4.7.1. Легирование

Легирование металлов – это методы защиты, связанные с изменением свойств металла. В состав сплава вводят легирующие добавки, например, хрома, никеля, вольфрама и др., вызывающие пассивирование металла. Хром и никель в нержавеющих сталях диффундируют к поверхности, образуя оксидный слой, содержащий шпинели, например, NiO∙Cr₂O₃иFeO∙Cr₂O₃. Защитный слой из шпинелей оказывается более устойчив, чем просто оксидCr₂O₃, который разрушается на поверхности чистого хрома. Различают поверхностное легирование, когда поверхность сплава насыщают легирующим металлом, обладающим прочным оксидным слоем, например, алитирование (Al), силицирование (Si), хромирование. Оно осуществляется диффузным путем из газовой фазы, содержащей пары или летучие соединения легирующего компонента, или нанесением слоя этого металла вакуумным или плазменным напылением. Примером может служить силицированный молибден: на поверхность молибдена диффузным путем наносится слой кремния, образующего с молибденом соединениеMoSi₂. В результате окисления такого материала образуется слой оксидов сложного состава (рис 14).

Рис. 14. Схема слоев на окисленном силицированном молибдене

4.7.2. Защитные покрытия

Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитным покрытиям. Эти покрытия могут быть органическими, неорганическими и металлическими. Защитное действие таких покрытий сводится, в основном, к изоляции металла от окружающей среды.

Органические защитные покрытия образуются при лакировании, окраске, нанесении полимеров, смазке.

Лакирование – нанесение на поверхность металла высокомолекулярных соединений, растворенных в летучем растворителе. После испарения растворителя на металле остается полимерный слой, изолирующий его от внешней среды и обладающий электроизоляционным свойствами.

Окраска металлических изделий сопровождается образованием полимера непосредственно на поверхности металла в процессе нанесения краски и ее отвердевания.

К полимерным защитным покрытиям относятся резина и эбонит. Они инертны и могут быть использованы для защиты оборудования химических производств.

При длительном хранении для защиты металла от коррозии его поверхность покрывают слоем смазки. В качестве смазки используют минеральные (нефтяные) масла.

Неорганический защитный слой обладает высокой коррозионной стойкостью, причем как при низких, так и при высоких температурах; устойчив в атмосфере, органических жидких и газообразных веществах. Неорганические химические покрытия используют для защиты черных и цветных металлов.

Металл защищают образованием на его поверхности слоя оксидов, фосфатов, боридов, эмали и др. Оксидирование сводится к созданию на поверхности металла слоя оксида, через который диффузия кислорода должна быть очень малой. Методы нанесения неорганических покрытий делятся на термические, химические и электрохимические. Термические методы применяют редко, т.к. они осуществляются при высокой температуре и вызывают коробление металла.

Химическое оксидирование осуществляют погружением, например, стали в горячие концентрированные растворы щелочей при 140⁰С, содержащих окислители: персульфаты, нитриты, хлораты металлов. Изделие из стали через 20–90 минут промывается в проточной воде и натирается маслом. Этот метод называется «воронение стали». Получается очень стойкие покрытия черного цвета. Особое значение имеют пленки из оксидов металлов, получаемые при действии кислорода или таких окислителей, какHNO₃,K₂Cr₂O₇,NaNO₃.

Фосфатные покрытия на стали получают обработкой изделий растворами ортофосфорной кислоты и гидроортофосфатов марганца или цинка (например, MnHPO₄+H₃PO₄). В результате реакции на поверхности образуется фосфат металла, хорошо сцепленный с поверхностью стали.

Защитные свойства фосфатной пленки, полученной на металле, значительно повышаются после покрытия ее лаком, маслом или воском. Фосфатные покрытия используют в основном в качестве подложки под окраску, что повышает ее сцепление со сталью и уменьшает коррозию.

Оксидные и фосфатные пленки могут быть нанесены на поверхность изделия при проведении электролиза. Причем покрываемый металл присоединяют к положительному полюсу внешнего источника тока, и он выполняет роль анода.