Покрытия крепежных изделий — ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

ТБМ Маркет Конкурс ОкнаТрэйд

Сейчас в WikiPRO 3592 статьи и 31 543 страниц на русском языке.

Для увеличения текста нажмите CTRL+ для уменьшения CTR-
Если Вы нашли ошибку в тексте, выделите её мышкой и нажмите Ctrl+Enter


Покрытия крепежных изделий

Мне нравится
8  

Материал из ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебеля
Перейти к: навигация, поиск
Metiz222.jpg


    Крепёж без специального защитного покрытия (т.н. «чёрный») в настоящее время применяются все меньше и меньше, т.к. кроме механического воздействия, которое может вызвать разрушение крепежа, металлы, из которых изготовлены крепежные детали, разрушаются при взаимодействии с окружающей средой – этот процесс называется коррозией (от латинского corrodere –разъедать). В зависимости от окружающих металл условий (температура, влажность, химический состав окружающей среды и т.д.) эксплуатации по ГОСТ 9.303-84 (взамен ГОСТ 14007-68) подразделяются на легкие (Л), средние (С), жесткие (Ж) и очень жесткие (ОЖ). Для защиты металлов от коррозии на них наносят различные покрытия. Кроме того, покрытия наносят для придания изделиям декоративного вида (эстетические свойства) или создания специальных поверхностных свойств (электропроводимости, теплопроводности, электроизоляционных, магнитных или немагнитных свойств, светоотражающей или светопоглощающей способности, износостойкости и др.).

     Покрытия могут быть металлическими, неметаллическими неорганическими, порошковыми, лакокрасочными, пластмассовыми, резиновыми.

Содержание

Защитные свойства покрытий

     Защитные свойства покрытий зависят от возможности взаимодействия материалов покрытий и детали (в рассматриваемом случае шурупа). Различаются две разновидности способов защиты – механический и электрохимический. Механическая защита достигается за счет изолирования материала от внешней среды и эффективна только при отсутствии пор, задиров и др. повреждений покрытия. Электрохимическая защита обеспечивается в том случае, если материал покрытия является анодным по отношению к защищаемому материалу и не зависит от пористости. Основным видом коррозии металлов является электрохимическая, возникающая в зоне контакта двух металлов, имеющих разный электрохимический потенциал. Возникающая при наличии влаги гальваническая пара приводит к постепенному растворению металла имеющего меньший потенциал.

     
Mednie.jpg
Значения электрохимических потенциалов ряда металлов в нормальных условиях приведены в табл.1. Покрытия, выполненные из материала, потенциал которого в данных условиях более отрицателен чем потенциал защищаемого металла, называются анодными. Согласно табл.1 анодными покрытиями для железа и его сплавов (сталь, чугун) являются покрытия из магния, алюминия, цинка, хрома. Такие покрытия при наличии пор и задиров разрушаются сами, а защищаемый металл нет. Катодными называются покрытия, у которых потенциал более положителен, чем у защищаемого металла, для стали такими покрытиями будут: медное, никелевое, оловянное, свинцовое, серебряное, золотое.
Metizi 1111111.jpeg

      Понятно, что анодные покрытия обеспечивают как механическую, так и электрохимическую защиту, а катодные только механическую. Неметаллические, лакокрасочные, пластмассовые покрытия обеспечивают только механическую защиту. Следует помнить, что электрохимический потенциал зависит не только от материала, но и от окружающей среды. Так, в условиях атмосферы и в водных растворах неорганических соединений олово по отношению к железу (стали) является катодным покрытием (луженое железо). Однако в присутствии органических веществ олово часто играет роль анодного покрытия по отношению к железу и его сплавам, поэтому луженая жесть консервов ржавеет снаружи, но не внутри. Цинк – самое распространенное антикоррозионное покрытие хорошо анодно защищает сталь в атмосферных условиях и в пресной воде при нормальных и низких температурах, но при высоких температурах, в агрессивных средах его потенциал меняется в сторону увеличения и может превысить потенциал железа. Кадмий образует катодное покрытие по отношению к железу в атмосфере или в пресной воде, но в морской воде кадмиевое покрытие является анодным.


Таблица 1. Нормальные электрохимические потенциалы металлов
Металл Электрохимический
потенциал
Металл

Электрохимический
потенциал

Магний………Mg -2.38 Никель…..….…Co -0.23
Алюминий…..Al -1.66 Олово…………Sn -0.14
Цинк…………Zn -0.76 Свинец………..Pb -0.126
Хром…………Cr -0.71 Водород………H 0
Железо……….Fe -0.44 Медь…………..Cu +0.31
Кадмий………Cd -0.40 Серебро……….Ag +0.799
Кобальт……...Co -0.27 Золото…………Au +1.42

         Следует помнить, что не всякое анодное покрытие и не во всех случаях оказывается удовлетворительным, т.к. оно само также не должно слишком быстро разрушаться. Так, например, цинковое покрытие, широко применяемое для защиты от коррозии в средних географических широтах, оказывается нестойким в тропическом климате. Причиной этого служит интенсивное растворение и смывание водой и влагой воздуха слоя солей цинка, образующегося на поверхности при коррозии. В результате этого происходит обнажение глубинных слоев металла, и скорость коррозии не замедляется. Рассмотрим особенности и способы применения наиболее распространенных видов покрытий крепежных изделий. Для крепежных изделий (в частности шурупов) применяются металлические (цинковые, кадмиевые, медные и т.д.), неметалические неорганические (окисные, фосфатные), лакокрасочные покрытия.



Цинкование (оцинковка)

      Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяются цинковые. Их широкое применение для защиты стальных и чугунных изделий обусловлено в основном двумя причинами. Первая – высокая природная стойкость самого цинка вследствие образования на цинке в коррозионной среде защитных пленок из продуктов коррозии, вторая – высокая анодность защиты при температуре до 70°С. При более высоких температурах цинк защищает сталь только механически.
      Защитные свойства цинковых покрытий определяется как их толщиной, так методом их нанесения. Цинковые покрытия, полученные различными методами, отличаются по равномерности, строению, плотности, составу и т.п. Для создания цинковой пленки используется:

  • горячее цинкование (погружение изделий в расплав цинка при температуре 450…480 °С);
  • электролитическое цинкование (гальваническое покрытие в кислых, сернокислых или щелочных цианистых ваннах);
  • термодиффузионное цинкование или шерардизация (насыщение цинком нагретых до 400…420 °С стальных изделий в порошковой цинковой среде).
     
Samorezocink.JPG
Горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (50…150 мкм), но эта толщина колеблется в значительных пределах и точная регулировка его невозможна. Отсюда высокие потери металла, порой недостаточное качество покрытия. На параметры основного металла (самой крепежной детали) горячая оцинковка практически не влияет, но размеры детали могут заметно измениться. Экономия металла при электролитическом методе покрытия составляет до 50%, при этом повышается твердость покрытия (500…600 Н/мм2) и его однородность, обеспечивается высокая степень чистоты осажденного цинка и повышенная химическая стойкость, но толщина покрытия невелика (5…35 мкм). Кроме того, при электролитическом цинковании происходит наводороживание и как следствие охрупчивание основного защищаемого металла. Оба метода являются экологически вредными, и перед производителями постоянно стоит проблема утилизации отходов. Всех недостатков лишен метод шерардизации, применяемый, к сожалению, производителями крепежа пока достаточно редко.
      Для повышения коррозионной и механической стойкости цинковые покрытия часто подвергают хроматированию (пассивированию) или фосфатированию. Для желтого (хроматного) пассивирования оцинкованные изделия погружают в растворы хромовой кислоты или ее солей. Образующаяся хроматная пленка представляет собой соединения хрома и цинка, защитные свойства которой практически не изменяются даже при наличии на ней механических повреждений (царапин, рисок и т.п.). После хроматного пассивирования покрытия приобретает желтую или зеленовато-желтую окраску с радужным оттенком. Фосфатирование цинковых покрытий применяется на крепежных изделиях редко в основном при необходимости их последующего окрашивания.
      Крепежные изделия с цинковым покрытием полученным горячим или электролитическим способом без хроматирования или фосфатирования пригодны для использования в легких (Л) или средних (С) условиях эксплуатации, с дополнительной обработкой или окрашенные – в любых. Шерардированные крепежные изделия работают в любых условиях.

Кадмирование

      Кадмирование крепежных изделий производится редко. Кадмий и его соединения очень токсичны, и во многих странах кадмирование запрещено. Цвет, механическая прочность и ряд других показателей кадмиевых покрытий близки к цинковым. Покрытия кадмием также могут подвергаться хроматированию и фосфатированию. Защитные свойства кадмиевых покрытий в обычных условия ниже цинковых, но в морских условиях и при сильной конденсации водяного пара такие покрытия применяются и поныне.

Krepezhnye izdeliya nikelevoe pokrytie.jpg

 Никелевое

      Никелевое покрытие является катодным по отношению к стали и защищает ее только механически. Для никелирования крепежных деталей применяют колокольные ванны или ванны с вращающимися барабанами с электролитом, основным компонентом которого является сернокислый никель. Никелевые покрытия имеют привлекательный декоративный вид (хотя со временем тускнеют), но снижаютмеханические свойства стали и имеют малую коррозионную стойкость. В этой связи никелированные крепежные изделия – редкость, хотя и используется например в мебельной промышленности.


Samorezchromiro.jpg
Хромирование

      Так крайне редко применяется для крепежных изделий хромирование, которое, имея высоэстетичный вид, почти вдвое снижает предел выносливости покрытой им стали без специальных операций предварительной подготовки металла. Хроматирование применяется либо как декоративное, либо как износостойкое, в связи с низким коэффициентом трения хрома.
SamorezchromiroLatunir.jpg


 Латунирование

     
Boltslatuni.jpg
Для декоративных целей также может применяться на крепежных изделиях латунирование, в частности для деталей мебельного крепежа (шурупы, винтовые стяжки и др.), антикоррозионные свойства которого крайне низки.

Фосфатирование

      Среди неметаллических покрытий для крепежных изделий (в том числе стальных шурупов) широко применяются оксидирование и фосфатирование. Фосфатирование используется для стальных изделий, не требующих декоративного вида, и заключается в обработке последних специальным химическим составом (соль Мажеф), в результате которой на поверхности стали образуется фосфатная пленка (фосфат железа) с высокими защитными свойствами. В зависимости от качества подготовки поверхности детали пленка может иметь разную кристаллическую структуру. Наиболее высокими защитными свойствами обладают мелкокристаллические пленки. Фосфатная пленка очень
Samorez fosfat.jpg
хорошо связана с основным защищаемым металлом (на молекулярном уровне), обладаем отличной адгезией лакокрасочных и др. покрытий (хорошо окрашивается), имеет высокую маслоемкость. Дополнительная обработка повышает защитные свойства фосфатных пленок. Такая обработка производится в растворах хрома, промасливанием, гидрофобизированием или окраской. Промасливание обычно производится веретенным или авиационным маслом при температуре 100…110 °С, при этом существенно повышаются антикоррозионные и антифрикционные свойства детали. Гидрофобизирование заключается в создании дополнительно на поверхности деталей тонкой водоотталкивающей (гидрофобной) пленки. В зависимости от технологии подготовки поверхностей деталей, подвергаемых фосфатированию, и технологии самого процесса толщина покрытия может быть 2…15 мкм, а цвет детали – от светло-серого до черного.

Оксидирование

  
SamorezOksidirovan.jpg
     Оксидирование заключается в формировании на поверхности изделия или детали пленки окислов. Оксидное покрытия по многим свойствам (антикоррозионным, адгезионным, мослоемким) близко к фосфатному. Цвет стального изделия после оксидирования в зависимости от режима процесса меняется от темно-серого до блестяще-черного. Считается, что по собственной антикоррозионной стойкостифосфатные покрытия превышают оксидные. Фосфатированные или оксидированные изделия могут применяться только в легких (Л) условиях эксплуатации, если эти покрытия подвергнуты промасливанию или гидрофобизированию – в средних (С) и жестких (Ж). Для использования их в любых условия эксплуатации необходимо окрашивание.  

Окрашивание

       Практически все крепежные изделия могут окрашиваться всеми распространенными красками, хотя качество адгезии может оказаться различным в зависимости от типа покрытия крепежа, вида краски,
KrovelOkracheni.jpg
степени загрязненности окрашиваемого изделия и т.д. Среди шурупов, которые изготавливаются и предлагаются потребителю в окрашенном виде следует выделить кровельные саморезы, окраска которых должна сочетаться с цветом кровли и отвечать условиям высокой атмосферостойкости.

      Для окрашивания кровельных саморезов в настоящее время используются порошковые краски, которые наилучшим образом отвечают предъявляемым к окраске требованиям. Порошковая окраска - экологически чистая, безотходная технология получения высококачественных декоративных и декоративно-защитных полимерных покрытий. Покрытие формируют из полимерных порошков, которые наносят на окрашиваемую поверхность изделия. Затем изделие нагревают и выдерживают при заданной температуре несколько минут. Из-за относительно высокой температуры полимеризации окрашивают в основном металл и стекло. Последнее десятилетие происходит быстрое проникновение технологии порошкового окрашивания в сферы традиционных способов нанесения лакокрасочных покрытий. В мире сегодня окрашивают с использованием этой технологии примерно 15 % всех изделий подлежащих окраске, и это число увеличивается.

      Различаются кровельные саморезы не только по размерам и конструкции (см. ниже), но и по цвету лакокрасочного покрытия. Для удобства производителей и потребителей цвета саморезов кодируются по одной из существующих систем обозначения цвета. В мире существует несколько систем обозначения цветовых оттенков. Одной из распространенный в России систем является система цветов финской фирмы Rannila, специализирующейся на производстве металлочерепицы и других кровельных материалов. В связи со специализацией фирмы номенклатура цветов сравнительно невелика, перечень цветов и их обозначения приведены в табл.2.

Tablica 2.JPG
      
Samorezokrashen.jpg
Более мощной и универсальной системой обозначений цветовых оттенков является система (стандарт) RAL. Ее разработал Немецкий Институт Гарантий Качества и Сертификации RAL. В 1927 году по причине постоянных просьб немецких производителей красок институт установил стандарт на цветовое пространство, разделив его на диапазоны и обозначив каждый цвет четырехзначным цифровым индексом, понятным разным областям промышленности. С тех пор по мере появления новых красителей стандарт неоднократно расширялся. Нет возможности привести здесь весь стандарт, т.к. только базовых цветов в нем более 200, на сегодняшний день стандарт включает в себя тысячи цветов и оттенков. Некоторые наиболее распространенные обозначения цветов приведены в табл.3 В мире существуют и другие системы (стандарты) разработанные фирмами производящими краски, например, Pantone (производитель красок для полиграфии и полиграфического оборудования) и др. Эти системы не получили применения в крепежной кровельной технике, и системы RAL и RR являются основными. Надо сказать, что RAL-система является предпочтительнее, т.к. используется не только при оценке цвета кровельных саморезов, но и других крепежных изделий, например, цветных заклепок, декоративных колпачков на крепежные детали и др.
Tablica 3.JPG


Примечание

 Шерардизация [sherardizing] - разно-видн. цинкования, заключ. в нагрев, (при 340+400 °С) стальных изделий в Zn-порошке для получ. диффуз. пов-тного слоя. Ш. проводят во вращ. или качающ. контейнере. Процесс предложен англ, ученым Шерардом Каупер-Колсом (Sherard Cowper-Coles) в 1900 г. и назв. по его имени. 

Полезные ссылки

Каталог "Крепёжные материалы 2011"

ГОСТ 9.303-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору.

ГОСТ 30971-2002 Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия.

Авторский проект Напалкова Александра Валерьевича

Научно-производственное объединение «Защита металлов»

Литература

Журнал «Крепеж, клеи, инструмент и….»

Журнал: Упрочняющие технологии и покрытия

Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов. – М.: Металлургия, 1977. – 431 с.

Вклад участников

Лебедев Вячеслав

Источник

Автор - Клементьев С. В., кандидат технических наук, доцент


Отправить на e-mail
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Мне нравится
8  

Обратная связь
Оставить комментарий
Как разместить статью
Система Orphus
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Для потребителей
Для производителей
Для развития бизнеса
О проекте
Инструменты