Protectia anticorosiva a metalelor prin aplicarea de straturi protectoare

^{Protectia anticorosiva a metalelor prin aplicarea de straturi protectoare}

^{In numeroase cazuri, pentru rezolvarea unor probleme de coroziune se recurge la acoperirea suprafetelor metalice cu straturi rezistente de natura anorganica sau organica si uneori cu straturi combinate. Dintre acestea mentionam acoperirea cu metale mai rezistente depuse sub forme de pelicule sau foi subtiri, emailarea, protectia cu substante peliculogene, captusirea cu folii de elastomeri, cu materiale plastice sau cu rasini armate.}

^{Alegerea unei anumite acoperiri se face in functie de agresivitatea mediului si de particularitatile functionale ale suprafetelor ce urmeaza sa fie protejate.}

^{Pentru realizarea unei acoperiri de suprafata, cu o durata mai mare se impune luarea in consideratie a urmatorilor factori:}

^{Starea suprafetei ce urmeaza sa fie protejata;}

^{Grosimea stratului de acoperire,}

^{Compozitia produselor de acoperire;}

^{Modul de aplicare a stratului pe suprafata}

^{Chiar si prin nerespectarea unui singur factor devine problematica durabilitatea acoperirii.}

^{Astfel, de exemplu, un produs de acoperire de cea mai buna calitate, aplicat intr-un strat prea subtire, sau pe o suprafata incomplet curatata de rugina va da rezultate nesatisfacatoare.}

^{Un strat de protectie de buna calitate trebuie sa indeplineasca anumite conditii:}

^{Sa fie continuu, lipsit de pori, aderent la metalul suport si uniform ca grosime;}

^{Sa prezinte stabilitate chimica, in conditiile regimului de lucru impus;}

^{Sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deteriora in timpul exploatarii.}

^{In functie de aceste cerinte se stabileste grosimea optima a stratului de acoperire, astfel ca sa se asigure o protectie sigura si un pret de cost convenabil.}

^{STRATURI METALICE PROTECTOARE}

^{Acoperirile metalice reprezinta unul din mijloacele de protectie anticorosiva larg raspandite, care se aplica in cazurile in care, din motive economice si de fabricatie nu este rentabil sa se construiasca utilaje sau piese masive din materiale cu foarte buna rezistenta la agentii corozivi, dar scumpe.}

^{Dupa destinatia lor acoperirile metalice pot fi:}

^{Acoperiri de protectie propriu-zisa;}

^{Acoperiri decorativ - protectoare;}

^{Acoperiri speciale: rezistente la uzura si frictiune.}

^{Protectia contra coroziunii prin depuneri metalice a luat o dezvoltare atat de mare incat la unele cazuri, cel mai ridicat procent de utilizare a unor metale neferoase, este destinat executarii straturilor protectoare.}

^{In timpul exploatarii, suprafetele metalice vin in contact cu atmosfera inconjuratoare sau cu agentii chimici solizi, lichizi sau in faza de vapori.}

^{Straturile metalice protectoare nu izoleaza complet metalul de baza de mediul coroziv deoarece ele prezinta defecte din cauza porozitatii. Astfel, acoperirea metalica si obiectul protejat impreuna cu mediul agresiv formeaza un sistem electrochimic de coroziune in care are loc dizolvarea care joc rol de anod.}

^{Daca metalul acoperirii in conditiile respective are un potential mai electronegativ decat materialul de suport, el va deveni anod in cuplul galvanic si se va dizolva. In acest caz depunerea este anodica si va proteja electrochimic metalul de baza.}

^{Exemple de acoperiri anodice pot fi date straturile de zinc si de cadmiu pe otel depunerile de staniu pe cupru sau aluminiu placat pe aliaje de aluminiu si cupru.}

^{In cazul acoperirilor catodice, care un potential mai electropozitiv, metalul joaca rol de anod si se dizolva. Straturile de nichel cupru sau crom depuse pe otel sunt exemple tipice de acoperiri catodice. Aceste acoperiri sunt protectoare numai daca au o porozitate redusa. In caz contrar, produsele de coroziune se acumuleaza in pori sub straturi de acoperire si avand un volum mai mare in raport cu volumul metalului din care provin in urma atacului, vor produce exfolierea acoperirii. Rezulta ca, in cazul acoperirilor catodice porozitatea va trebui limitata, fiind daunatoare rezistentei anticorosive. O metoda de prevenire acestor neajunsuri este realizarea unor starturi suficient de groase. Deoarece cresterea excesive a grosimii stratului nu reduce simtitor porozitatea, nu se recomanda realizarea de acoperiri mai groase de 50µmm. Uneori pentru reducere porozitatii se depun straturi succesive de metale diferite ( cupru - nichel- crom).}

^{In general, prin depunerea unui strat catodic coroziunea localizata este sau nu intensificata, in functie conditiile existente, dar coroziunea generala este mai redusa.}

^{Straturile metalice protectoare pot fi realizate pe cale electrolitica, prin cufundare la cald, prin placare, prin pulverizare si prin difuziune termica.}

^{Dupa destinatia lor acoperirile metalice pot fi clasificate in urmatoarele categorii principale:}

^{Acoperiri de protectie coroziva;}

^{Acoperiri decorativ - protectoare;}

^{Acoperiri rezistente la uzura;}

^{Acoperiri cu destinatie speciala ( plumbuirea pentru imbunatatirea proprietatilor de antifrictiune, cuprarea pentru protectie locala impotriva cimentarii, argintarea, marirea}

^{Acoperire prin placare consta in aplicarea uneia sau mai multor foi din metalul de acoperire peste metalul de baza prin presare simpla, laminare, lipire, sudare, realizate la rece sau la cald.}

^{Aderarea stratului protector la metalul de baza se produce in urma difuziunii, sub actiunea simultana a temperaturii si a presiunii. Placarea se poate realiza pe o singura fata sau pe ambele fete. Asigura stabilitatea la coroziune, iar metalul de baza satisface cerintele de rezistenta mecanica.}

^{Aceasta metoda se utilizeaza pentru protectia reactoarelor, cazanelor, vaselor de presiune, schimbatoarelor de caldura si rezervoarelor de depozitare.}

^{Un dezavantaj al metodei este ca partile frontale ale utilajelor sunt supuse unei coroziuni intense, deoarece zona la contact a celor doua metale este expusa mediului corosiv. Se recomanda izolarea acestor zone periculoase sau gasirea unor solutii constructive care sa elimine posibilitatile de atac corosiv.}

^{Acoperirea prin cufundare la cald se realizeaza prin scufundarea piesei metalice in baia de metal topit, rezistent la coroziune. La suprafata de separare a celor doua metale se va forma un aliaj sau o serie de aliaje, care asigura aderenta stratului de acoperire. Metoda se aplica metalelor usor fuzibile ca: plumb, zinc, staniu, aluminiu, depuse in special pe otel carbon.}

^{Stratul de metal depus este aderent, dens, dar prezinta dezavantajul neuniformitatii. Metoda se aplica in special pentru piesele cu sudura interioara, pentru tevi, tuburi fiind considerata cea mai economica in vederea obtinerii unei acoperiri relativ groase.}

^{Acoperirea prin pulverizare ( metalizarea) consta in proiectarea particulelor din metal rezistent chimic pe suprafata metalica fierbinte, cu ajutorul unui jet de aer combinat. Metalul pulverizat este retinut mecanic pe suprafata piesei formand un strat gros si aderent. Pe aceasta cale se depune aluminiu, zincul, cadmiul, staniul, plumbul, cuprul, otelurile inoxidabile si unele aliaje neferoase ( bronzurile), in special pe otel carbon.}

^{Dezavantajul metodei consta in consum mare de metal ( 40% pierderi), rezistenta mecanica redusa a stratului la tractiune si incovoiere si in porozitatea lui.}

^{Acoperirea prin difuziune se bazeaza pe difuziunea metalului de acoperire in adancimea piesei de otel, cu formarea la suprafata a unui strat de aliaj de tipul solutiei solide, rezistent la coroziune ( strat de difuziune). Procedeul consta in tratarea metalului de baza cu pulberi metalici, judicios alese sau cu vapori si difuziunea acestora in substrat, prin incalzire.}

^{In aceasta categorie de acoperiri intra o serie de procese:}

^{a.          Termoalitarea obtine o acoperire de otel slab aliat cu aluminiu.}

^{Se realizeaza prin introducerea piesei metalice de otel carbon sau fonta intr-un dispozitiv etans. Care contine amestecul format din pulbere de aluminiu, din umplutura inerta de Al2 O3 sau caolin si din clorura de amoniu. Clorura de amoniu se descompune prin incalzire conform ecuatiei:}

^{Gazele formate prin descompunerea termica a clorurii de amoniu creeaza o atmosfera protectoare, care evita oxidarea aluminiului si usureaza difuziunea aluminiului pe suprafata piesei metalice. Formarea stratului de difuziune are loc conform reactiilor:}

^{b.          Termocromarea ( cromizarea consta in formarea unui strat superficial de difuziune, de aliaj fier - crom cu pana la 10 - 20 % crom. Piesa care urmeaza sa fie acoperita se incalzeste cu un amestec de aluminiu si pulbere de crom in atmosfera reducatoare de hidrogen la temperatura de 1200 - 14000 C. Procesele care au loc sunt similare cu cele de termoalitare. Durata procesului este de 3 - 4 ore; se obtine un strat de difuziune de 30 - 40 µm.}

^{c.           Termosilicierea consta in formarea unui strat superficial de difuziune compus din aliaj fier siliciu cu 10 % siliciu. Termosilicierea se realizeaza prin introducerea pieselor de otel si de fonta in pulbere de fiero -siliciu sau carbura de siliciu, in atmosfera de clor timp de 2 - 3 ore la temperatura de 1000 - 12000C.}

^{d.          Seradizarea ( cementarea cu zinc) se executa in pulberi de zinc. Se realizeaza difuziunea zincului in stratul superficial de metal sau aliaj tratat. Produsele decapate si spalate se scufunda intr-un amestec de zinc si oxid de zinc la temperatura de 3800 C timp de 3 - 4 ore.}

^{Se obtine un strat uniform constituit integral dintr-un aliaj zinc - fier, cu o grosime de 30 - 40 µm.}

^{Acoperirea prin depunere electrolitica}

^{Acoperirea prin depunere electrolitica este metoda cea mai larg folosita pentru executarea straturilor protectoare metalice si consta in electroliza solutiilor apoase de saruri ale metalului respectiv. In prezent se utilizeaza 33 de metale sau aliaje diferite pentru acoperirea suprafetelor destinate sa lucreze in medii agresive.}

^{Calitatea depunerii depinde de gradul de pregatire a suprafetei destinata acoperirii si de conditiile de electroliza: compozitia baii ( electrolitului), natura electrozilor, densitatea medie de curent, temperatura, agitarea solutiei, etc.}

^{Obiectul de acoperit constituie catodul si se leaga la polul pozitiv al unei surse de curent. Anodul poate fi executat dintr-un metal neatacabil in conditiile de lucru, cum este la cromare. Alteori anodul este alcatuit din metalul acoperirii si se dizolva in timpul electrolizei, dispunandu-se pe catod, de exemplu la cuprare, nichelare, zincare.}

^{Electrolitul ( baia de electroliza) contine un compus al metalului care se depune in concentratie bine determinata, substante tampon, pentru mentinerea constanta a aciditatii solutiei, substante anorganice pentru marirea conductibilitatii precum si adaosuri speciale pentru a imbunatati porozitatea, aderenta, luciul sau structura stratului protector.}

^{Piesa ce urmeaza sa fie acoperita dupa ce a fost pregatita corespunzator se introduce in baia de electroliza la intensitate de curent corespunzatoare.}

^{Procesul catodic consta in depunerea metalului din solutie, iar in cazul metalelor cu potential electronegativ se produce concomitent si descarcarea ionilor de hidrogen ca reactie secundara.}

^{Procesul anodic poate fi dizolvarea anodului solubil sau descarcarea ionilor HO- atunci cand se lucreaza cu electrolit inatacabil.}

^{Astfel, procesele de electrozi in cazul cuprarii sunt:}

^{Durata procesului de depunere depinde de grosimea stratului impusa prin conditiile tehnice si se calculeaza cu relatia:}

^{In tabelul urmator sunt date recomandari asupra grosimii optime a catorva acoperiri in functie de gradul de agresivitate.}

^{Tabelul.. grosimea optima a straturilor metalice depuse electrolitic pentru diferite conditii de mediu corosiv (µm)}

^{Depunerea galvanica se executa in cuve de otel captusite cu material plastic rezistent la actiunea chimica a electrolitului si la temperatura de lucru si prevazute cu instalatie de incalzire, termostare, agitare, ventilatie, etc.}

^{In figura urmatoare este prezentat un exemplu de cuva de cromare impreuna cu echipamentul necesar.}

^{Pentru construire utilajului chimic prezinta interes acoperirea otelului, uneori si a fontei cu nichel, staniu, zinc, crom, cadmiu, plumb.}

^{Prin nichelare se formeaza un strat lucios, rezistent la actiunea solutiilor de saruri si acizi organici slabi si la coroziunea atmosferica.}

^{Stanarea se efectueaza pentru protejarea aparaturii chimice, care vine in contact co atmosfera umeda, cu solutii acide si cu compusi cu sulf.}

^{Cadmierea se aplica prin protejarea suprafetelor metalice in contact cu cloruri si gaze industriale.}

^{Zincarea - este destinata protejarii otelului in contact cu aerul umed.}

^{Cromarea se realizeaza pentru protejarea suprafetelor metalice in medii acide sau alcaline oxidante. Depunerile de crom prezinta rezistenta mare la uzura si rezistenta termica ridicata.}

^{Stratul de plumb se depune pe suprafete care vin in contact cu acidul sulfuric de diferite concentratii, cu sulfati, cu sulfurile sau cu gazele sulfuroase. Avand o duritate mica stratul de plumb trebuie sa fie mai gros ( 50 - 2000 µm).}

^{In ultimul timp se depun pe cale electrolitica aliaje binare si ternare.}