Последние разработки в области систем покрытия горячеоцинкованной стали
В 2020 году китайские исследователи опубликовали обзорную статью о последних разработках в области систем покрытий для горячеоцинкованной стали. В статье исследованы традиционные защитные покрытия для горячеоцинкованной стали и новые покрытия, приведены плюсы и минусы. Мы прочитали статью и хотим вкратце поделиться результатами исследования, не утруждая вас химическими формулами и терминами.
Знаете ли вы о дуплексных покрытиях?
Коррозия стали неизбежна. Экономические потери из-за коррозии составляют от 3% ВВП в каждой стране ежегодно. Чтобы сэкономить деньги, металл и время, без защитных покрытий не обойтись. В настоящее время цинковое покрытие – наиболее эффективный метод защиты металла от ржавчины и последующего разрушения. Однако горячее и гальваническое цинкование постепенно теряют свою актуальность, потому что использовать металл начинают во всё более суровых погодных условиях. Кроме того, нельзя забывать об эстетике – цинк имеет серо-белый цвет, который не всегда подходит конструкциям. В качестве альтернативы была предложена новая стратегия – комбинация слоя предварительной обработки и органического покрытия. Эта смесь называется дуплексным покрытием.
Как правило, слой предварительной обработки представляет собой хроматное или фосфатное покрытие, что неблагоприятно для окружающей среды. Следовательно, возрос интерес к разработке и совершенствованию «зеленой» технологии предварительной обработки.
Тем не менее, имеется мало литературы, оценивающей срок службы дуплексных покрытий. Чтобы лучше понять отличия и преимущества, сначала разберём, что используется сейчас и как это работает.
Горячее цинкование: основы
Несмотря на конкуренцию с холодным цинкованием и термическим напылением, горячее цинкование предпочтительно. Преимущества горячего цинкования:
Существуют различные факторы, влияющие на свойства цинковых покрытий: тип стали, подготовка поверхности перед цинкованием, легирующие добавки цинковых ванн, температура и продолжительность процесса, методы последующего охлаждения.
Но есть и проблемы, которые требуют решения:
- поиск подходящих легирующих элементов для повышения коррозионной стойкости покрытий;
- достижение экологически безопасного процесса;
- обеспечение превосходного сцепления с более однородным покрытием.
Сам процесс горячего цинкования можно грубо упростить до 4 шагов:
- Выбрать подходящую сталь, исследовать её состав;
- Следить за изменением состава сплава в ванне цинкования;
- Определить подходящую температуру;
- Добиться равномерного покрытия и появление защитной оксидной пленки.
В основах разобрались, теперь поговорим предметно.
Чем дуплексные покрытия лучше классического метода?
Оцинкованный прокат, который дополнительно окрашен или покрыт плёнкой, обеспечивает повышение срока службы в 1,5–2 раза. Но не только краска защищает цинк дополнительным барьером. Есть и другие виды покрытий, которые могут быть цветными или нет.
Оцинкованное изделие погружается в силановый раствор, который снижает скорость коррозии. Почти для каждого металла требуется очень специфический силановый компонент.
Силановые пленки могут быть легко и просто получены путем погружения металлической подложки в свежеприготовленный раствор предшественников силана. Покрытие появляется вследствие погружения. Недостатком этих свежеприготовленных пленок является их относительная неоднородность, что может оказывать побочное влияние на коррозионную стойкость покрытия.
Чтобы силановая плёнка стала еще надежнее, используют электроосаждение металла и органического силана.
К сожалению, органосилановая плёнка капризна и не подходит для многих видов защитных органических покрытий: в органосилановой пленке отсутствует шероховатая и пористая структура, что может повлиять на совместимость с органическими красками или покрытиями.
Проводящие полимеры или покрытия из полипроперола уже широко используются в промышленности. Помимо защиты стали, проводящие полимеры используются для защиты алюминиевых сплавов от коррозии. Как правило, большинство этих проводящих полимеров содержат либо полианилин, либо полипиррол. Они обладают отличной химической совместимостью, могут применяться в различных формах, а некоторые из них могут проявлять очень стабильную коррозионную стойкость.
Так, в 1998 г. Де Брюйне применил метод электроосаждения для получения на полированной стали пленки полипропилена толщиной 800 нм. В результате получился промежуточный слой, который обосновал сильную связь между полимером и сталью. В свою очередь, коррозионная стойкость образцов с полипропиленом улучшилась.
3. Редкоземельные конверсионные плёнки
С 2000 года конверсионные пленки редкоземельных элементов, образованные солями церия и их модификациями, вызвали большой интерес в связи с их потенциальными применениями.
В зависимости от времени погружения, процесс образования конверсионной пленки редкоземельных элементов можно разделить на три стадии:
Первая стадия – предпосылки к возникновению пленки. На этом этапе поверхность металла начинает растворяться и вокруг металла появляются коррозионные язвы, сопровождающиеся осаждением гидроксида церия. Далее происходит окисление.
Вторая стадия – формирования пленки и зарождения трещины. При это металл растворяться с осаждением гидроксида церия. Как следствие, толщина плёнок продолжает увеличиваться.
Третья стадия – увеличение толщины покрытие и увеличение трещин, местами пленка может отваливаться, потому что разрывы становятся толще.
В 2000 году провели исследование различнхе предварительных обработок солями редкоземельных элементов против коррозионного воздействия магния и его сплавов. Ученые обнаружили, что при обработке солями лантана, церия или празеодима металл будет иметь улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с необработанными образцами.
В последнее время, чтобы справиться с ухудшающейся природной средой, было обнаружено много новых конверсионных пленок редкоземельных элементов.
Новые системы антикоррозионного покрытия продолжают разрабатываться. Уже сейчас срок службы металла, покрытого цинком, превышает срок службы металла без покрытия.