Виды защитных покрытий металлического крепежа от коррозии

Надежность любой конструкции зависит от состояния используемого крепежа. Для защиты резьбовых соединений от коррозионного разрушения и для продления срока их службы наиболее эффективными считаются поверхностные покрытия. Они должны обладать высокой стойкостью к механическим повреждениям и обеспечивать минимальное трение при завинчивании.

В статье рассмотрим основные виды антикоррозионных покрытий, применяемых для металлического крепежа, их характеристики и сферы применения.

Принципы защиты металла от коррозии

Спектр технологий, применяемых для предотвращения или замедления коррозионного разрушения сплавов, можно условно разделить на несколько основных категорий.

• Барьерная защита. Создание непроницаемого слоя, препятствующего контакту агрессивной среды с поверхностью металла.
• Электрохимическая защита. Нанесение металлических покрытий, обладающих более высоким электрохимическим потенциалом, чем основной материал. Благодаря этому свойству от коррозии сначала разрушаются именно они.
• Насыщение поверхностного слоя металла легирующими элементами для повышения его стойкости.

Барьерная защита. Наиболее распространенным методом является окрашивание. Лакокрасочные материалы формируют сплошной слой, непроницаемый для влаги и агрессивных веществ. Для обеспечения полного покрытия без дефектов применяются различные методы распыления, позволяющие наносить несколько слоев по мере их высыхания.

К недостаткам окрашивания следует отнести относительно невысокую долговечность лакокрасочных покрытий. Средний срок гарантированной защиты составляет 2–3 года. В агрессивных условиях эксплуатации под открытым небом коррозия может проявиться уже через год. Кроме того, лакокрасочные материалы чувствительны к температурным перепадам, что может привести к их растрескиванию и снижению защитных свойств.

Барьерная защита также реализуется посредством формирования тонких оксидных или фосфатных пленок на поверхности металла в результате химических реакций (оксидирования, фосфатирования). Толщина таких слоев составляет несколько микрон, что делает их подверженными механическим повреждениям. Поэтому при высокой вероятности коррозионного воздействия данный метод не рекомендуется.

Электрохимическая защита. Является более надежным способом в сравнении с барьерным. В основе этого метода лежит разница потенциалов различных металлов. При этом сохраняются черты барьерных покрытий. На поверхность изделия наносится покрытие из металла, отличающегося от основы электрическим потенциалом. Формируется гальваническая пара, в которой вещество покрытия играет роль анода. При контакте с влагой оно подвергается растворению. До тех пор, пока остатки покрытия сохраняются на поверхности метиза хотя бы частично, коррозия не распространяется на основной металл, а «съедает» верхний слой. Наиболее распространенным примером электрохимической защиты стали является цинкование.

Химико-термическая обработка. Технологию применяют, когда необходимо придать поверхностным слоям металла повышенную коррозионную стойкость, но нанесение дополнительных покрытий нежелательно. В перечне методов: алитирование, нитроцементация, азотирование и другие способы. Насыщение поверхности сплавов придает им не только устойчивость к коррозионному разрушению, но и ряд других полезных свойств: износостойкость, твердость.

Цинкование

Среди всех методов нанесения металлических защитных покрытий цинкование занимает лидирующую позицию по объему применения и широте номенклатуры крепежа. Данный способ, благодаря своей универсальности, является самым востребованным для обработки метизов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и воздействия атмосферных факторов.

В основе метода лежит сочетание двух фундаментальных принципов: создание гидроизолирующего барьера и формирование покрытия с электроотрицательным потенциалом по отношению к железу. Это позволяет снизить скорость коррозионного разрушения и увеличить эксплуатационный ресурс крепежных деталей. Также цинк экономически эффективен. Важно отметить, что значительная часть вещества, используемого в промышленности (около 30 %), получается в результате переработки вторичного сырья.

Процессы цинкования отличаются многообразием, простотой реализации и возможностью автоматизации, что способствует снижению себестоимости и повышению производительности.

Гальваническое цинкование

Методы гальванической обработки основаны на электролитическом осаждении металла. Защищаемое крепежное изделие выполняет роль катода, а цинковая заготовка является анодом. Процесс протекает в ванне, заполненной электролитом, в качестве которого применяют аммиачные, цианидные, сульфатные и пирофосфатные составы, нагретые до температуры от +15 до +30 °C.

Под воздействием электрического тока ионы металла анода переходят в раствор электролита и движутся к поверхности катода, где происходит их осаждение с образованием прочного покрытия толщиной от 6 до 42 мкм.

К преимуществам данного способа цинкования относятся:

• равномерное распределение по всей поверхности изделия, независимо от его сложности;
• получение плотных, стабильных, однородных покрытий, обладающих высокой химической чистотой;
• возможность управления характеристиками, такими как гладкость, блеск, оттенок и структура кристаллизации, путем регулирования технологических параметров процесса.

Для поддержания оптимальных условий в ходе электролиза используют перемешивание электролита сжатым воздухом и его непрерывную фильтрацию. Введение специальных блескообразователей позволяет улучшить декоративные свойства цинкового покрытия.

Горячее цинкование

Метод представляет собой технологию, при которой крепежные элементы погружаются в ванну с расплавленным цинком, нагретым до температуры 430–460 °C. Изделие выдерживается в расплаве в течение нескольких секунд, после чего извлекается и подвергается сушке на открытом воздухе. Цинк, оставшийся на поверхности, затвердевает с образованием сплошного барьерного слоя, формирующегося в результате диффузионного взаимодействия цинка и железа. Необходимая толщина покрытия (в диапазоне от 35 до 100 мкм) достигается количеством окунаний.

Преимущества:

• способность слоя к самовосстановлению в местах незначительных повреждений;
• коррозионная стойкость, в несколько раз превосходящая гальванические покрытия;
• устойчивость к механическим повреждениям.

Недостатки:

• возможность образования наплывов цинка и оголения основного металла вследствие стекания расплава;
• неоднородность структуры и толщины слоя;
• сравнительно низкая адгезия покрытия к поверхности.

Основные требования к горячеоцинкованным покрытиям регламентированы ГОСТ 9.307-2021.

Термодиффузионное цинкование

Данный метод защиты резьбового крепежа от коррозии основан на процессе диффузионного насыщения поверхностных слоев металла атомами цинка при температурах от 350 до 500 °C.

В процессе термодиффузионного цинкования крепежные элементы помещаются в емкость, заполненную порошкообразной смесью, состоящей из цинка и инертного наполнителя (например, песка). Для стабилизации процесса и повышения его эффективности добавляют присадки и активаторы. С целью предотвращения окисления металла при нагреве в рабочее пространство вводят поглотители кислорода или создают вакуум.

Технология термодиффузионного цинкования позволяет получать коррозионностойкие покрытия толщиной от 6 до 50 мкм на деталях, изготовленных из стали, меди и медных сплавов.

Кадмирование

Представляет собой процесс нанесения защитного слоя кадмия толщиной от 10 до 25 мкм на стальные крепежные изделия. Осуществляется электрохимическим методом. Метизы погружают в гальванические ванны, а затем подвергают осветлению в растворе, содержащем хромовый ангидрид. Для повышения коррозионной стойкости кадмированные изделия, как правило, подвергаются хроматированию. Если предполагается последующая окраска — фосфатированию. Особенности кадмированного крепежа — предотвращение контактной коррозии при сопряжении стальных деталей с алюминиевыми элементами и легкая свинчиваемость резьбовых соединений.

Изделия с кадмиевым покрытием находят широкое применение в условиях воздействия соленого воздуха, пара и влаги.

Оксидирование

Представляет собой процесс формирования оксидного покрытия толщиной от 0,6 до 10 мкм на поверхности металла, которое не наносится, а возникает в результате окислительной реакции углеродистой стали при воздействии химических реагентов и повышенных температур (от +140 °C). Эта защита характеризуется коррозионной стойкостью, однако обладает низкой устойчивостью к механическим воздействиям и не предназначена для применения в узлах, подверженных интенсивному трению. Образующаяся пленка имеет практически черный цвет, что обусловило название процесса — воронение.

Никелирование

Нанесение никеля на крепежные изделия осуществляется гальваническим или химическим способом. Полученное покрытие характеризуется высокой однородностью, минимальным количеством дефектов и глянцевой, ровной поверхностью. Благодаря своим превосходным декоративным свойствам, никелированный крепеж находит широкое применение в качестве элемента декора. Изделия востребованы в мебельной промышленности, машиностроении, строительстве, судостроении и оборонной отрасли.

Фосфатирование

Представляет собой химический процесс, в результате которого на крепеже образуется фосфатное покрытие. Это пленка, состоящая из солей марганца и железа или цинка и железа. Для повышения защитных качеств фосфатные покрытия подвергаются дополнительно хроматированию, промасливанию, окрашиванию или гидрофобизации. Крепежные изделия, подвергнутые фосфатированию, находят применение в судостроении, машиностроении, станкостроении и оборонной промышленности.

Цинк-ламельное покрытие

Формируется диспергированием химически активной смолы, содержащей микроскопические цинковые (ламели) и алюминиевые частицы. При нанесении на поверхность метиза ламели ориентируются в несколько слоев. Связующее вещество (акриловые, эпоксидные, кремнийорганические смолы) обеспечивает их склеивание. Под воздействием температуры между ламелями и поверхностью крепежного элемента образуются металлические связи.

Получается покрытие, обеспечивающее электрохимическую защиту от ржавления. За счет более низкой скорости окисления алюминия по сравнению с цинком цинк-ламельные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью, превосходящей горячеоцинкованные примерно в три раза.

Технология применяется для высокопрочных крепежных изделий, предел прочности которых составляет ≥ 1000 МПа. Покрытия используются не только для черных металлов, но и для оцинкованной стали, никеля, алюминия, меди, нержавеющей стали.

Компания «КЕРН», являясь ведущим производителем крепежных изделий, предлагает широкий ассортимент продукции с различными типами защитных покрытий, отвечающих требованиям стандартов.