Защита от гальванической коррозии — газопламенное напыление металлических протекторных покрытий, металлизация

Модернизация забора

Когда люди слышат слова модернизации, инновации — им сразу видится что-то непостижимое — Glonass, чипы, биотехнологии. И это правильно. Но часто инновации гораздо ближе и легче достижимы. Часто они так же понятны и их так же легко (и так же сложно) применить, как электричество или горячую воду.

Каждый из нас видел, как красят металлический заборчик, ворота или мост. Каждый видел, как уже через год краска облупляется, а если не покрасить через два — то выглядит так, что лучше бы и не красили вовсе. Мало кто задумывается, сколько стоит покраска и есть ли ей альтернатива. Оказывается, в масштабах страны на борьбу с коррозией в тратятся ежегодно десятки миллиардов рублей, а альтернатива есть не только краске, но и полимерным покрытиям, изоляции, электрохимзащите, изготовлению изделий целиком из нержавеющей стали. И эта альтернатива позволяет, при небольших инвестициях, сберегать силы и деньги.

Альтернатива, о которой мы говорим — металлизация. Что нового в металлизации? Каждый из нас видел оцинкованное ведро. И многие знают, почему оно не ржавеет. Цинк выступает как протектор (защитник) по отношению к стали — расходуясь, отдавая свои ионы, он не дает ржаветь стали. Процесс расходования идет настолько медленно, что слоя цинка в одну десятую миллиметра хватает на десяток лет — и все это время ведро не надо более ничем защищать. Почему же таким способом не защитить все металлоконструкции? Горячее цинкование — процесс, требующий погружения изделия в ванну. Погрузить в ванну опору ЛЭП или металлический мост целиком невозможно, а если погружать по частям — прокорродируют сварные швы и конструкция развалится. Кто-то может вспомнить про холодное цинкование. Но, несмотря на схожесть названий, холодное цинкование — это не металлизация. Скорее, окраска, со всеми вытекающими недостатками.

Невозможен и вариант сварки больших металлоконструкций из оцинкованных деталей. Цинк имеет гораздо меньшую температуру плавления, чем углеродистая сталь. При сваривании он расплавляется первым, контактирует с кислородом, продукты его коррозии загрязняют сварной шов и приводят к его охрупчиванию.

Способ нанесения одного металла на другой в полевых условиях был найден более 100 лет назад и назван газотермическим напылением. Напыляемый металл (как правило, в форме проволоки) расплавляется электрической дугой или в пламени, и переносится потоком воздуха на металл основы, создавая на его поверхности плотное покрытие. Покрытие является металлическим и обладает его свойствами — оно твердое, плотное, электропроводное, не боится огня и солнечного излучения, подвержено механической обработке. И, если таким способом нанести алюминий, цинк или их сплавы, они выступают как протекторы по отношению к основному металлу, т.е. они не позволяют металлоконструкции ржаветь. Более того, если металлическое покрытие повреждается, обнажая основной металл, его протекторные свойства обеспечивают «самозалечивание» поврежденного участка, и через некоторое время на месте повреждения появляется тонкий слой покрытия (рисунок 1). Металлические покрытия настолько хорошо справляются со своей задачей, что обеспечивают стойкость черной стали к коррозии в морской воде более 30 лет (и это — доказанный эксплуатацией факт).

Рисунок 1. Схема процесса «самозалечивания» поврежденного участка протекторного металлического покрытия, нанесенного на сталь

Рисунок 1. Схема процесса «самозалечивания» поврежденного участка протекторного металлического покрытия, нанесенного на сталь

Белая полоса на фото — место царапины, «самозалеченное» покрытием

Белая полоса на фото — место царапины, «самозалеченное» покрытием

В отличие от полимерных композиций, которые практически невозможно качественно нанести в полевых условиях, металлические покрытия спроектированы именно для такого нанесения. Первое металлическое покрытие на мост было нанесено в 1936 г. в США (оно потребовало ремонта только в 1975 г). В 80-е годы ХХ века властями штата Нью-Джерси был начат эксперимент — 46 пролетов моста через реку Матис покрыли различными покрытиями — краски, эпоксидные и полимерные композиции, металлические покрытия. Только металлические покрытия, нанесенные газотермическим напылением, не потеряли своих свойств в течение 20 лет (рисунки 2, 3). Ржавчина отсутствовала на 99% процентах поверхности. Все прочие покрытия исчерпали себя в срок от одного до восьми лет. Власти США не стали дожидаться окончания эксперимента. Уже через несколько лет после его начала газотермическая металлизация захватила умы множества людей. В США покрывают металлом не только мосты и опоры ЛЭП, но и суда, нефтедобывающие платформы, дымовые трубы, арматуру ЖБИ. Напыленные металлические покрытия обладают поверхностной пористостью 5-7%, благодаря чему их можно очень качественно красить — краска впитывается в покрытия, обеспечивая превосходную адгезию.

Рисунок 2. Защита мостов протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Рисунок 2. Защита мостов протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Рисунок 3. Защита мостов протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Рисунок 3. Защита мостов протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Наверное, это слишком дорого, скажете вы. Из-за этого у нас и не применяется. И будете не правы. Металлизация действительно гораздо дороже некачественной окраски. Но если стоимость металлических покрытий ООО «Технологические системы защитных покрытий» сравнить с окраской качественной (включающей абразивно-струйную подготовку поверхности, праймер, несколько слоев краски, топпинг) то мы обнаружим, что цены различаются на проценты. Но краска (даже качественная) работает два-три года, а металлизация — десятилетия (рисунок 4). Так почему же металлизация так редко применяется?

Рисунок 4. Защита металлоконструкций ЛКМ и протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Рисунок 4. Защита металлоконструкций ЛКМ и протекторными покрытиями, нанесенными газотермическим металлизационным напылением

Все дело в том, что невозможно внедрять новые технологии, видя горизонт в пару лет. За пару лет не успеешь пожать никаких плодов. Преимущества металлизации выявляются на горизонте свыше пяти лет. На горизонте в 20 ей нет равных. Но даже люди, обязанные смотреть на 20 лет вперед — проектировщики кораблей, мостов, аппаратов нефтепереработки, опор ЛЭП — предпочитают ставить в проекты старые добрые проверенные способы. Так спокойнее. Что уж говорить про тех, кто эксплуатирует? Деды наши красили и мы красить будем, забывая о том, что деды (в отличие от нас) жгли лучину и ходили в лаптях.

Наверное, в этом и состоит хозяйское отношение к делу — в том, чтобы думать не на месяц, а на десятилетия вперед. Строить и эксплуатировать так, чтобы не стыдно было сказать внукам: «вот эту трубу мы построили 30 лет назад, ни разу не ремонтировали, а она все как новая».

Краткая теория гальванической коррозии

Приведем краткое описание электрохимической коррозии двух металлов, выделяя наиболее важное при использовании антикоррозийных металлических покрытий.

Здесь изображён электрохимический ряд химических элементов в морской воде. При электрическом соединении двух различных металлов или их сплавов с электролитом, ток передвигается от катодного метала анодному, от анодного металла к электролиту и от электролита к катодному металлу. Сила тока зависит от разности потенциалов двух металлов. Поэтому, между близкими по потенциалу металлами проходит небольшое количество тока. У анодных металлов коррозия развивается быстрее, чем у катодных; процесс коррозии не всегда удаётся полностью остановить.

В присутствии электролита анодная поверхность подвергается коррозии сильнее, чем катодная. Все перечисленные металлы могут быть катодными по отношению к тем металлам, которые расположены выше их.

Анодные (расходуются)
Магний
Сплавы магния
Цинк
Оцинкованная сталь
Сплавы алюминия
Кадмий
Мягкая низкоуглеродистая сталь
Чугун ковкий
Чугун
Нержавеющая сталь (активная)
Свинец
Олово
Марганец
Никель (активный)
Латунь (жёлтая медь)
Медь
Бронза
Никель (пассивный)
Нержавеющая сталь (пассивная)
Серебро
Графит
Золото
Платина
Катодные (защищённые)

Из этого следует, что металлические покрытия, которые являются катодными к основному металлу, могут быть использованы только в толстослойных покрытиях, которые напыляются на детали машин. Например, нержавеющая сталь широко используется для валов насосов и валов паровых турбин. Латунь, бронза, никель, нержавеющая сталь и медь не используются для тонкослойных покрытий, так как основа будет быстро разрушаться при проникновении среды через поры покрытия.

Металлами, анодными к железу, которые могут использоваться в качестве протекторного покрытия, являются только кадмий, цинк и алюминий (магний химически активен). Так как данные металлы защищают железо, подвергаясь разрушению, во время эксплуатации, их пористость не оказывает влияния на выбор металла для напыления. Все другие металлы, которые обычно используются для напыления, являются катодными по отношению к железу и защищают его, только при обеспечении абсолютно беспористого барьерного покрытия, которое, к тому же, будет защищать железо механически.

Мы выполняем работы по нанесению и механической обработке керамических и металлокерамических покрытий на наших площадках, а так же поставляем оборудование и технологии для напыления под ключ. Выполняем ремонт деталей с термобарьерными покрытиями: лопаток турбин и пр.