Защитные и специальные покрытия

Коррозией называют процесс разрушения металла при его химическом, электрохимическом и биологическом взаимодействии с окружающей средой.

Процесс коррозии сопровождается окислением металла и превращением его в различные химические соединения. Структурная целостность изделий изготовленных из металлов при этом естественно нарушается.

Наиболее интенсивно корродируют чёрные металлы, тогда как многие цветные металлы их сплавы и легированные стали – весьма устойчивы в атмосферных условиях и агрессивных средах.

Коррозия, как правило, протекает неравномерно и часто носит местных характер. ГОСТ 9.908-85 «Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости» в наиболее полной мере устанавливает основные показатели коррозии и коррозионной стойкости (химического сопротивления) металлов и сплавов, и методы их определения. В ГОСТ 9.908-85 даны определения сплошной, питтинговой, межкристаллитной, расслаивающей коррозии, коррозии пятнами, коррозионном растрескивании, коррозионной усталости.

Показатели коррозии и коррозионной стойкости используют при коррозионных исследованиях, испытаниях, проверках оборудования и дефектации изделий в процессе производства, эксплуатации и хранения.

На скорость коррозии оказывают большое влияние состав среды, её электропроводность, а также электродные потенциалы металлов или каких-либо частиц, находящихся в контакте с металлами. Электродный потенциал возникает на металле каждый раз, как только металл попадает в жидкую электропроводную среду, т.е. воду, в которой растворены какие-либо ионогенные вещества (например соли, кислоты или щёлочи). В результате перехода металла в раствор в виде ионов или же адсорбции металлом ионов из раствора металл приобретает электрический заряд, обусловливающий возникновение на нём электрического потенциала. Для оценки свойств металла, определяющих его поведение в процессах коррозии, можно пользоваться значением стандартного электродного потенциала, который возникает при погружении металла в раствор его соли, содержащей один грамм-ион данного металла в литре раствора.

При контакте двух различных металлов в жидкой электропроводной среде за счёт возникающей разности электродных потенциалов, создаётся гальванический элемент (или гальванопара). И если оба металла соединить проводником, по которому будут перемещаться электроны от более электроотрицательного электрода в сторону более электроположительного то, более электроотрицательный металл начинает растворяться, непрерывно переходя в раствор виде ионов. Растворимый электрод называют называют «анодом», роль которого в гальваническом элементе выполняет отрицательно заряженный электрод, в отличии от электролизной ячейки, где под действием электрического тока от внешнего источника растворимым электродом (анодом) является положительно заряженный электрод.

Здесь, необходимо сразу пояснить, что электродный потенциал не может быть получен эмпирически, а потенциал гальванической ячейки вытекает из «пары» электродов, одним из которых, должен быть электрод сравнения. В качестве электрода сравнения был избран — стандартный водородный электрод. Он представляет собой платиновую пластину, покрытую платиновой чернью, на которую подаётся газообразный водород под давлением в 1 атм, и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода с активностью равной 1. Потенциал стандартного водородного электрода при нормальных условиях (101 325 Па, 298К) принят равным 0 В.

Анодное растворение металла в гальванопаре является одним из главных факторов, ускоряющих процесс коррозии, поэтому в конструкциях приборов, машин и различных сооружениях недопустимо сопряжение металлов, обладающих значительной разностью потенциалов.

Но то что способно разрушить структуру металла, способно его и защитить. Это свойство используют при нанесении металлических покрытий на деталях приборов и машин — создаются сопряжения разнородных металлов, и для обеспечения надёжной защиты от коррозии деталей используют такое покрытие, которое в паре с металлом детали будет служить анодом (анодное покрытие). Так, для стальных деталей классическим анодным покрытием является — цинк. В порах такого покрытия при наличии влаги между металлом покрытия и металлом основы возникает замкнутый гальванический элемент, в котором анодом будет металл покрытия. При этом металл покрытия, разрушаясь, защищает основной металл детали.

Сразу стоит обратить ваше внимание, что из водных растворов не удаётся осаждать металлы со стандартными потенциалами, значения которых более отрицательны, чем -1,2 В, и в ряде случаев процесс выделения металла сопровождается с побочными реакциями (чаще всего выделением водорода), тем не менее, водные растворынаиболее широко используются в промышленности для электроосаждения металлов.

Покрытие металлами, потенциал которых положительнее потенциала металла исходной детали в условиях эксплуатации, называют катодным. Такие покрытия защищают детали только механически и качество защиты зависит в основном от равномерности укрывающего слоя: чем меньше пор, тем качество покрытия выше.

Кадмиевое покрытие на железе считается также анодным, но потенциалы кадмия (-0.4 В) и железа (-0.44 В) настолько близки, что в зависимости от окружающей среды, кадмиевое покрытие на железе может быть анодным, как цинк, или катодным, как олово.

В зависимости от способа нанесения металлические покрытия могут быть электролитические (гальванические), горячие, диффузионные и т.д. Подобные примеры мы частично рассматривали в начале раздела Технологии коатирования.

Тем не менее, ещё раз хочется конкретизировать на тему гальванических покрытий, которые получают посредством выделения металлов из растворов их солей под действием электрического тока. В подавляющем большинстве случаев, покрываемые детали служат катодам, а анодом – вспомогательный электрод, подключённый к положительному полюсу источника тока. Однако, в некоторых случаях технологией предусмотрено и реверсивное течение тока (например для выравнивания поверхности покрытия).

Химические покрытия представляют собой плёнки определённого химического состава, которые образуются на поверхности металла в результате воздействия на него химических реагентов. Наиболее распространены оксидные и фосфатные плёнки. Антифрикционные, например, сульфидные покрытия, имеют более ограниченное применение.

Варианты покрытий, тех или иных деталей подбирает конечно же технолог, основываясь на необходимых свойствах получаемого материала и изделия. Существует специальная групповая характеристика условий эксплуатации и хранения изделий, опираясь на которую, технолог осуществляет выбор покрытия.