Химические покрытия

Защитные покрытия на металлических изделиях могут быть получены путем превращения поверхностного слоя металла воздействием специальных реагентов или электрического тока в химические соединения с повышенными характеристиками коррозионной стойкости и износостойкости.

О к с и д и р о в а н и е заключается в создании на поверхности металлов и сплавов оксидных пленок, защищающих различные изделия от коррозии во влажной атмосфере, в нейтральных электролитах, придающих поверхности износостойкость. Наиболее плотные и прочные защитные пленки удается создавать на углеродистых сталях, алюминии, магнии, титане и их сплавах.

Углеродистые стали подвергаются химическому, термическому, паротермическому оксидированию, что позволяет создать поверхностные пленки на основе магнетита Fe₃O₄ – наиболее прочного из оксидов железа.

Химическое оксидирование производится несколькими способами: щелочным, солевым, электрохимическим, бесщелочным.

Щелочное оксидирование осуществляется в растворе NaOH с добавками азотнокислотных солей при температуре 135…140⁰С и называется воронением. В течение 60…90 мин на поверхности изделий образуется плотная, беспористая, черная, блестящая пленка толщиной 1…2 мкм с хорошими защитными свойствами.

Солевое оксидирование выполняется в растворе солей NaNO₂, NaNO₃при температуре 300⁰С в течение 10 мин, за счет чего возникает ярко-синяя пленка толщиной 0,1…0,2 мкм с невысокой пористостью и удовлетворительными защитными свойствами.

Электрохимическое оксидирование (анодирование) проводится в растворе NaOH с температурой 80⁰С, в который изделия погружаются и подключаются в качестве анодов, катодами служат свинцовые пластины. При анодной плотности тока 4 А/дм² в течение 25 мин получается черная блестящая пленка толщиной 3…5 мкм с повышенной пористостью и удовлетворительными защитными свойствами.

Бесщелочное оксидирование характеризуется обработкой изделий в растворе H₃PO₄ и Ba(NO₃)₂ с добавками MnO₂ и Zn(NO₃)₂ при температуре 100⁰С (около кипения). В течение 40 мин на поверхности образуется темно-серая пленка толщиной 2…3 мкм с большой пористостью и невысокими защитными свойствами.

Термическое оксидирование использует высокие температуры и может проводится на воздухе, в углекислом газе, в пароводородных смесях, при этом чаще применяется оксидирование на воздухе.

Термовоздушное оксидирование предусматривает смазывание поверхности изделий масляным или асфальтным лаком с последующим нагревом в печи при температуре 400⁰С. Благодаря термическому разложению углеводородной смазки создаются условия образования на поверхности изделий черной пленки оксида Fe₃O₄, толщина которой достигает 3…5 мкм в течение 20 мин при удовлетворительной коррозионной стойкости.

Паротермическое оксидирование отличается применением атмосферы перегретого водяного пара с температурой 550…600⁰С. При этом на поверхности изделий в течение 60…90 мин создается пленка оксида Fe₃O₄ темно-синего цвета, ее толщина составляет 10…15 мкм, защитные свойства находятся на высоком уровне.

Для повышения коррозионной стойкости оксидированной поверхности стальные изделия обрабатывают горячим минеральным маслом, заполняющим все поверхностные микронесплошности.

Алюминий и его сплавы оксидируют путем анодирования в электролите, содержащем раствор серной или щавелевой кислоты с температурой 80…90⁰С. Изделия подключаются в качестве анодов, катодами являются свинцовые пластины, и при пропускании через электролит тока плотностью 2…3 А/дм² в течение 30…40 мин на изделиях образуется пленка Al₂O₃ толщиной 5…10 мкм с удовлетворительной коррозионной стойкостью.

Повышение коррозионной стойкости анодированных изделий из алюминия и его сплавов достигается их погружением в горячую воду или в водный раствор бихромата.

Магний и его сплавы оксидируют химическим и электрохимическим способами.

Химическое оксидирование заключается в погружении изделий в раствор K₂Cr₂O₇, HNO₃, NH₄Cl с температурой 70…80⁰С. В течение 1…5 мин на поверхности изделий получают пленку хроматов магния и хромитов хрома толщиной 2…5 мкм.

Анодирование магниевых изделий производится в электролите, содержащем K₂Cr₂O₇ и Na₃PO₄. При температуре 50…55⁰С и анодной плотности тока 1,5…2,0 А/дм² толщина слоя хромита магния с повышенной коррозионной стойкостью составляет 5…20 мкм.

Титан и его сплавы анодируют в растворах KOH, Na₂B₄O₇ или H₂SO₄ в течение 15 мин., получая пленку диоксида TiO₂ с высокой коррозионной стойкостью.

Ф о с ф а т и р о в а н и е стальных изделий характеризуется созданием на их поверхности пленки фосфатов железа и марганца для защиты от действия атмосферной коррозии, а также для улучшения адгезионных свойств при последующей окраске.

Погружение изделий в водный раствор дигидроортофосфатов железа и марганца с температурой 95…98⁰С создает на поверхности соединения Fe₃(PO₄)₂ и Mn₃(PO₄)₂ в виде пленки черного цвета толщиной 2…5 мкм.

Для повышения защитных свойств фосфатного слоя применяется обработка изделий в хроматных растворах или в горячем минеральном масле.

Х р о м а т и р о в а н и е представляет создание на поверхности изделий из алюминия, цинка, магния, меди, кадмия и их сплавов пленки хроматов путем погружения изделий в растворы хромовой кислоты или бихроматов с кислотой.

При хроматировании, например, цинка зелено-желтая пленка приобретает сложный состав между крайними состояниями K₂O × 4ZnO × 4CrO₃ × 3H₂Oи3ZnO × CrO₃ × 3H₂O толщиной 0,2…0,3 мкм с хорошими защитными свойствами и адгезионными качествами для улучшения последующей окраски.