Март 4, 2007

        

Термическое и газотермическое напыление.

Термическое напыление металлических покрытий – это процесс нанесения расплавленного металла на основу. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы могут быть разными, но главное, что в результате напыления остается тонкое, устойчивое к коррозии и абразивному действию покрытие, которое сохраняет свойства конструкции.

Процесс газотермического напыления металлов является прекрасным средством для антикоррозионной защиты стали. Этот метод покрытия успешно конкурирует и со сравнительно недорогими покрытиями ограниченного срока действия, и с дорогими органическими покрытиями, такими как эпоксидные, полиуретановые и мочевинные системы.

Общий процесс газотермического напыления.

Общий процесс термического напыления состоит в нанесении высокоэффективных коррозионостойких алюминиевых, цинковых, алюминиево-цинковых материалов направленным высокоскоростным и высокотемпературным газовым потоком. Осаждаемые на поверхности стальных металлоизделий покрытия формируются из расплавленных и затвердевших частиц напыляемого металла.

Существует несколько способов металлизации, отличающихся друг от друга видом сырья, способом плавления напыляемого металла, конструкцией аппаратов и источником применяемой энергии. Но все они базируются на общей принципиальной схеме, включающей следующие операции: подача металла к месту плавления, нагревание металла до расплавления, диспергирование напыляемого металла, придание металлическим частицам значительной скорости, удар быстродвижущихся частиц о поверхность металлизируемого изделия, охлаждение закрепившихся частиц и всего покрытия в целом.

Стадии и метод напыления.

Что же происходит в процессе газодинамического напыления? В его основе лежит создание потоков высокотемпературных газов (температура газовой струи регулируется от 1000 до 3000 ˚С в зависимости от режимов работы), движущихся со скоростью более 1000 м/с. При этом напыляемый материал, будь то стержень, проволока или порошок, проходит три стадии: первая – нагревание, плавление; вторая – формирование потока распыленных частиц, их направленное ускоренное перемещение, химический и энергетический обмен с окружающей средой; третья – взаимодействие с материалом подложки и формирование покрытия (толщиной до 500 мкм).

    В процессе применения метода электродугового напыления происходит более точное дозирование проволоки и хорошее прилегание покрытия к поверхности. Данный метод применяется, обычно, для больших участков.

   Метод газотермического напыления прекрасно подходит для обработки труднодоступных участков. Хорошая адгезия наносимого покрытия к защищаемой поверхности (не менее 90÷110 кг/см²) обусловлена высокой температурой и скоростью струи расплавленного металла, способствующих диффузионному проникновению легкоплавких металлов в обрабатываемую стальную поверхность.

При металлизации вручную на обрабатываемую поверхность последовательно наносятся параллельно перекрывающиеся полосы. Для уменьшения разнотолщинности покрытие наносится в несколько слоев. При этом каждый последующий проход осуществляется в направлении, перпендикулярном предыдущему. Этот механизм нанесения схож с окраской безвоздушным способом.

Характеристики напыляемых покрытий.

Важными характеристиками напыляемых покрытий является пористость и газопроницаемость.

С увеличением расстояния до защищаемой поверхности происходит повышение пористости. Это связано с тем, что с увеличением расстояния происходит снижение температуры частиц в момент соударения с основой и их скорости. Однако следует отметить, что при нанесении с небольших расстояний, соответствующих образованию плотного покрытия с малой пористостью, может произойти перегрев и деформация основы. Кроме того, при напылении на малых расстояниях возникают трудности, связанные с получением ровной поверхности покрытия.

С увеличением толщины покрытий (за исключением алюминия) их газопроницаемость уменьшается. Для получения качественного покрытия необходимо нанесение оптимальной толщины металлизационного покрытия.

Для защиты сооружений, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, или аппаратуры, работающей в сильноагрессивных средах, применяют металлизацию с последующим покрытием лакокрасочными материалами. Это резко увеличивает срок службы покрытия и устраняет один из его недостатков – наличие пор в верхних слоях. Благодаря пропитке микропоры закупориваются и вещества, вызывающие коррозию, не проникают вглубь металлизационного слоя.

Цинковые и алюминиевые покрытия.

В настоящее время в качестве противокоррозионных покрытий различных конструкций наиболее широко при­меняются цинковые и алюминиевые покрытия. Исполь­зование этих металлов объясняется относительно низ­кой температурой плавления и электрохимическим ха­рактером защиты.

Цинковое (металлизационное) покрытие по отноше­нию к стали, во всех случаях ведет себя как анод и об­ладает теми же защитными свойствами, что и цинковые покрытия, полученные другими способами. Цинковые покрытия эффектив­ны в средах с рН=6÷11, в щелочных же растворах с рН>12 и кислотах они неустойчивы. Коррозионная стойкость металлизационного цинкового покрытия по существу аналогична стойкости однородного металла, его долговечность является функцией толщины покрытия.

Цинковые покрытия (толщина 80÷360 мкм) обычно используют для защиты стальных конструкций (мосты, башни, резервуары для хранения воды, трубопроводы, различное шахтное оборудование, газовые емкости, мо­ечные устройства, воздуходувки, насосы, перила и др.) от атмосферных воздействий, а так же от действия прес­ной и соленой воды.

Алюминиевые покрытия коррозионостойки как в обычных атмосферных условиях, так и в среде, содержащей сернистые газы, пары и газы при высоких температурах, в горячей и мягкой воде, в аммиачных растворах и многих кислотах. Защита стальных конструкций алюминием в окислительных средах обусловлена главным образом закупоркой пор покрытия пленкой из оксида алюминия.

Преимущества и недостатки метода.

Во многих случаях напылённый алюминий можно оставлять незащищённым, без использования укрепляющих материалов. С применением укрепляющих материалов, цинковое покрытие является хорошей долгосрочной системой.

Использование сплава алюминия с 5% магнием является прекрасной альтернативой покрытию краской. Данный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, которые находятся на палубе корабля.

Термически напыляемый алюминий хорошо использовать для заводского оборудования, работающего при высоких температурах. В отличие от покрытия поверхности краской, изделия с термически запыленным покрытием можно использовать почти сразу же после проведения работ. Если наносить покрытие на отдельные детали, то повреждений при монтаже будет меньше. Термический метод позволяет напылять покрытие на любую часть изделия, и даёт возможность осуществлять сборку, монтаж и ремонт в короткие сроки.

Главное достоинство газотермического метода нанесения покрытия – возможность напыления металла в широком диапазоне температур. Например, лакокрасочные материалы наносятся обычно при положительных температурах, как правило, от плюс 5°С до плюс 30°С. Существуют ЛКМ, нанесение которых возможно при отрицательных температурах (до минус 10÷15°С), но даже сами производители краски для эффективной защиты рекомендуют наносить покрытие в более мягких условиях.

Имеется практический опыт по нанесению газотермических покрытий при температурах до плюс 40°С (город Алма-Ата, Казахстан). А в зимнее время – до минус 25°С город Когалым, ХМАО. Это покрытие «выстояло» зиму при температуре до минус 60°С, а в резервуарах с лакокрасочным покрытием произошло растрескивание.

Еще одним из преимуществ газотермических покрытий является возможность нанесения их в зоне переменного смачивания. Отвод вод на незначительное время позволяет успеть подготовить поверхность и нанести покрытие, не требующее время на формирование.

Эффективность газотермического метода зависит от качества подготовки поверхности, степени ее чистоты и шероховатости. Для получения качественного покрытия необходима абразивоструйная очистка поверхности не ниже Sa 2½ - Sa 3 по ИСО 8501-1, профиль поверхности в пределах 30-60 мкм. Это одно из «неудобств» газотермических покрытий, так как другие виды покрытий могут наноситься и на менее подготовленные поверхности.

Исследование процесса коррозии Американским Сварочным Обществом.

 

Результаты данного исследования следующие:

• Алюминиевое покрытие толщиной 0.08-0.15 мм, как с применением уплотнительных материалов, так и без, обеспечивают полную антикоррозийную защиту металла-основы в течение 19 лет в морской воде и в жёсткой морской и промышленной атмосфере;

• Цинковое покрытие без использования уплотнительных материалов должно быть 0.30 мм толщиной для того, чтобы обеспечить полную защиту поверхности в морской воде в течение 19 лет. В жёсткой морской и промышленной атмосфере, покрытие цинка толщиной 0.23 мм без использования уплотнительного материала и 0.08-0.15 мм с использованием уплотнительного материала, обеспечивают антикоррозийную защиту в течение 19 лет;

• В условиях воздействия жёсткой морской атмосферы, необходимо нанести 1 слой промывочного раствора и добавить 1-2 слоя винил алюминия. Это улучшит внешний вид изделия и продлит срок службы цинкового покрытия почти на 100%. Использование уплотнительного материала вместе с алюминием улучшает внешний вид, как при использовании уплотнительных материалов, так и без, на металле-основе не появляется ржавчины в течение 19 лет. Тонкий слой термически запыленного алюминия является более эффективным, оно имеет меньшую тенденцию к образованию вздутий, и, следовательно, имеет более долгий срок службы;

     В тех случаях, когда после использования алюминиевого покрытия возникают физические повреждения, такие как царапины, коррозия не прогрессирует, это означает, что необходима гальваническая защита.

Светлана Казанцева

По материалам ПТО ООО «Промзащита».