Электродуговая металлизация. Антикорозионная защита металлическими покрытиями.
Современные технологии газотермического напыления позволяют защитить металлические конструкции, сооружения, изделия и различные детали из металла от губительного воздействия атмосферных осадков, агрессивных сред и увеличить срок их службы в несколько раз. Основными преимуществами металлизационных покрытий являются протекторные свойства, высокая твердость, высокая адгезия и возможность нанесения в полевых условиях.
Значительное место среди металлоконструкций, работающих на воздухе и подверженных коррозии, занимают различные емкости и резервуары, опоры контактной сети, судовые надстройки, копры шахт, опоры стальных конструкций, металлические узлы и стальные конструкции электростанций, стальные ограждения и др. В морской воде коррозии наиболее подвержены буровые и добывающие платформы, корпуса судов, портовые и одводные сооружения. Подземные сооружения, трубопроводы, также подвержены коррозии.
Одним из наиболее эффективных способов защиты металлов от коррозии считаются газопламенная и электродуговая металлизация распылением. Процесс металлизации известен давно, и начиная с 50-х годов прошлого столетия, широко применяется для антикоррозионной защиты металлоконструкций. Это доказанная и отработанная технология защиты от коррозии поверхностей стальных конструкций и изделий из металлов и сплавов.
Процесс металлизации распылением заключается в непрерывном плавлении металла, распылении его на мельчайшие частицы и нанесении на подготовленную методом абразивно-струйной обработки поверхность. Попадая на металлизируемую поверхность, частицы деформируются, нагромождаются друг на друга и образуют металлизационное покрытие слоистого строения (Рис. 1). При этом температура изделия в ходе напыления не превышает 120 °С.
При металлизации сцепление частиц с основанием происходит вследствие шероховатости поверхности и под действием молекулярных сил и носит в основном механический (адгезионный) характер.
Рис.1. Процесс образования металлизационного покрытия.
Основными недостатками металлизации считались ранее большая пористость, недостаточная адгезия и значительные потери металла при распылении (приводящие к высокой цене). Однако современные установки напыления позволяют снизить пористость до 5-7%, обеспечить коэффициент использования материала свыше 70%. Адгезия напыленного металла многократно превышает адгезию лакокрасочных и полимерных композиций. Для дальнейшего повышения плотности и уменьшения проницаемости покрытий используются разнообразные пропитки, стойкие к воздействию агрессивных сред, а также окраска. Стоимость нанесения металлических покрытий уже с сравнима со стоимостью качественных полимерных покрытий.
Металлические покрытия стойки к истиранию льдами, мусором, выносимым водой. Применение металлизационных покрытий позволяет отказаться от припусков на коррозию, станций электрохимзащиты.
Металлизацию с последующей окраской, используемые для защиты стальных металлоконструкций, называют комбинированными покрытиями, представляющие собой двухслойные системы, нижний слой которых получен металлизацией, а верхний – нанесением лакокрасочного покрытия. Срок службы комбинированных покрытий за счет синергии существенно выше, чем сумма сроков службы каждого слоя в отдельности, поэтому их следует применять для долговременной защиты от коррозии стальных конструкций, которые будут эксплуатироваться в средне- и сильноагрессивных средах внутри зданий, на открытом воздухе и под навесами, а также в жидких органических и неорганических средах.
Металлизация в некоторых случаях - единственный и незаменимый способ предохранения конструкций от коррозии и разрушения. В то время, как гальванические покрытия и цинкование, качественное лакокрасочно или полимерное покрытие возможны только в заводских условиях, металлизационные покрытия можно наносить как в заводских условиях, так и в полевых трассовых условиях, на монтажной площадке (Рис. 2).
Рис. 2. Металлизация стальных мостовых конструкций в полевых условиях.
Основными антикоррозионными материалами, наносимыми способом металлизации на стальные конструкции и изделия, являются цинк, алюминий и их сплавы. Цинковые покрытия являются коррозионностойкими в морской воде и в условиях морской атмосферы. Наибольшее влияние на скорость коррозии цинка в индустриальной атмосфере промышленных городов оказывает содержание в ней окислов серы, а также других веществ (например, хлора и паров соляной кислоты), образующих с цинком гигроскопические соединения.
Алюминий по своим химическим свойствам очень активен, но в присутствии окислителей быстро покрывается защитной пленкой, резко понижающей его химическую активность. Коррозионная стойкость алюминия зависит от условий, в которых происходит коррозия и регулируется, в основном, стойкостью защитной окисной пленки к среде. Алюминий стоек в горячей и морской воде.
Рис. 3. Формирование алюминиевого покрытия на стальной основе.
Сплавы цинка и алюминия (Zn/Al15, Zn/Al5) создают покрытия, стойкие к любым атмосферам, что объясняется быстрым заполнением пор продуктами коррозии цинка. Контакт алюминия с цинком безопасен, так как электродный потенциал цинка отрицательнее алюминия, следовательно, цинк, растворяясь, электрохимически защищает алюминий. Покрытия из алюминия находят также широкое применение для защиты железа и стали против газовой коррозии.
Цинк и алюминий образуют плотный слой продуктов коррозии, по объему значительно больший, чем металл, из которого они образовались. Цинковое покрытие находящееся длительное время в воде, покрывается плотным слоем окиси карбоната или гидроокиси цинка; поры закупориваются продуктами коррозии (Рис.4). Такое покрытие со временем значительно увеличивает свою коррозионную стойкость.
Немаловажным фактором считают протекторные свойства металлизационных покрытий из алюминия, цинка и их сплавов. Поврежденное место на покрытии за счет гальванического эффекта затягивается ионами алюминия или цинка, предохраняя материал подложки. Наиболее активным с точки зрения протекторной защиты считается сплав алюминия и магния (AlMg5).
По результатам сравнительного исследования эффективности 47 различных систем защитных покрытий только алюминиевое и цинковое покрытия, нанесенные методом газотермического напыления, отработали 20 лет без повторного нанесения и сохранили более 99,5% сплошности. Оказалось, что сталь не подверглась коррозии ни в одном из тех мест, где были возможны качественная подготовка поверхности и нанесение металлизационного покрытия.
Все перечисленные факторы позволяют считать металлизационные покрытия наилучшим выбором для ответственных металлоконструкций, подверженных коррозионному воздействию, по соотношению цена/качество.
Рис. 4. Цинк-алюминиевое покрытие металлоконструкций.
Способы нанесения металлических покрытий для защиты стали от коррозии.
Антикоррозийные покрытия наносят, главным образом, металлизационными аппаратами проволочного типа (установки для нанесения порошковых материалов используются реже). Принцип действия металлизационных аппаратов проволочного типа основан на том, что металл в виде проволоки непрерывно подают в аппарат, там он плавится газовым пламенем или электрической дугой, и затем распыляется сжатым воздухом на мельчайшие частицы, которые наносятся на поверхность. Принципиальная схема работы металлизатора представлена на рис. 5.
Рис. 5. Схема работы металлизатора.
Металлизационный слой наносится на открытые поверхности конструкций, при возможности направления струи расплавленного металла под углом от 45 до 90°.
Поверхность, предназначенная под металлизацию, должна быть подготовлена, до степени Sa 2,5, т.е. аналогично качественной подготовке под покраску.
Установки для нанесения металлизационных покрытий.
Созданная в 1991 г, группа компаний «Технологические системы защитных покрытий» сегодня – широко представлена на рынках упрочнения, защиты, ремонта и восстановления деталей машин, обладающий технологиями изготовления оборудования и нанесения защитных покрытий различными методами напыления.
Одними из лучших на сегодняшний день установками для нанесения металлизационных покрытий электродуговым способом являются ТСЗП-LD/U2 300 и ТСЗП SPARK 400.
Разработанные ООО «ТСЗП» установки электродуговой металлизации ТСЗП-LD/U2 300 и ТСЗП SPARK 400 отличаются высокой надежностью, качеством получаемых покрытий и высокой производительностью. Позволяют наносить антикоррозионные покрытия из цинка, алюминия и их сплавов проволоками диаметром 1,6/2,0/2,5 мм.
Данные установки могут поставляться в комплекте с роботом KUKA KR-16 грузоподъемностью на руке 16 кг.
Производительность при напылении цинка – до 32 кг/ч, алюминия – до 9 кг/ч.
Плотность получаемых покрытий - 85 — 95%.
Проволочные газопламенные установки ТСЗП-МДП-115, работающие от баллонов ацетилена и кислорода, являются наиболее легкими в освоении и мобильными системами газотермического напыления. Вес пистолета составляет не более 4 кг, что позволяет легко манипулировать им как вручную, так и средствами автоматизации.
Установки поставляются ООО "Технологические Системы Защитных Покрытий" (Россия).
Резюме.
Многие крупногабаритные конструкции, подверженные коррозии, защищают металлизационными покрытиями. Эта технология особенно широко применяется в США, Новой Зеландии, в Великобритании.
Основными причинами применения именно металлизационных покрытий являются:
- долговечность;
- высокая антикоррозионная стойкость металлизационных покрытий;
- отсутствие деформации изделий при нанесении;
- мобильность металлизационных установок и возможность нанесения защитных покрытий в полевых условиях;
- высокая производительность процесса;
- высокая адгезионная прочность металлизационных покрытий (в сравнении лакокрасочными покрытиями);
- высокие пластические характеристики металлизационных покрытий.
Все вышеперечисленное позволяет эффективно применять металлизационные покрытия для защиты стальных конструкций емкостей, топливных резервуаров, трубопроводов, оборудования используемого в тепловых сетях, нефтяной и химической промышленности, шельфовых буровых платформ.
Дополнительная литература:
По отраслям