Способы защиты стальных деталей от коррозии

Thread Content

Существует множество способов предотвращения коррозии стали. Самым распространенным методом защиты является нанесение на поверхность металла неметаллического или металлического защитного слоя, либо создание на ее поверхности за счет специальных процедур химической защитной пленки. В зависимости от вещества, составляющего защитный слой, их можно разделить на следующие 3 категории. (1) Неметаллический защитный слой: нанесение органических и неорганических соединений на поверхность металла. (2) Металлический защитный слой: на поверхность стали наносится металл или сплав в качестве защитного слоя для замедления процесса коррозии. (3) Термопокрытие: защищаемый металлический материал или изделие погружают в расплавленный металл, что позволяет на его поверхности сформироваться защитный металлический слой. Металлы, способные находиться в жидком состоянии, как правило, это металлы с относительно низкой температурой плавления, устойчивые к коррозии и высоким температурам, такие как Al, Zn и т. д. В тракторах содержатся различные конструктивные элементы и литые детали, причем их стойкость к коррозии напрямую влияет на качество продукта. Традиционными методами защиты тракторов и строительной техники от коррозии являются покрытие краской или электролитическое покрытие. Однако такие методы неэффективны для защиты деталей, находящихся в состоянии относительного движения, деталей, подвергаемых сжатию, а также деталей, которые могут пострадать от ударов. Как обеспечить защиту таких деталей от коррозии — это проблема, с которой сталкиваются многие компании. В соответствующих отчетах часто проводятся сравнения стойкости к солевому туману с использованием стандартных пластин и различных методов покрытия. Однако отчетов о проведении испытаний на стойкость к солевому туману с использованием реальных деталей, обработанных различными методами защиты от коррозии, гораздо меньше. В данном исследовании путем проведения испытаний на устойчивость к солевому туману на реальных стальных деталях, обработанных с использованием различных распространенных методов защиты от коррозии, анализируются полученные результаты. Это может служить ориентиром для повышения защитных свойств изделий от коррозии. 1. Выбор технологии антикоррозионной обработки. Исходя из требований к антикоррозионной защите, предъявляемых к обычным машиностроительным предприятиям, было выбрано 10 наиболее распространенных технологий антикоррозионной обработки для проведения испытаний на устойчивость к коррозии под действием солевого тумана. Исходя из показателей устойчивости к коррозии под действием солевого тумана, характерных для распространенных методов антикоррозийной обработки, время проведения испытаний было установлено на максимум 600 часов. В ходе испытаний использовались листовой металл холодной прокатки того же материала, что и детали, изготовленные методом холодной прокатки. Технология А: шлифовка песком — нанесение эпоксидного грунтового слоя красного цвета. Чугунные подкладки подвергаются обработке с помощью распыления гранул; степень шероховатости поверхности составляет примерно Ra50. На поверхность наносится эпоксидный грунт красного цвета, производимый одной из компаний в провинции Цзянсу; вязкость этого грунта составляет 18 секунд. Процесс обработки включает следующие этапы: шлифовка песком, фосфатирование при средней температуре, затем нанесение эпоксидного грунта. Чугунные подкладки подвергаются обработке с помощью струйной обработки; степень шероховатости поверхности составляет примерно Ra50. Затем они фосфатируются при температуре 50°C с использованием цинкового раствора, после чего наносится эпоксидный грунтовочный слой красного цвета. Технология C: шлифовка песком — фосфатирование — обычное катодное эпоксидное покрытие. Чугунные подкладки подвергаются обработке с помощью пульверизации; степень шероховатости поверхности составляет примерно Ra50. После этого они фосфатируются при температуре 50°C с использованием цинковой смеси. Толщина электрофорного слоя на поверхности составляет 20 мкм; используется обычный катодный метод электрофореза. Технология D: шлифовка песком — фосфатирование — высокоэффективное антикоррозионное электрофорное покрытие с усиленной защитой краев. Чугунные подкладки подвергаются обработке с помощью распыления, в результате чего степень шероховатости поверхности составляет примерно Ra50. Затем они фосфатируются при температуре 50°C с использованием цинкового раствора. На поверхность наносится катодный электрофорный лак с высокой степенью защиты от коррозии; толщина этого слоя составляет 20 мкм. Технология E: шлифовка под аэрозольным воздействием — термоцинкование. Чугунные подкладки подвергаются обработке с помощью распыления, в результате чего степень шероховатости поверхности составляет примерно Ra50. На поверхность наносится слой цинка толщиной 110 мкм. Технология F: электрохимическое покрытие цинком. Толщина цинкового покрытия, полученного путем электролитического покрытия, составляет 10 мкм. Технология G: покрытие литых изделий акриловым лаком. Толщина покрытия акриловой эмалью на поверхности составляет 20 мкм. Технология H: обработка методом «горячей иммерсии в цинк + покрытие спреем» и технология «электрофорезный грунт + покрытие спреем». Технология обработки деталей заключается сначала в нанесении на поверхность слоя цинка толщиной 110 мкм, а затем — в покрытии поверхности акриловым лаком ； Процесс обработки деталей заключается сначала в нанесении на поверхность катодного электрофорного покрытия толщиной 18 мкм, а затем — в покрытии поверхности акриловым лаком. Технология I: холоднокатаная сталь — покрытие эпоксидным грунтовым лаком красного цвета. Технология J: холодная прокатка — фосфатирование — нанесение эпоксидного грунтового слоя красного цвета. Сначала поверхность фосфатируется при температуре 50°C с использованием цинковой системы, затем наносится эпоксидный грунт красного цвета. 2. Сравнительный анализ результатов экспериментов показал, что при использовании только эпоксидного грунтового красителя красного цвета для покрытия литых деталей или при применении только верхнего слоя краски их защитные свойства против коррозии крайне низкие. При использовании одинаковой технологии покрытия для чугунных деталей и холоднокатаных листов наблюдается значительная разница в их стойкости к коррозии под действием солевого тумана: холоднокатаные листы обладают гораздо лучшей стойкостью к такой коррозии, чем чугунные детали. При использовании одинакового антикоррозийного подкладочного слоя, если не проводить фосфатирование, у изделий из чугуна уже через 24 часа после теста на устойчивость к солевому туману возникает обширная коррозия. У листов холодной прокатки же коррозия в виде местных пузырей появляется лишь через 168 часов. Если же проводить фосфатирование, у изделий из чугуна коррозия начинается уже через 168 часов, тогда как у листов холодной прокатки коррозия не проявляется даже через 240 часов. Процесс фосфатирования оказывает очень большое влияние на повышение устойчивости чугунных деталей к коррозии и ржавчине; он позволяет значительно улучшить их способность сопротивляться воздействию солевого тумана. При использовании схожих процедур покрытия чугунные детали, не подвергнутые фосфатированию, начинают ржаветь уже через 24 часа в условиях испытаний на устойчивость к солевому туману. В то же время детали, подвергнутые фосфатированию, выдерживают такие испытания в течение 168 часов; хотя у них также наблюдается серьезная ржавчина, общее состояние их поверхности значительно лучше, чем у чугунных деталей, которые не были подвергнуты фосфатированию. При условии отсутствия повреждений покрытия ударами, использование высокоустойчивой к коррозии катодной эпоксидной краски позволяет обеспечить долгосрочную защиту чугунных деталей от ржавчины. А в случаях, когда при эксплуатации между деталями возникает относительное движение или столкновения, применение метода горячей обработки цинком в сочетании с нанесением покрытия может эффективно решить проблему ржавчины на поврежденных участках покрытия. Метод горячей обработки цинком способствует повышению коррозионной стойкости литых изделий; их коррозионная стойкость выше, чем у изделий, обработанных методом катодного электрофореза. После обработки чугунных изделий этим методом они сохраняют стойкость к солевому туману в течение 600 часов без появления красной ржавчины. Стойкость деталей, покрытых электролитическим зинком, к солевому туману значительно ниже, чем у деталей, обработанных методом катодного эпоксидного покрытия. Различные катодно-электрофорные краски сильно влияют на защиту чугунных деталей от коррозии и ржавчины. Обычно при тестировании на устойчивость к коррозии под действием солевого тумана у изделий, покрытых катодным эпоксидным грунтом, через 96 часов появляется локальная коррозия, а через 240 часов — значительная коррозия поверхности. Однако при использовании катодного эпоксидного покрытия с повышенной степенью защиты от коррозии, после 600 часов тестирования под действием солевого тумана на поверхности образцов наблюдается лишь небольшое количество точечных коррозийных участков” ； Основная причина заключается в том, что края обычных эпоксидных покрытий имеют слабую защиту от ржавчины. Кроме того, поверхность обычных чугунных изделий обычно бывает шероховатой; на такой поверхности существует множество «краев». Поэтому для чугунных изделий (особенно тех, у которых высокая степень шероховатости поверхности) необходимо использовать специальные эпоксидные краски с повышенной защитой краев от коррозии. Основными факторами, влияющими на улучшение стойкости чугунных деталей к коррозии под действием солевого тумана за счет процесса фосфатирования и использования высокоэффективных антикоррозийных катодных эпоксидных красок, являются состав чугунных деталей и степень их поверхностной шероховатости. 2.1 Влияние состава. Содержание таких нелегированных элементов, как углерод (C), сера (S) и фосфор (P) в чугуне, всегда выше, чем в углеродистой стали; разница составляет примерно один порядок величины. Наличие этих нежелезных элементов приводит к тому, что молекулы железа легко образуют с ними бесчисленное количество гальванических элементов, что вызывает электрохимическую коррозию. При одинаковых температурных условиях скорость электрохимической коррозии значительно выше, чем скорость химической коррозии. 2.2 Влияние шероховатости поверхности. Шероховатость поверхности литых изделий обычно составляет более Ra12,5; у некоторых чугунных изделий она может достигать значения Ra25, а иногда даже Ra50. При этом степень шероховатости поверхности у углеродистой конструкционной стали обычно составляет менее Ra3,2, а у стали, полученной путем горячей прокатки, — от Ra6,3 до 12,5. Высокая шероховатость, с одной стороны, способствует более быстрому прилипанию конденсатной воды и CO2, что приводит к коррозии ； С другой стороны, шероховатость поверхности также влияет на защитный слой покрытия. Если на поверхность литого изделия нанести только слой эпоксидного грунтовки красного цвета, то из-за свойств самой краски, обеспечивающих её равномерное распределение, на выступах шероховатой поверхности литого изделия трудно сформировать эффективную защитную пленку. После обработки чугунных деталей процедурой фосфатирования на их поверхности образуется фосфатный слой, который эффективно удерживает защитные покрытия, такие как краска. Благодаря этому на выступающих участках шероховатой поверхности также формируется защитный слой из фосфатного вещества в сочетании с электрофорной краской. После обработки чугунных деталей методом фосфатирования их поверхность покрывается электрофорным лаком с высокой степенью защиты. Это создает на поверхности детали двойной защитный слой, состоящий из фосфатного покрытия и электрофорного лака, что обеспечивает более эффективную защиту. 3. Заключение. На основе сравнительного анализа результатов тестирования на устойчивость к солевому туману для нескольких методов защиты стали от коррозии можно сказать, что различные методы защиты оказывают значительное влияние на способность стальных деталей противостоять коррозии. В практической работе необходимо выбирать подходящий метод защиты в зависимости от условий использования продукта и его требований. При одинаковых требованиях к защите от коррозии детали из чугуна требуют применения процедур обработки, обеспечивающих более высокую стойкость к коррозии, по сравнению с материалами из холоднокатаной стали. При использовании одинаковых процедур защиты от коррозии у деталей из чугуна показатели стойкости к коррозии значительно ниже, чем у деталей из холоднокатаной стали. Для продуктов или деталей, которые при сборке и эксплуатации легко подвергаются ударам, износу и имеют относительное движение, обычные методы покрытия или электролитического покрытия не способны обеспечить достаточную защиту от коррозии. Рекомендуется использовать методы термоцинкования или термоимплантации цинка, что позволяет эффективно решить проблему быстрого повреждения покрытия деталей и их коррозии. Для литых изделий (особенно тех, у которых шероховатость поверхности Ra > 25) при использовании обычных методов покрытия трудно покрыть краевые участки шероховатой поверхности; в результате защитные свойства покрытия остаются низкими. Применение процедур фосфатирования и электрофорезного покрытия способствует **повышению стойкости к коррозии под действием солевого тумана.