Защита поверхности кованых изделий

Под влиянием высокой температуры окисление металла, имеющееся и при обычной температуре, прогрессивно возрастает. Значительное окисление начинается при температурах, превышающих на 50 – 80^оС температуру начала свечения стали в темноте (для углеродистых марок сталей это 675–700^оС). Далее образуется плотный сплошной слой окалины, который затрудняет процесс угорания металла (угорает до 1 – 1,5 %).

Итак, откованные с нагревом изделия из сталей имеют слой окалины красивого серо-голубого цвета. Однако этот слой не защищает изделия от коррозии, так как толщина его слишком большая, а прочность малая, поэтому при сменах температуры или в результате сильных ударов он трескается. Вообще окалина состоит из трех слоев: наружный Fe₂O₃, средний Fe₃O₄, внутренний (рыхлый) FeO. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают окислы Fe₂O₃ и Fe₃O₄, располагающиеся на поверхности, наименьшей – закись FeO, примыкающая к основному металлу. Толщина слоя закиси составляет около 80 % всей толщины окалины.

При окончательной отделке изделия этот толстый слой окалины, обладающий малой механической прочностью, надо устранить. Наилучший способ – пескоструйная обработка, который не всегда доступен и, кроме того, изменяет красоту поверхности металла. Иногда удаление окалины целесообразно проводить травлением в водных растворах кислот серной, соляной или фосфорной.

Чаще используется механический способ. Изделия вначале очищают наждачной бумагой (наждачными кругами с помощью шлифмашин), снимая слой окалины, затем проволочной щеткой (крацеванием), возможно также молотой пемзой с водой. После этого изделия тщательно промывают и насухо вытирают. Если имеются жировые загрязнения, то следует производить обезжиривание, например, растворителями или паром. Если кованое изделие в дальнейшем эксплуатируется в сухом помещении, то возможно применение оксидирования металла на воздухе.

Способ оксидирования на воздухе заключается в нагревании поверхности изделия до достижения определенного цвета поверхности от желтого и бурого до серо-голубого и темно-фиолетового (температура при этом составляет от 210 до 330^оС). Это – цвета побежалости. Нагревать следует осторожно с тем, чтобы цвета изменялись как можно медленнее. В этом случае окисленный слой получается наиболее тонким и поэтому наиболее прочным.

После охлаждения поверхность покрывают слоем воска (пчелиный воск плюс бензин). Воск втирают в поверхность и после высыхания полируют.

Второй способ обработки – чернение или воронение: после очистки поверхность натирают льняным или другим растительным маслом и медленно нагревают. Масло при нагреве разлагается и соединяется с окислами железа, создавая хорошо связанную с металлом черную окраску. При этом оно не должно воспламеняться.

Чернение возможно проводить химическими способами. Вот некоторые из них: 1) в кипящем растворе каустической соды нитрида натрия, нитрата натрия и воды; 2) в расплаве натриевой селитры (при температуре 310 – 350^оС) в течение 3 – 5 мин.; 3) в щелочной ванне – концентрированном растворе гидрата окиси и нитрита натрия при 130^оС в течение 7 – 10 мин.

Чернение достаточно хорошо защищает металл от коррозии, но не достаточно хорошо от атмосферного влияния. При использовании изделия на открытом воздухе необходима более надежная защита поверхности изделия от коррозии.

Для эксклюзивных изделий, требующих надежной защиты от коррозии, можно рекомендовать покрытие металлами: цинкование, кадмироваие, лужение, свинцевание, алюминирование, меднение или более дорогие: никелирование и хромирование.

Цинкование – наиболее надежный и распространенный способ защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии. Существует горячее цинкование методом погружения в расплавленный металл. При этом толщина цинкового покрытия на нелегированной стали при выдержке в течение 1 мин и температуре расплава около 450^оС равна 80 мкм (в целом толщина покрытия колеблется от 47 до 86 мкм в зависимости от объема изделия и режимов обработки). Кроме того, распространены и другие способы цинкования: электролитический и химический.

Кадмирование в отличие от цинкования нельзя осуществлять методом погружения в расплавленный металл вследствие летучести кадмия при температуре 400^оС. Несмотря на то, что кадмий значительно дороже цинка, тонкие кадмиевые покрытия применяют для защиты от коррозии и для придания поверхности красивого внешнего вида. Наиболее распространено электролитическое кадмирование в цианистых кадмиевых электролитах. Изделие можно эксплуатировать в таком виде, как их выгружают из ванны, ограничиваясь промывкой в холодной и горячей воде и сушкой.

Лужение – в первую очередь, горячее в ванне с расплавленным оловом. Толщина покрытия достигает от 2 – 3 до 7 – 10 мкм. Применяется электролитическое лужение в кислотных или щелочных электролитах.

Свинцевание – выполняется методом погружения в расплавленный металл электроосаждением и распылением. Толщина свинцовых покрытий должна быть 0,2 мм для защиты от атмосферной коррозии, 0,3 – 0,4 мм для защиты от коррозии в морской воде и до 2 мм для защиты от коррозии в разбавленной серной кислоте.

Алюминирование – выполняется различными методами:

1) плакирование,

2) термическое разложение алюминиево-органических соединений;

3) распыление;

4) электроосаждение из органических электролитов;

5) вакуумное напыление;

6) погружение в расплавленный металл;

7) электрофорез.

Алюминиевое покрытие примерно в 6 раз устойчивее цинкового.

Меднение – как правило, не рекомендуется для защиты железа и сплавов на его основе от коррозии. Омедненные изделия могут быть защищены от атмосферной коррозии лишь в том случае, когда медное покрытие совершенно не содержит пор даже микроскопических размеров (медные покрытия могут рассматриваться как защитно-декоративные при эксплуатации изделий вне атмосферы).

Покрытые коррозионностойким металлом изделия могут дополнительно подвергаться окраске различными эмалями. Кроме того, покрытие грунтовками, эмалями, специальными лаками может применяться как самостоятельное защитное покрытие от атмосферной коррозии (наилучшую стойкость имеют лакокрасочные покрытия горячей сушки).