CC BY
62
УДК 629.7.023.222 Ветрова ОБ.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОКРЫТИЙ
Ветрова Ольга Борисовна, к.х.н., доцент, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии , patent@muctr.ru.
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125047 Москва, Миусская пл, д.9.
Развитие страны определяется эффективностью работы предприятий и организаций, которые должны не просто выживать в сложных условиях, а проводить активную стратегию преобразований. Инновации в области технологии защитных и декоративных покрытий металла создают необходимый уровень конкуренции на отечественном лакокрасочных покрытий.
В настоящей работе проведен анализ современных технологий покрытий. изучены сильные и слабые стороны различных технологий покрытий.
Ключевые слова: Технологии покрытий, защита от коррозии, металлические, неметаллические (керамические), полимерные покрытия, электрохимические технологии.
MODERN COATING TECHNOLOGIES
Vetrova Olga Borisovna,
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
In this paper, an analysis of modern coating technologies is carried out. The strengths and weaknesses of various coating technologies have been studied.
Keywords: Coating technologies, corrosion protection, metal, non-metallic (ceramic), polymer coatings, electrochemical technologies.
Инновационное развитие экономики страны отнесено к числу высших приоритетов государственной политики Российской Федерации. Определяемый стратегией модернизации последовательный переход российской экономики на инновационную модель развития инициирует решение проблемы стратегического обеспечения устойчивой и долговременной динамики инновационных процессов.
Однако, на сегодняшний день отсутствуют необходимый уровень конкуренции на отечественном инновационном рынке и осознание предпринимателями значимости инноваций в создании конкурентных преимуществ, а также адекватного правового поля, регулирующего отношения в сфере инноваций. Кроме того, генерация знаний происходит в государственной сфере, применение этих знаний или внедрение полученных научно-технических результатов находится в коммерческой области.
Металл был и остается главным конструкционным материалом индустрии - от средств производства до потребительских товаров. Причем в первоочередные потребительские свойства товара входит его внешний вид и долговечность. Ржавчина способна убить эти качества за считанные месяцы и дни, поэтому возможно важнее не качество самого изделия, а качество его покрытия.
Попробую разобраться только с основными технологиями нанесения покрытий для защиты металла от коррозии, перспективами старых методов и успехами новых.
Для защиты металлов и прежде всего - защиты от коррозии стали применяется три группы покрытий:
- металлические;
- неметаллические (керамические);
- полимерные.
Особо высокие результаты, например, в автопромышленности, достигаются применением многослойных комбинированных покрытий стального проката
Эффективная защита черного металла (т.е. резкое снижение скорости коррозии) достигается тремя методами:
- изменением самого металла и его оксидной пленки (например, состава металла до нержавеющих и т.п. сталей),
- применением защитных металлических покрытий (цинкование и т.д.);
- применением защитных неметаллических покрытий (полимерных и т.п.).
Безусловно, эффективна комбинация разных методов, например, формирование многослойных покрытий металла. Все это относится к широко распространенным условиям эксплуатации металлических изделий в условиях нашего климата [!]■
Электрохимические технологии нанесения покрытий
Этот метод позволяет защищать материал нанесением только металлических покрытий из чистых металлов и (реже) - отдельных сплавов.
Преимущество метода в том, что он хорошо технологически отработан и универсален для нанесения почти всех металлов (и ряда сплавов) на электропроводящую основу. Составом электролита и режимом работы (температура, ток) можно легко регулировать как свойства, так и толщину покрытия. Качество покрытия (сплошность и т.д.) при строгом соблюдении технологии высокое [1].
Общим недостатком всех электрохимических методов является дополнительный процесс качественной очистки поверхности металла до нанесения покрытия. Другим недостатком этой технологии часто является ее экологическая вредность (от средней до высокой), зависящая от химреактивов очистки, электролита, отходов процесса. Особо токсичны и опасны технологии кадмирования, свинцевания, электролиты хромирования, золочения и серебрения. Поиск более безопасных реагентов дает малые результаты - на Западе под давлением ужесточающихся экологических требований производство всех видов электролитических покрытий медленно, но неуклонно сокращается.
«Горячий» способ нанесения покрытий
«Горячим» способом - погружением металла в расплав - как правило, наносятся покрытия цинка, олова, алюминия и ряда сплавов (и малого ряда керамических эмалей). Защищается от коррозии этими методами в основном сталь [2]. Так как набор подходящих для этого метода расплавов весьма ограничен, то на универсальность метод не претендует.
Преимущество его - высочайшая производительность. Покрытие, толщиной до долей миллиметра, формируется за считанные секунды. Поэтому комплекс оборудования для покрытий из расплавов хорошо вписывается в современные непрерывные технологические линии.
Недостатком метода является не слишком высокая равномерность покрытия. При цинковании деталей погружением толщина слоя на отдельных участках из-за наплывов колеблется от номинала в 5-50 мкм до 0,2 мм и более. Методов четкого регулирования толщины покрытия и его качества для этого метода в принципе нет. Однако для рулонного листового проката отработка и стабилизация режима нанесения обеспечивает весьма высокое качество покрытия.
Горячеоцинкованная сталь (лист, трубы и детали) является наиболее массовой продукцией мировой металлургии, защищенной от коррозии.
Российские предприятия чаще выпускают оцинковку по российскому ГОСТу (толщиной от 0,5 до 2,5 мм) на базе х/к рулонов. Европейские и американские стандарты шире и включают тонкую оцинкованную полосу (толщиной менее 0,4 мм), тонкие покрытия (до 10 мкм) и цинкование г/к листа.
Недостатком применения готового
оцинкованного проката является незащищенность отрезных кромок, отверстий, сварочных швов и т.д. Полная защита возможна при горячем цинковании
готовых металлоконструкций и деталей. Технология полного цинкования конструкций не является непрерывной, но более производительна, чем электролитическая. Качество обеспечивается полным соблюдением технологии процесса (начиная от очистки детали), и весьма высоко.
Ионное (вакуммно-плазменное) нанесение металлических и прочих покрытий
Нанесение декоративно-защитных покрытий с помощью вакуумных ионно-плазменных (вакуумно-дугового и магнетронного) методов напыления находит широкое распространение благодаря экологической чистоте производства и высокому качеству получаемых декоративно-защитных плёнок
[3].
С помощью вакуумных методов нанесения защитно-декоративных покрытий возможно формировать плёнки из различных металлов и их соединений: титана, циркония, алюминия, серебра, хрома, никеля, ниобия, тантала, нержавеющей стали, нитрида титана (TiNx), нитрида циркония (ZrNx), оксида титана (TiOx), оксида циркония (ZrOx), оксида алюминия (Al2O3), оксикарбида титана (TiCxOy), оксикарбида циркония (ZrCxOy), карбонитрида титана (TixNyCz), карбонитрида циркония (ZrxNyCz) и т.д.
Путём применения различного сочетания реактивных газов (азота, ацетилена, кислорода, углекислого газа) можно получить практически любой цветовой оттенок.
Декоративно-защитные покрытия наносятся вакуумными методами на изделия из меди, латуни, мельхиора, нейзильбера, стали, алюминиевых сплавов, томпака, пластмасс, стекла, керамики, и т.д. Для исправления недостатков шероховатости и фактуры поверхности заготовок, получения требуемых механических и коррозионных свойств поверхности изделий необходимо наносить на некоторые материалы дополнительно барьерные (запирающие) слои. В качестве барьерных слоёв применяются гальванические (хром, медь-хром), лакокрасочные материалы (например, при напылении на пластмассы). Иногда на декоративные покрытия наносятся защитные плёнки (например, лаковые при напылении на пластик).
Качество декоративно-защитных покрытий целиком и полностью определяется качеством поверхности заготовок (шероховатость, фактура и т. д.), качеством подготовки поверхности заготовок (наличие загрязнений, наличие окисных плёнок, степенью активации поверхности ионным травлением), культурой производства.
Недостатком вакуумного ионно-плазменного напыления является то, что не допускается последующая механическая обработка деталей, их пайка, сварка.
Полимерные (лакокрасочные) покрытия
Полимерные покрытия в настоящее время являются достаточно популярным лакокрасочным материалом. В лакокрасочной промышленности они появились сравнительно давно. Однако, настоящим прорывов в данной области было создание
порошковых полимеров, которые отличаются своим необычайным качеством покрытия и долговечностью [4]. Данные покрытия, в сравнении с остальными синтетическими полимерами, являются более молодыми на рынке лакокрасочной продукции.
На сегодняшний день порошковые полимерные покрытия в силу своих уникальных свойств применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности. Особенно популярными они являются при окрашивании различных металлических поверхностей, в том числе металлочерепицы, лодок, а также автомобилей. Такая популярность обусловлена высокими защитными свойствами полимерного покрытия, которым покрытия обязаны своими составляющими компонентами. Практически все составы полимерных покрытий содержат в себе основное связующее вещество, которое состоит из основы и отвердителя.
Полимерные покрытия имеют свои особенности во время их нанесения, в связи с которыми они не просто покрывают поверхность, а проникают в нее, т.е. связываются с поверхностью, особенно с металлической, на молекулярном уровне;
Полимерное покрытие устойчиво к воздействию влажной среды, ультрафиолета, к высоким температурам, к агрессивной щелочной среде, а также к любым химикатам, в том числе и растворителям. Для окрашивания металлических изделий необходимо специальное оборудование-краскопульт. Его особенность заключается в том, что он не только выступает пульверизатором, но и заряжает порошок электричеством. Таким образом, бак краскопульта подключается к положительному заряду, тогда, как изделие, на которое наносится краска, имеет отрицательный заряд. Это обеспечивает появление магнитной индукции при столкновении краски с поверхностью. Данная магнитная индукция чем-то схожа с той, которая возникает при замыкании электрода в дуговой сварке. Именно благодаря этому и происходит соединение молекул краски и окрашиваемой поверхности.
Недостатками полимерных (лакокрасочных) покрытий является высокая стоимость покрытия, проблематичность удаление покрытия, отсутствие возможности самостоятельного нанесения покрытия. полимерные покрытия подходят только для металлических поверхностей. Кроме этого со временем происходит старение лакокрасочных покрытий, что приводит к возникновению дефектов пленки и соответственно увеличивает проницаемость агрессивной среды. Этот недостаток
отсутствует в модифицированных лакокрасочных покрытиях, которые используются для защиты изделий от атмосферных влияний, химических реагентов, растворителей, моющих средств, горючих и смазочных материалов, биологических факторов, для придания поверхности антистатических свойств, препятствующих накоплению на ней электрических зарядов, создания на поверхности изделия электропроводящего слоя перед металлизацией гальваническим способом, повышения твердости и износостойкости полимерных изделий,
стабилизации прочностных свойств пластиков, временной защиты изделий при транспортировке и хранении [5]. Покрытия используют также для стабилизации исходных свойств полимерных материалов и для получения изделий с требуемыми декоративными свойствами. Декоративные покрытия предназначены для выравнивания поверхности и заделки в ней изъянов, пор, текстуры наполнителя и повреждений, придания поверхности блеска и цвета, создания однотонного покрытия у изделий, собранных из различных деталей.
Таким образом выбор остается за потребителем какие разработанные виды технологий подходят конкретных потребностей, исходя из перечисленных основных видов и характеристик нанесения защитно-декоративных покрытий.
Список литературы
1. Рожков И.М., Бойков А.А., Ларионова И.А., Калинский О.И., Костюхин Ю.Ю. Комплексная оценка эффективности функционирования металлургического предприятия //Металлург -2016 -№10 -С. 11-17.
2. Васин В.А. Современные технологии покрытий // Металлургический бюллетень - 2003 -№7 -С.16-19.
3. Силаева А.А., Лукъянскова А.И., Макаров А.В., Пелясова Д.А., Квасников М.Ю. Лакокрасочные металлополимерные покрытия, полученные путем совместного осаждения меди, никеля и полимерного связующего на катоде // Успехи в химии и химической технологии-2016-том ххх-№10- С.88-89.
4. Нефедов Н.И., Семенова Л.В., Кузнецова В.А., Веренинова Н.П. Лакокрасочные покрытия для защиты металлических и полимерных композиционных материалов от старения, коррозии и биоповреждения. // Авиационные материалы и технологии - 2017 - № 5 - С.393-402.
5. Каблов Е.Н. Современные материалы - основа инновационной модернизации России //Металлы Евразии -2012 - №3 - С. 10-15.
