций из углеродистой ивоздействия среды нанизколегированной сталиконструкцииНеагрессивнаяОкрашивание лакокрасочными материаламиСлабоагрессивнаяа) горячее цинкование (60-100 мкм)б) газотермическое напыление цинка (120-180 мкм)Среднеагрессивнаяа) горячее цинкование (60-100 мкм) с последующим окрашиваниемлакокрасочными материалами;б) газотермическое напыление цинка (120-180 мкм) с последующимокрашиванием лакокрасочными материалами;г) газотермическое напыление цинка (200-250 мкм)Сильноагрессивнаяа) термодиффузионное цинкование при толщине диффузионногослоя не менее 100 мкм с последующим окрашиваниемлакокрасочными материалами при толщине слоя 150 мкм (дляконструкций морских сооружений);б) газотермическое напыление цинка (200-250 мкм) с последующимокрашиванием лакокрасочными материаламиЦинковыепокрытия,полученныеспособомгорячегоцинкования,применяются для защиты от коррозии стальных конструкций с болтовымисоединениями, конструкций из незамкнутого профиля со стыковой сваркой иугловыми швами, а также болтов, шайб, гаек.
Правильно подобранные материалыпокрытий и способы их нанесения позволяют защитить металл от разрушения иповысить надежность резьбового соединения, что позволяет существенно снизитьаварийность.Влажность процесса имеет значение для возможности обработки деталей иузлов в сборе. Например, цинковые покрытия, полученные способом горячегоцинкования, или гальваническим способами, не дают возможности для такойобработки. У термодиффузионных покрытий и покрытий, полученных способомхолодного цинкования, процесс нанесения – сухой, что позволяет цинковатьсварные соединения, детали в сборке.Сравнительный анализ структуры и электрохимических характеристикцинковых покрытий на сталях [58-59] показывает, что на сегодняшний деньнаиболеекачественныеотличающиесявысокойпокрытияадгезиейтермодиффузионного цинкования.регулируемогокподложке,составаитолщины,получаютметодом39Вместестем,имеютсяпреимуществаиуметодананесенияцинкнаполненных покрытий: простота, возможности для обработки разного видаизделий, включая узлы в сборе, возможность нанесения многослойных покрытий.Основным недостатком способа является низкая адгезия, что может бытьустраненопроведениемдополнительнойтермическойобработки,активизирующей диффузионные процессы.Такимобразом,длядальнейшегорассмотрениявыбраныспособытермодиффузионного цинкования и нанесения цинкнаполненных покрытий.1.3.2 Термодиффузионный способ формирования цинковых покрытийТермодиффузионное цинкование сталей признано наиболее инновационнойтехнологией нанесения цинковых покрытий.
Этот способ стандартизируетсяроссийской промышленностью по ГОСТ Р 9.316-2006 (иностранные аналогистандартов: ASTM B633, ASTM B695, BS 4921:1988).Термодиффузионные цинковые покрытия (ТДЦ покрытия) имеют:а) наиболее высокие характеристики коррозионной стойкости, отсутствуетводородное охрупчивание.При эксплуатации в промышленной и в морской атмосфере коррозионнаястойкость термодиффузионного цинкового покрытия в 3…5 раз превосходитстойкость гальванического покрытия и в 1,5…2 раза – стойкость покрытия,полученного способом горячего цинкования, что определяется не только егоэлектрохимическими характеристиками, но и особенностями его строения ифазовогосостава.Вдиффузионномцинковомпокрытииформируютсяинтерметаллиды цинка, скорость растворения которых намного меньше, чемпродуктов коррозии цинка, что и объясняет более высокую степень катоднойзащиты диффузионных цинковых покрытий;б) значительную твердость и отличаются высокой степенью равномерности.Например, для металлоконструкций дорожного ограждения длиной до 4,35 м иплощадью 4,2 м² разброс толщины покрытия составляет 10% (при среднейтолщине 70 мкм).40Повышеннаятвердостьобеспечиваетвысокуюсопротивляемостьабразивному износу;в) высокую жаростойкость.Покрытия можно наносить встык к сварному шву, тогда как все другиевиды покрытий выгорают при сварке (на 20-25мм);г) высокую адгезию – высокую прочность сцепления с поверхностьюподложки.Диффузионное цинкование стали предусматривает взаимную диффузииатомов цинка и железа, так как процесс осуществляется в условиях высокойтемпературы;д) плавное изменение концентрации цинка по толщине покрытия, котороеобеспечивает постепенное изменение свойств.Благодаря этому термодиффузионное цинковое покрытие обладает высокойадгезией, оно способно выдерживать значительные механические нагрузки иустойчиво к повреждениям.Преимуществаметодатермодиффузионногоцинкованиявидныдляформирования защитного покрытия для изделий из стали в коррозионных средахразличной степени агрессивности (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
