Файл: Учебное пособие Коррозия и защита оборудования от коррозии 2013 г. Закирова Е. В. Преподаватель спецдисциплин.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 1385
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Горячее цинкование нашло широкое применение в промышленности вследствие простоты и большой скорости процесса. Преимущество горячего способа цинкования перед гальваническим проявляется в том случае, когда необходимо наносить толстые цинковые покрытия (до 100 мкм). Подготовка поверхности изделия состоит из операций обезжиривания и травления. Подготовленную поверхность обрабатывают флюсом. Применяют два типа флюсов: смесь хлоридов цинка и аммония или подогретый флюс, который состоит из 19% хлорида аммония, 79% хлорида цинка и 2% глицерина. После высушивания на поверхности металла образуется твердый стекловидный слой. Цинкование ведут в расплаве, состоящем из 98% цинка, 0,3% алюминия и 1,7% олова при температуре 450°С в течение 15-25 с. При горячем способе поверхность покрываемой детали сплавляется с металлом покрытия, образуя металлическую пленку железоцинкового сплава, различного по своему составу: FeZn13, FeZn10, FeZn7 (твердый α-раствор цинка в железе). Образующиеся слои интерметаллидов уменьшают эластичность покрытия и тем самым снижают его защитные свойства. После выхода из ванны цинкования детали охлаждают для ускорения процесса кристаллизации и одновременно встряхивают для стекания избытков жидкого цинка. Так как чистый свинец не образует на поверхности железа высококачественных покрытий, то горячее свинцевание осуществляют погружением изделия в расплав, состоящий из свинца и 2-25% олова или 1-10% сурьмы. Когда необходимо покрыть железо толстым слоем чистого свинца, его предварительно покрывают тонким слоем олова, а затем производят свинцевание.Диффузионные покрытия металламиИзделия из железных сплавов обладают недостаточной стойкостью против газовой коррозии. Повышения жаростойкости металла можно достичь насыщением его поверхности другими металлами. Диффузионные покрытия обладают сравнительно высокой коррозионной стойкостью и жаро-стойкостью. Диффузионные покрытия получаются в результате насыщения поверхностных слоев защищаемого металла атомами защищающего металла при высоких температурах. В результате взаимной диффузии образуются покрытия, толщина которых определяется температурой и временем обработки. Покрытия имеют переменный состав: поверхность покрытия состоит из чистого металла, а по мере удаления вглубь уменьшается процент металла покрытия.Практическое применение нашли покрытия алюминием (алитирование), кремнием (термосилицирование), титаном (титанирование), хромом (термохромирование). Эти покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью вследствие образования на поверхности оксидов защищающего металла.
Диффузионное покрытие получают при совместном нагревании защищаемых изделий и металла покрытия при определенной температуре. Насыщение можно проводить в порошкообразных смесях, в расплавленных средах и в газовой фазе. Возможность образования диффузионных покрытий связана с процессом диффузии в твердых телах при нагревании. При этом атомы металла могут покидать свои места в кристаллической решетке в результате тепловых колебаний и миграции, образуя вакантные места, происходит перемещение как атомов, покинувших свои места в решетке, так и пустых мест - "дырок". С повышением температуры количество "дырок" увеличивается. В тех случаях, когда "дырки" заполняются инородными атомами растворяемого вещества, совершается процесс диффузии одного элемента в другой.В процессе получения диффузионных покрытий, когда в поверхностном слое образуется твердый раствор внедрения или твердый раствор замещения, происходит искажение решетки основного металла, которое приводит к потере упругой устойчивости решетки и разрушению поверхностного слоя металла. Образование устойчивых диффузионных слоев без нарушения сплошности твердого тела возможно лишь при условии, когда решетка насыщаемого металла не претерпевает сильного искажения в местах образования покрытий. На искажение кристаллической решетки оказывает влияние разница диаметров атомов покрываемого и диффундирующего металлов. Установлено, что различие в размерах атомных диаметров применительно к железу не должно превышать 15%. Важным фактором образования диффузионных покрытий является растворимость диффундирующего металла в железе при комнатной или повышенной температуре. Термохромирование повышает жаростойкость, твердость стали и сопротивление износу. Жаростойкость термохромированной стали повышается до 800°С. Высокая твердость поверхностного слоя обусловлена образованием карбидов хрома. Термохромирование ведут в порошковых смесях и газовой фазе. Наиболее производительным является газовое термохромирование − в смеси газов хлорида водорода и хлорида хрома. Процесс осуществляют при температуре 1000°С. При взаимодействии хлорида хрома с железом протекает реакция вытеснения хрома железом:CrCl3 + Fe = FeCl3 + Cr.Хром диффундирует в поверхностные слои стали, образуя сплав хром- железо, содержащий до 30% хрома.Силицирование повышает жаростойкость стали до 850°С, а также коррозионную стойкость в азотной и соляной кислотах. Силицированные изделия из углеродистой стали приобретают свойства, присущие железокремнистым сплавам. Этому процессу подвергают, в основном, стальные кислотопроводы, детали насосов для перекачки кислот, различную арматуру аппаратов, применяемую в химической промышленности. Силицирование стальных изделий ведут в порошковых смесях и газовой фазе. Основными компонентами порошковой смеси являются ферросилиций (от 60 до 90% кремния в порошке), шамот или кварцевый песок в количестве 20…-25% для предотвращения стекания смеси в процессе покрытия. Для повышения скорости диффузии кремния в порошковую смесь вводят 2-5% хлорида натрия или аммония. Силицирование ведут при температуре 1100°С в течение 10-24 ч. Толщина диффузионного слоя достигает 1 мм. Силицирование в газовой фазе ведут при температуре 980°С при взаимодействии железа с хлоридом кремния:
3SiCl4 + 4Fe = 3Si + 4FeCl3.Атомарный кремний диффундирует в сталь, а пары хлорида железа и присутствующий газообразный хлор выводятся из системы вытяжной вентиляцией. Поверхностный сплав железо-кремний содержит до 19% кремния.Алитирование – процесс насыщения алюминием поверхностных слоев стали, чугуна и меди – предназначено для повышения жаростойкости изделий.Процесс алитирования может быть осуществлен как в смеси порошков, содержащих 49% сплава железо-алюминий, 49% оксида алюминия, 2% хлорида аммония, так и в газовой фазе, где используется летучий хлорид алюминия:AlCl3 + Fe = FeCl3 + Al.Диффузионные покрытия позволяют сочетать высокую жаропрочность основного металла с высокой жаростойкостью поверхностного слоя.Металлизационные покрытияМеталлизация – способ получения металлических защитных покрытий на различных аппаратах, деталях судов и т.д. При этом способе расплавленный металл с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа наносится на защищаемую поверхность. Этим методом можно получить слои любой толщины и с хорошим сцеплением с основным металлом. Широкое применение в промышленности имеет металлизация цинком, кадмием, свинцом, алюминием, никелем, медью, молибденом, вольфрамом, титаном и другими металлами.Рис. 8.2 Схема плазменно-дуговой горелки: 1 – дуговая камера; 2 – положительный электрод; 3 – сопло горелки (катод); 4 – генератор постоянного токаДля покрытия тугоплавкими металлами применяют плазменно-дуговой метод металлизации. На рис. 8.2 приведена схема плазменно-дуговой горелки.Металл в виде проволоки или порошка подается в камеру с помощью подающего механизма и служит анодом. Катодом служит охлажденный водой наконечник металлизатора. С помощью высокочастотных устройств между электродами зажигается дуга. Плазмообразующий инертный газ при большом давлении и скорости продувают через область горения. При соударении с электронами газ ионизируется, приобретает свойства плазмы и выходит из сопла горелки в виде струи. Температура плазмы 8000°С, благодаря чему тугоплавкие металлы быстро расплавляются и могут быть нанесены с помощью инертного газа на металл, керамику и другие материалы. В настоящее время находит широкое применение распыление металла в вакууме (распыление алюминия, магнитных материалов в виде пленок).Недостатками покрытий, получаемых методом распыления, являются их пористость, недостаточно прочное сцепление с защищаемой поверхностью и сравнительно большие потери металла.
ПлакированиеПлакирование применяется для защиты коррозионно-нестойких металлов металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью в данной среде.Суть плакирования заключается в том, что на одну или обе стороны металла наносится коррозионно-стойкий слой металла (в виде пакета), который затем подвергают горячей прокатке. При этом образуется прочное соединение вследствие диффузии на границе двух металлов.Таким образом, сталь плакируют медью, латунью, никелем, алюминием, нержавеющей сталью; медь плакируют золотом, серебром; дюралю-миний – алюминием и т. д.9 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯНеметаллические покрытия находят применение в качестве защитных покрытий от коррозии.Существенное отличие неметалличских покрытий от металлических состоит в том, что они не электропроводны, и поэтому их разрушение вызывается химическими и механическими факторами, а не электрохимическими процессами.Лакокрасочные покрытияПрименение лакокрасочных покрытий является наиболее распространенным способом защиты от коррозии, так как они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами покрытий: относительно простой технологией нанесения, возможностью получения покрытий любого цвета, сравнительно низкой стоимостью. К недостаткам лакокрасочных покрытий следует отнести их низкую термостойкость, невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость в водной среде. Лакокрасочные материалы подразделяются на лаки, краски и эмали. В состав лакокрасочных материалов входят органические пленкообразующие вещества и пигменты (красители).Лаки – коллоидные растворы высыхающих масел смол, эфиров, целлюлозы в органических растворителях. Лаки подразделяются на масляные, эфироцеллюлозные и спиртовые.Масляные лаки представляют собой пленкообразующую жидкость, состоящую из натуральных или синтетических смол, растворенных в олифах.Смолы повышают прочность, твердость и блеск покрытий. После нанесения масляных лаков на поверхность растворители (скипидар, ксилол, уайт-спирит, сольвент и др.) улетучиваются, а смоляно-масляная основа высыхает, образуя прочную, блестящую и эластичную пленку, прочносцепленную с поверхностью. В качестве смол используют канифоль в виде ее эфиров, а также синтетические алкидно-глифталевые, пентафталевые, мочевино- и меламиноформальдегидные, эпоксидные смолы.
Эфироцеллюлозные нитролаки представляют собой пленкообразующую жидкость, содержащую нитроклетчатку (целлюлоза, обработанная смесью азотной и серной кислот), растворенную в смеси органических растворителей – ацетона, этилацетата, бензола, толуола. Для повышения адгезионных свойств и блеска нитролаковых покрытий в состав этих лаков вводят глицериновый эфир канифоли, а также ряд синтетических смол. Для получения эластичной, свето- и термостойкой лаковой пленки в состав лака вводят пластификаторы - эфиры фосфорной и фталевой кислот, а также льняное и касторовое масла.Нитролаки образуют твердую, прочную пленку, стойкую к действию влаги, бензина и ряда химических реагентов. Спиртовые лаки получают путем растворения в спирте естественных смол - шеллака, сандарака − или искусственных − идитола. Спиртовые лаки быстро высыхают, но образуют непрочную пленку. Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в органических связующих пленкообразователях. Краски подразделяются на масляные, эмульсионные и эмалевые.Масляные краски представляют собой суспензии различных пигментов в олифах. В качестве пигментов наиболее широко используются оксиды свинца, цинка, железа, титана, хромата цинка, карбонат свинца, сульфат бария, алюминиевая пудра. Натуральную олифу приготавливают из высыхающих растительных масел, обработанных при температуре, равной 300°С, с целью частичной полимеризации. Искусственная олифа - продукт окисления или крекинга нефтяных углеводородов. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния. Этот процесс можно ускорить, добавляя в олифу небольшое количество сиккатива, являющегося катализатором процесса полимеризации.В состав красок иногда включают наполнители (слюда, графит, тальк и др.) для повышения механической прочности пленки.Эмульсионные краски − это однородные системы двух несмешивающихся жидкостей, из которых одна находится в другой в виде мельчайших капель. Для предотвращения расслаивания в эмульсию добавляют стабилизаторы – казеин, желатин, мыло и др.Эмалевые краски представляют собой суспензию пигментов в лаках. При высыхании они образуют твердую, блестящую, эластичную пленку. Эмали подразделяются на эмали горячей и холодной сушки. Защитное действие лакокрасочного покрытия обусловлено механической изоляцией поверхности металла от внешней среды, ингибирующим действием пигментов и высоким сопротивлением пленки к перемещению ионов.
Диффузионное покрытие получают при совместном нагревании защищаемых изделий и металла покрытия при определенной температуре. Насыщение можно проводить в порошкообразных смесях, в расплавленных средах и в газовой фазе. Возможность образования диффузионных покрытий связана с процессом диффузии в твердых телах при нагревании. При этом атомы металла могут покидать свои места в кристаллической решетке в результате тепловых колебаний и миграции, образуя вакантные места, происходит перемещение как атомов, покинувших свои места в решетке, так и пустых мест - "дырок". С повышением температуры количество "дырок" увеличивается. В тех случаях, когда "дырки" заполняются инородными атомами растворяемого вещества, совершается процесс диффузии одного элемента в другой.В процессе получения диффузионных покрытий, когда в поверхностном слое образуется твердый раствор внедрения или твердый раствор замещения, происходит искажение решетки основного металла, которое приводит к потере упругой устойчивости решетки и разрушению поверхностного слоя металла. Образование устойчивых диффузионных слоев без нарушения сплошности твердого тела возможно лишь при условии, когда решетка насыщаемого металла не претерпевает сильного искажения в местах образования покрытий. На искажение кристаллической решетки оказывает влияние разница диаметров атомов покрываемого и диффундирующего металлов. Установлено, что различие в размерах атомных диаметров применительно к железу не должно превышать 15%. Важным фактором образования диффузионных покрытий является растворимость диффундирующего металла в железе при комнатной или повышенной температуре. Термохромирование повышает жаростойкость, твердость стали и сопротивление износу. Жаростойкость термохромированной стали повышается до 800°С. Высокая твердость поверхностного слоя обусловлена образованием карбидов хрома. Термохромирование ведут в порошковых смесях и газовой фазе. Наиболее производительным является газовое термохромирование − в смеси газов хлорида водорода и хлорида хрома. Процесс осуществляют при температуре 1000°С. При взаимодействии хлорида хрома с железом протекает реакция вытеснения хрома железом:CrCl3 + Fe = FeCl3 + Cr.Хром диффундирует в поверхностные слои стали, образуя сплав хром- железо, содержащий до 30% хрома.Силицирование повышает жаростойкость стали до 850°С, а также коррозионную стойкость в азотной и соляной кислотах. Силицированные изделия из углеродистой стали приобретают свойства, присущие железокремнистым сплавам. Этому процессу подвергают, в основном, стальные кислотопроводы, детали насосов для перекачки кислот, различную арматуру аппаратов, применяемую в химической промышленности. Силицирование стальных изделий ведут в порошковых смесях и газовой фазе. Основными компонентами порошковой смеси являются ферросилиций (от 60 до 90% кремния в порошке), шамот или кварцевый песок в количестве 20…-25% для предотвращения стекания смеси в процессе покрытия. Для повышения скорости диффузии кремния в порошковую смесь вводят 2-5% хлорида натрия или аммония. Силицирование ведут при температуре 1100°С в течение 10-24 ч. Толщина диффузионного слоя достигает 1 мм. Силицирование в газовой фазе ведут при температуре 980°С при взаимодействии железа с хлоридом кремния:
3SiCl4 + 4Fe = 3Si + 4FeCl3.Атомарный кремний диффундирует в сталь, а пары хлорида железа и присутствующий газообразный хлор выводятся из системы вытяжной вентиляцией. Поверхностный сплав железо-кремний содержит до 19% кремния.Алитирование – процесс насыщения алюминием поверхностных слоев стали, чугуна и меди – предназначено для повышения жаростойкости изделий.Процесс алитирования может быть осуществлен как в смеси порошков, содержащих 49% сплава железо-алюминий, 49% оксида алюминия, 2% хлорида аммония, так и в газовой фазе, где используется летучий хлорид алюминия:AlCl3 + Fe = FeCl3 + Al.Диффузионные покрытия позволяют сочетать высокую жаропрочность основного металла с высокой жаростойкостью поверхностного слоя.Металлизационные покрытияМеталлизация – способ получения металлических защитных покрытий на различных аппаратах, деталях судов и т.д. При этом способе расплавленный металл с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа наносится на защищаемую поверхность. Этим методом можно получить слои любой толщины и с хорошим сцеплением с основным металлом. Широкое применение в промышленности имеет металлизация цинком, кадмием, свинцом, алюминием, никелем, медью, молибденом, вольфрамом, титаном и другими металлами.Рис. 8.2 Схема плазменно-дуговой горелки: 1 – дуговая камера; 2 – положительный электрод; 3 – сопло горелки (катод); 4 – генератор постоянного токаДля покрытия тугоплавкими металлами применяют плазменно-дуговой метод металлизации. На рис. 8.2 приведена схема плазменно-дуговой горелки.Металл в виде проволоки или порошка подается в камеру с помощью подающего механизма и служит анодом. Катодом служит охлажденный водой наконечник металлизатора. С помощью высокочастотных устройств между электродами зажигается дуга. Плазмообразующий инертный газ при большом давлении и скорости продувают через область горения. При соударении с электронами газ ионизируется, приобретает свойства плазмы и выходит из сопла горелки в виде струи. Температура плазмы 8000°С, благодаря чему тугоплавкие металлы быстро расплавляются и могут быть нанесены с помощью инертного газа на металл, керамику и другие материалы. В настоящее время находит широкое применение распыление металла в вакууме (распыление алюминия, магнитных материалов в виде пленок).Недостатками покрытий, получаемых методом распыления, являются их пористость, недостаточно прочное сцепление с защищаемой поверхностью и сравнительно большие потери металла.
ПлакированиеПлакирование применяется для защиты коррозионно-нестойких металлов металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью в данной среде.Суть плакирования заключается в том, что на одну или обе стороны металла наносится коррозионно-стойкий слой металла (в виде пакета), который затем подвергают горячей прокатке. При этом образуется прочное соединение вследствие диффузии на границе двух металлов.Таким образом, сталь плакируют медью, латунью, никелем, алюминием, нержавеющей сталью; медь плакируют золотом, серебром; дюралю-миний – алюминием и т. д.9 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯНеметаллические покрытия находят применение в качестве защитных покрытий от коррозии.Существенное отличие неметалличских покрытий от металлических состоит в том, что они не электропроводны, и поэтому их разрушение вызывается химическими и механическими факторами, а не электрохимическими процессами.Лакокрасочные покрытияПрименение лакокрасочных покрытий является наиболее распространенным способом защиты от коррозии, так как они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами покрытий: относительно простой технологией нанесения, возможностью получения покрытий любого цвета, сравнительно низкой стоимостью. К недостаткам лакокрасочных покрытий следует отнести их низкую термостойкость, невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость в водной среде. Лакокрасочные материалы подразделяются на лаки, краски и эмали. В состав лакокрасочных материалов входят органические пленкообразующие вещества и пигменты (красители).Лаки – коллоидные растворы высыхающих масел смол, эфиров, целлюлозы в органических растворителях. Лаки подразделяются на масляные, эфироцеллюлозные и спиртовые.Масляные лаки представляют собой пленкообразующую жидкость, состоящую из натуральных или синтетических смол, растворенных в олифах.Смолы повышают прочность, твердость и блеск покрытий. После нанесения масляных лаков на поверхность растворители (скипидар, ксилол, уайт-спирит, сольвент и др.) улетучиваются, а смоляно-масляная основа высыхает, образуя прочную, блестящую и эластичную пленку, прочносцепленную с поверхностью. В качестве смол используют канифоль в виде ее эфиров, а также синтетические алкидно-глифталевые, пентафталевые, мочевино- и меламиноформальдегидные, эпоксидные смолы.
Эфироцеллюлозные нитролаки представляют собой пленкообразующую жидкость, содержащую нитроклетчатку (целлюлоза, обработанная смесью азотной и серной кислот), растворенную в смеси органических растворителей – ацетона, этилацетата, бензола, толуола. Для повышения адгезионных свойств и блеска нитролаковых покрытий в состав этих лаков вводят глицериновый эфир канифоли, а также ряд синтетических смол. Для получения эластичной, свето- и термостойкой лаковой пленки в состав лака вводят пластификаторы - эфиры фосфорной и фталевой кислот, а также льняное и касторовое масла.Нитролаки образуют твердую, прочную пленку, стойкую к действию влаги, бензина и ряда химических реагентов. Спиртовые лаки получают путем растворения в спирте естественных смол - шеллака, сандарака − или искусственных − идитола. Спиртовые лаки быстро высыхают, но образуют непрочную пленку. Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в органических связующих пленкообразователях. Краски подразделяются на масляные, эмульсионные и эмалевые.Масляные краски представляют собой суспензии различных пигментов в олифах. В качестве пигментов наиболее широко используются оксиды свинца, цинка, железа, титана, хромата цинка, карбонат свинца, сульфат бария, алюминиевая пудра. Натуральную олифу приготавливают из высыхающих растительных масел, обработанных при температуре, равной 300°С, с целью частичной полимеризации. Искусственная олифа - продукт окисления или крекинга нефтяных углеводородов. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния. Этот процесс можно ускорить, добавляя в олифу небольшое количество сиккатива, являющегося катализатором процесса полимеризации.В состав красок иногда включают наполнители (слюда, графит, тальк и др.) для повышения механической прочности пленки.Эмульсионные краски − это однородные системы двух несмешивающихся жидкостей, из которых одна находится в другой в виде мельчайших капель. Для предотвращения расслаивания в эмульсию добавляют стабилизаторы – казеин, желатин, мыло и др.Эмалевые краски представляют собой суспензию пигментов в лаках. При высыхании они образуют твердую, блестящую, эластичную пленку. Эмали подразделяются на эмали горячей и холодной сушки. Защитное действие лакокрасочного покрытия обусловлено механической изоляцией поверхности металла от внешней среды, ингибирующим действием пигментов и высоким сопротивлением пленки к перемещению ионов.