• Главная
/
• Технологии компании «Плазмацентр»
/
• Применение технологий
/
• Нанесение коррозионностойких покрытий на металлоконструкции

Нанесение коррозионностойких покрытий на металлоконструкции

Сущность процесса

Cостоит в нанесении высокоэффективных коррозионностойких алюминиевых, цинковых, алюминиево-цинковых покрытий с использованием малогабаритных горелок (пистолетов, плазмотронов), обеспечивающих создание направленных высокоскоростных и высокотемпературных газовых потоков, в которые подаются порошковые или проволочные исходные материалы. Осаждаемые на поверхности стальных металлоизделий покрытия формируются из расплавленных и затвердевших частиц напыляемого материала.

Цель процесса

Изготовление металлоизделий, находящихся в различных условиях эксплуатации: воздушной, промышленной, морской атмосферах; морской, технологической холодной или горячей воде; минеральном масле; грунтовых водах при повышенной температуре; нефтепродуктах, содержащих сернистые соединения; растворах уксусной, винной, лимонной кислот и др. органических продуктах и т.д., с коррозионностойким покрытием, гарантирующим защиту от коррозии в течение 30-50 лет.

Эффект от напыленного покрытия

Достигается за счет использования процесса катодной защиты металла от коррозии, для чего на поверхность защищаемого изделия наносится покрытие из материала, имеющего более электроотрицательный электродный потенциал. В этом случае покрытие, выполняя функцию анода, «жертвует» собой в пользу катода (стали), подвергаясь окислению с образованием плотных и прочных, плохо растворимых продуктов, заполняющих возможную пористость в покрытии. В результате оно становится непроницаемым для влаги, а доступ кислорода к основному металлу полностью прекращается, что обеспечивает надёжную защиту металла от коррозии. В случае механического нарушения покрытия срабатывает эффект самозалечивания, аналогичный процессу заполнения пор, и дефектное место в покрытии «зарубцовывается». При окислении алюминиевого покрытия образуется инертный оксид алюминия, после образования которого дальнейшее окисление быстро прекращается. В среде, загрязненной промышленными отходами, скорость коррозии алюминиевого покрытия, установленная в среднем за шестилетний период, составляет 2-5 мкм в год (в течение шестого года эксплуатации скорость коррозии составляет 25% от первого года). Для сравнения - низкоуглеродистая сталь корродирует со скоростью 200-250 мкм в год, и скорость распространения коррозии в основном постоянна и не зависит от времени её протекания. Скорость коррозии цинкового покрытия в атмосфере промышленных объектов составляет около 15 мкм в год. Причина низкой скорости коррозии - образование основного хлорида цинка и карбонатных продуктов коррозии, которые замедляют её воздействие. Исключительно высокую коррозионную стойкость обеспечивают алюминиево-цинковые покрытия, положительный эффект которых объясняется быстрым заполнением пор в нанесённом покрытии плотным слоем продуктов коррозии и алюминия, и цинка. Объём продуктов коррозии значительно превосходит объём металлов, из которых они образовались. Контакт алюминия с цинком безопасен, т.к. электродный потенциал цинка в большинстве электролитов отрицательнее потенциала алюминия, и, следовательно, цинк, растворяясь, электрохимически защищает алюминий.

Оборудование для напыления

Различные установки для газопламенного, электродугового и плазменного напыления, адаптированные к условиям нанесения алюминиевых, цинковых и алюминиево-цинковых порошковых или проволочных материалов. Минимальная производительность оборудования, например, при напылении алюминиевого порошка - 5 кг/час, что при оптимальной толщине покрытия 0,15 мм соответствует примерно 20 м2/час обработанной площади.

Технологический процесс

Проводится при атмосферном давлении (в закрытом помещении или на монтаже) и состоит из операций предварительной очистки (любым известным методом), абразивно-струйной обработки и непосредственно - нанесения покрытия путём взаимного перемещения ручной или механизированной горелки (пистолета, плазмотрона) относительно изделия. В качестве вспомогательного материала для формирования высокотемпературных струй используется сжатый воздух, ацетилен, кислород, пропан-бутан, природный газ.

Контроль качества процесса осуществляется визуально по наличию защитного покрытия и замерам его толщины.

Требования безопасности процесса не накладывают существенных ограничений на его широкое применение и определяются использованием газопламенных, электродуговых и плазменных источников нагрева.

Примеры металлоизделий, рекомендуемых для нанесения коррозионностойких покрытий методами газотермического напыления: нефте- и бензохранилища, газгольдеры, трубопроводы в теплотрассах, бункера шахтных вагонеток, профилированная кровля и стеновые панели, автомобильные кузова, глушители, крупногабаритные строительные профили (швеллера, двутавры, уголки), стальные листы, закладная арматура, сварные и сборные строительные конструкции мостов, дымовых труб, резервуаров, гидротехнических сооружений, нефтяных буровых вышек, металлоограждений дорог, дорожные знаки, опоры высоковольтных передач, палубное оборудование, пристани, понтоны, шлюзы, доки, рефрижераторы, ёмкости для хранения и перевозки химических реактивов, металлоорнаменты, решётки, ограды, уличные осветительные столбы, затворы гидроэлектростанций, металлоконструкции контактной сети железных дорог (опоры, кронштейны, подвески, жёсткие поперечины), шасси подвижного состава, обода колёс, элементы рельсовых скреплений, коммуникации животноводческих ферм и др.

Отличительные особенности процесса

По сравнению с аналогами - нанесением покрытий погружением в расплав, гальваническими, термодиффузионными, стеклоэмалевыми, лакокрасочными покрытиями, а также - процессами протекторной защиты, электрохимической защиты с использованием внешнего источника напряжения, - процесс газотермического напыления коррозионностойких покрытий имеет преимущества:

• обеспечение двойного эффекта защиты от коррозии - на основе электрохимической природы и в качестве преграды для проникновения коррозионных возбудителей (для сравнения - например, при протекторной защите обеспечивается эффективность борьбы с коррозией только в ограниченной зоне и с использованием только одного электрохимического принципа защиты);
• более длительный срок службы защищаемого изделия, часто равный сроку его эксплуатации (для сравнения - срок службы лакокрасочных покрытий обычно не превышает 3-8 лет);
• значительное снижение эксплуатационных расходов;
• возможность нанесения покрытия на детали любых габаритов и сложной конфигурации;
• отсутствие коробления и ухудшения свойств основного металла из-за возникновения водородной хрупкости вследствие обработки травителем (травление, как способ подготовки поверхности, при газотермическом напылении не требуется);
• повышенные характеристики усталостной прочности за счёт создания сжимающих остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое после предварительной операции - абразивно-струйной обработки;
• шероховатость поверхности напыляемого металла увеличивает трение в болтовых соединениях и, таким образом, снижает вероятность образования фреттинг-коррозии;
• микропористость напылённого покрытия способствует сохранению в порах продуктов коррозии и, тем самым, значительно замедляет коррозионный процесс (по сравнению с процессом горячего цинкования, где отсутствует пористость);
• возможность получения покрытий, значительно большей толщины, чем при горячем погружении в расплав или при термодиффузионном методе (например, при горячем цинковании максимальная толщина покрытия - 50-60 мкм, при термодиффузионном методе - 12-50 мкм);
• получаемые покрытия, вследствие своей шероховатости и пористости являются высококачественной основой для антикоррозионных смазок, мастик, лакокрасочных, полимерных и других материалов;
• обеспечение хорошего сцепления с бетоном в различных закладных элементах;
• возможность обеспечения дополнительной защиты зон сварки обработанных изделий непосредственно на месте монтажа конструкций;
• относительная простота процесса, не требующего повышенной квалификации обслуживающего персонала (в отличие от катодной защиты с использованием внешнего источника напряжения, где применяются сложные станции катодной защиты и необходим периодический замер потенциала);
• экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов производства.

Экономическая эффективность процесса

Применение газотермического напыления коррозионностойких покрытий обеспечивает долговременную защиту металлоконструкций, работающих как в атмосферных условиях, так и в водных и других средах. Тем самым, исключается необходимость частого восстановления (как, например, лакокрасочных покрытий, которые необходимо обновлять или устранять их повреждения примерно раз в 3 года), что, помимо больших затрат труда и материалов, может быть связано и с временным прекращением эксплуатации объектов. Расходы на газотермическое напыление по сравнению с окраской составляют около 250 %. Однако, такие покрытия требуют восстановительного ремонта только через 30-50 лет, причём, расходы на его ремонт составляют лишь 25 % расходов на восстановление лакокрасочного покрытия. Как показывают данные сравнительной стоимости различных видов антикоррозионной защиты, в зависимости от сроков эксплуатации при условии не менее 20-летнего срока службы защищаемого изделия, затраты на газотермическое напыление составляют менее половины затрат на окраску.

Алюминиевые покрытия толщиной 0,08-0,15 мм обеспечивают полную защиту основного металла (даже без окраски) при испытаниях в морской воде и атмосферном воздухе (в прибрежном, ветреном и промышленном районах). Эти покрытия хорошо защищают сталь даже в состоянии частичного вздутия и в случаях механических повреждений. В атмосферных условиях срок службы алюминиевого покрытия может достигать 50 лет.

Цинковое покрытие в чистом воздухе защищает сталь от атмосферной коррозии при толщине слоя 0,1 мм примерно 15 лет, при толщине 0,15 мм - 20 лет и при толщине 0,2 мм - 30 лет.

Примеры использования метода газотермического напыления коррозионностойких покрытий

Данный метод, в основном, нашёл широкое применение за рубежом. Ниже приведены лишь немногие примеры и время нанесения покрытий:

• железнодорожный виадук в Канзас Сити (США), 1952 г.;
• железнодорожный виадук в Белостоке (Польша), 1956 г.;
• железнодорожный мост на реке Чучва (Польша), 1958 г.;
• мост близ Мюнстера (Германия), 1935 г.;
• мост Оде Зунд через Малый Бельт (Дания), 1955 г.;
• мост Линкольна в Пельхаме (Великобритания), 1957 г.;
• мост через Авон Дрофдже близ Бристоля (Великобритания), 1956 г.;
• мост Юбилейный в Барроу и Фонесс (Великобритания), 1954 г.;
• трамвайный мост через Эльбу в Дрездене (Германия), 1959 г.;
• ворота шлюзов на Панамском канале, 1946 г.;
• напорные трубопроводы электростанций близ Манчестера (Великобритания), 1950 г.;
• газопровод химического концерна в Гельцау (Германия), 1955 г.;
• подкрановые балки металлургического завода в Маргэме (Великобритания), 1957 г.;
• оконные стальные рамы на металлургическом заводе в Шеффилде (Великобритания), 1956 г