Покрытия крепежных изделий
Виды покрытий, достоинства и недостатки различных покрытий, рекомендации по выбору вида покрытия для крепежа.
Покрытие на крепеж наносится с целью увеличить его защищенность от условий внешней среды. Процесс разрушения стали под воздействием условий внешней среды называется коррозией.
Некоторые виды покрытия наносят не только для дополнительной защиты изделия, но и для придания изделиям декоративного вида или создания специальных поверхностных свойств. Покрытия могут быть:
Защитные свойства покрытий зависят от вида взаимодействия материалов покрытий и материала детали.
Различаются две разновидности способов защиты – механический и электрохимический.
Механическая защита достигается за счет изолирования материала от внешней среды и эффективна только при отсутствии пор, задиров и др. повреждений покрытия.
Электрохимическая защита обеспечивается в том случае, если материал покрытия является анодным по отношению к защищаемому материалу и не зависит от пористости.
Основным видом коррозии металлов является электрохимическая, возникающая в зоне контакта двух металлов, имеющих разный электрохимический потенциал. Возникающая при наличии влаги гальваническая пара приводит к постепенному растворению металла имеющего меньший потенциал. Покрытия, выполненные из материала, потенциал которого в данных условиях более отрицателен чем потенциал защищаемого металла, называются анодными.
Анодными покрытиями для железа и его сплавов (сталь, чугун) являются покрытия из магния, алюминия, цинка, хрома. Такие покрытия при наличии пор и задиров разрушаются сами, а защищаемый металл нет.
Катодными называются покрытия, у которых потенциал более положителен, чем у защищаемого металла, для стали такими покрытиями будут: медное, никелевое, оловянное, свинцовое, серебряное, золотое. Анодные покрытия обеспечивают как механическую, так и электрохимическую защиту, а катодные только механическую.
Цинк – самое распространенное антикоррозионное покрытие хорошо (анодно) защищает сталь в атмосферных условиях и в пресной воде при нормальных и низких температурах, но при высоких температурах, в агрессивных средах его потенциал меняется в сторону увеличения и может превысить потенциал железа.
Черный цинк и Желтый цинк - это цинковое покрытие с определенной пассивацией. У черного цинка коррозионная стойкость, чуть меньше чем у желтого цинка. По сложившейся практике, можно уверенно сказать. что коррозионная стойкость желтого цинка несущественно выше чем у черного и выбор покупателя чаще зависит от необходимости использовать крепеж определенного цвета, нежели от его антикоррозионных свойств.
Заказать оцинкованные изделия вы можете тут:
Цинковые покрытия с желтым хроматированием
Защитные свойства цинковых покрытий значительно усиливаются при обработке оцинкованных изделий в пассивирующих растворах. Практически весь гальванический цинк проходит такую обработку. Существует большое разнообразие конверсионных пленок на цинковых покрытиях: бесцветные, радужные (жёлтые), оливковые, черные, которые отличаются не только внешним видом, но и коррозионной стойкостью.
Обработка цинковых покрытий в растворах, содержащих соединения хрома (VI) получила название хроматной пассивации или т.н. жёлтого хроматирования., т.к. в состав образующихся конверсионных слоев входят хроматы - соли хромовой кислоты. Толщина конверсионного слоя составляет порядка 0,5 мкм.
К достоинствам жёлтого хроматирования следует отнести высокую коррозионную стойкость конверсионных слоев и способность к «самозалечиванию» плёнки после механических повреждений.
Гальванические цинковые покрытия с жёлтым хроматированием, изготовленные в соответствии с требованиями стандарта ISO 4042, при жёстких климатических испытаниях в морском соляном тумане (по стандарту ISO 9227) выдерживают 72 часа до наступления коррозии цинка и 120 часов до наступления коррозии стали. В сравнении с этим гальванические цинковые покрытия без пассивации или с бесцветной пассивацией выдерживают всего 24 часа до наступления коррозии цинка и 72 часа до наступления коррозии стали.
Таким образом, у гальванических цинковых покрытий с жёлтым хроматированием коррозионная стойкость и долговечность в 2,5 – 3 раза выше, чем у гальванических цинковых покрытий без пассивации или с бесцветной пассивацией.
Покрытие Dacromet.
Цинконаполненные покрытия под названием «Dacromet 320» (Дакромет 320) были разработаны фирмой «Diamond Shamrock Corp.» (США), как способ защиты от коррозии стальных деталей, в основном крепежа. Покрытие наносится методом погружения деталей в суспензию цинковых частиц в водном растворе органических и неорганических компонентов. После удаления излишков суспензии центрифугированием для окончательного формирования покрытия детали подвергаются ступенчатому нагреву, начиная с 80°С и до завершающей температуры 300°С.
Особенность покрытия «Дакромет 320» заключается в наличии цинковых частичек микронных размеров в виде хлопьев, предварительно обработанных в хроматном растворе и плотно связанных между собой неорганическим связующим. Толщина сухого покрытия составляет 8-10 мкм. Покрытие имеет серебристо-серый вид и, благодаря наличию в системе хроматов, обладает высокой коррозионной стойкостью - порядка 500 в нейтральном соляном тумане.
Известны и другие модификации покрытия «Дакромет», например, для покрытия листовой стали. Покрытия типа «Дакромет» известны также под названиями «Dacral», «Geomet» и другими – от производителя.
Дальнейшим развитием цинкнаполненных покрытий явились так называемые «цинкламельные покрытия», не содержащие шестивалентного хрома. Система ламельного цинкового покрытия включает в себя базовый слой, состоящий из тонких алюминиевых и цинковых чешуек (ламелей) и, при необходимости, один или несколько дополнительных слоев, придающих покрытию специальные свойства: фрикционные, коррозионную и химическую стойкость, цвет и другие. Цинкламельные покрытия известны по названиям их разработчиков «Delta», «Geomet» и др.
Цинкламельное покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем окунания в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или ее напыления с последующим нагревом деталей до 240°С для сушки и отверждения. Сформировавшееся базовое покрытие содержит более 70 % цинкового и до 10 % алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Малый размер частиц делает возможным наносить цинкламельные покрытия толщиной 4 – 8 мкм, которые применяют в автомобилестроении. Коррозионная стойкость покрытий свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане. Более толстые покрытия применяют для нанесения на детали и элементы строительных конструкций.
Покрытие обладает электропроводящими свойствами, его более электроотрицательный потенциал по отношению к стали создает электрохимическую защиту в дополнение к барьерной.
Применение цинконаполненных покрытий не приводит к возникновению водородной хрупкости покрываемых сталей. Толщина покрытий на стали, как и в случае обычных цинковых покрытий, определяется любыми магнитными, магнитно-индукционными и другими подобными толщиномерами.
Рассмотрим особенности и способы применения наиболее распространенных видов покрытий крепежных изделий.
Для крепежных изделий применяются следующие виды покрытий:
Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко в мировой практике применяются цинковые. Их широкое применение для защиты стальных и чугунных изделий обусловлено в основном двумя причинами. Первая – высокая природная стойкость самого цинка вследствие образования на цинке в коррозионной среде защитных пленок из продуктов коррозии, вторая – высокая анодность защиты при температуре до 70°С. При более высоких температурах цинк защищает сталь только механически. Защитные свойства цинковых покрытий определяется как их толщиной, так методом их нанесения.
Цинковые покрытия, полученные различными методами, отличаются по равномерности, строению, плотности, составу и т.п. Горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (50...150 мкм), но эта толщина колеблется в значительных пределах и точная регулировка его невозможна. Отсюда высокие потери металла, порой недостаточное качество покрытия. На параметры основного металла (самой крепежной детали) горячая оцинковка практически не влияет, но размеры детали могут заметно измениться.
Экономия металла при электролитическом методе покрытия составляет до 50%, при этом повышается твердость покрытия (500...600 Н/мм2) и его однородность, обеспечивается высокая степень чистоты осажденного цинка и повышенная химическая стойкость, но толщина покрытия невелика (5...35 мкм).
Кроме того, при электролитическом цинковании происходит наводороживание и как следствие охрупчивание основного защищаемого металла.
Оба метода являются экологически вредными, и перед производителями постоянно стоит проблема утилизации отходов. Всех недостатков лишен метод - шерердизации, применяемый, к сожалению, производителями крепежа пока достаточно редко.
Для повышения коррозионной и механической стойкости цинковые покрытия часто подвергают хроматированию (пассивированию) или фосфатированию. Для желтого (хроматного) пассивирования оцинкованные изделия погружают в растворы хромовой кислоты или ее солей. Образующаяся хроматная пленка представляет собой соединения хрома и цинка, защитные свойства которой практически не изменяются даже при наличии на ней механических повреждений (царапин, рисок и т.п.). После хроматного пассивирования покрытия приобретает желтую или зеленовато-желтую окраску с радужным оттенком. Фосфатирование цинковых покрытий применяется на крепежных изделиях редко в основном при необходимости их последующего окрашивания.
Крепежные изделия с цинковым покрытием полученным горячим или электролитическим способом без хроматирования или фосфатирования пригодны для использования в легких или средних условиях эксплуатации, с дополнительной обработкой или окрашенные – в любых. Шерардированные крепежные изделия работают в любых условиях.
Кадмирование крепежных изделий производится редко. Кадмий и его соединения очень токсичны, и во многих странах кадмирование запрещено. Цвет, механическая прочность и ряд других показателей кадмиевых покрытий близки к цинковым. Покрытия кадмием также могут подвергаться хроматированию и фосфатированию. Защитные свойства кадмиевых покрытий в обычных условия ниже цинковых, но в морских условиях и при сильной конденсации водяного пара такие покрытия применяются и поныне.
Никелевое покрытие является катодным по отношению к стали и защищает ее только механически. Для никелирования крепежных деталей применяют колокольные ванны или ванны с вращающимися барабанами с электролитом, основным компонентом которого является сернокислый никель. Никелевые покрытия имеют привлекательный декоративный вид (хотя со временем тускнеют), но снижают механические свойства стали и имеют малую коррозионную стойкость. В этой связи никелированные крепежные изделия – редкость, хотя и используется например в мебельной промышленности.
Так же крайне редко применяется для крепежных изделий хромирование, которое, имея высоэстетичный вид, почти вдвое снижает предел выносливости покрытой им стали без специальных операций предварительной подготовки металла. Хроматирование применяется либо как декоративное, либо как износостойкое, в связи с низким коэффициентом трения хрома. Для декоративных целей также может применяться на крепежных изделиях латунирование, в частности для деталей мебельного крепежа (шурупы, винтовые стяжки и др.), антикоррозионные свойства которого крайне низки.
Среди неметаллических покрытий для крепежных изделий (в том числе стальных шурупов) широко применяются оксидирование и фосфатирование.
Фосфатирование используется для стальных изделий, не требующих декоративного вида, и заключается в обработке последних специальным химическим составом (соль Мажеф), в результате которой на поверхности стали образуется фосфатная пленка (фосфат железа) с высокими защитными свойствами. В зависимости от качества подготовки поверхности детали пленка может иметь разную кристаллическую структуру. Наиболее высокими защитными свойствами обладают мелкокристаллические пленки. Фосфатная пленка очень хорошо связана с основным защищаемым металлом (на молекулярном уровне), обладаем отличной адгезией лакокрасочных и др. покрытий (хорошо окрашивается), имеет высокую маслоемкость.
Дополнительная обработка повышает защитные свойства фосфатных пленок. Такая обработка производится в растворах хрома, промасливанием, гидрофобизированием или окраской. Промасливание обычно производится веретенным или авиационным маслом при температуре 100 °С, при этом существенно повышаются антикоррозионные и антифрикционные свойства детали.
Гидрофобизирование заключается в создании дополнительно на поверхности деталей тонкой водоотталкивающей (гидрофобной) пленки. В зависимости от технологии подготовки поверхностей деталей, подвергаемых фосфатированию, и технологии самого процесса толщина покрытия может быть 2...15 мкм, а цвет детали – от светло-серого до черного.
Оксидирование заключается в формировании на поверхности изделия или детали пленки окислов. Оксидное покрытия по многим свойствам (антикоррозионным, адгезионным, мослоемким) близко к фосфатному. Цвет стального изделия после оксидирования в зависимости от режима процесса меняется от темно-серого до блестяще-черного.
Считается, что по собственной антикоррозионной стойкости фосфатные покрытия превышают оксидные. Фосфатированные или оксидированные изделия могут применяться только в легких условиях эксплуатации, если эти покрытия подвергнуты промасливанию или гидрофобизированию – в средних и жестких. Для использования их в любых условия эксплуатации необходимо окрашивание.
Окрашивание -практически все крепежные изделия могут окрашиваться всеми распространенными красками, хотя качество адгезии может оказаться различным в зависимости от типа покрытия крепежа, вида краски, степени загрязненности окрашиваемого изделия и т.д.
Среди шурупов, которые изготавливаются и предлагаются потребителю в окрашенном виде следует выделить кровельные саморезы, окраска которых должна сочетаться с цветом кровли и отвечать условиям высокой атмосферостойкости. Для окрашивания кровельных саморезов в настоящее время используются порошковые краски, которые наилучшим образом отвечают предъявляемым к окраске требованиям.
Порошковая окраска – экологически чистая, безотходная технология получения высококачественных декоративных и декоративно-защитных полимерных покрытий. Покрытие формируют из полимерных порошков, которые наносят на окрашиваемую поверхность изделия. Затем изделие нагревают и выдерживают при заданной температуре несколько минут. Из-за относительно высокой температуры полимеризации окрашивают в основном металл и стекло. Последнее десятилетие происходит быстрое проникновение технологии порошкового окрашивания в сферы традиционных способов нанесения лакокрасочных покрытий. В мире сегодня окрашивают с использованием этой технологии примерно 15 % всех изделий подлежащих окраске, и это число увеличивается.
Для удобства производителей и потребителей цвета саморезов кодируются по одной из существующих систем обозначения цвета.
В мире существует несколько систем обозначения цветовых оттенков. Одной из распространенный в России систем является система цветов финской фирмы Rannila (RR), специализирующейся на производстве металлочерепицы и других кровельных материалов.
В связи со специализацией фирмы номенклатура известной системы RR сравнительно невелика. Более мощной и универсальной системой обозначений цветовых оттенков является система RAL. Ее разработал Немецкий Институт Гарантий Качества и Сертификации RAL. В 1927 году институт установил стандарт на цветовое пространство, разделив его на диапазоны и обозначив каждый цвет четырехзначным цифровым индексом, понятным разным областям промышленности. С тех пор по мере появления новых красителей стандарт неоднократно расширялся.
Кадмий - образует катодное покрытие по отношению к железу в атмосфере или в пресной воде, но в морской воде кадмиевое покрытие является анодным.
Следует помнить, что не всякое анодное покрытие и не во всех случаях оказывается удовлетворительным, т.к. оно само также не должно слишком быстро разрушаться. Так, например, цинковое покрытие, широко применяемое для защиты от коррозии в средних географических широтах, оказывается нестойким в тропическом климате. Причиной этого служит интенсивное растворение и смывание водой и влагой воздуха слоя солей цинка, образующегося на поверхности при коррозии. В результате этого происходит обнажение глубинных слоев металла, и скорость коррозии не замедляется.
