Чем обработать машину, чтобы не ржавела: все способы защиты

При изучении всех методов защиты, особенно важно сосредоточиться на ключевом методе — покрытиях из цинка на стальных изделиях и оксидировании (воронении) промышленных сплавов. Поняв механику и различные варианты этих технологий, вы сможете с уверенностью ориентироваться и в других, менее универсальных, но более специфичных областях.

Антикоррозийная защита металла и крепежей

Коррозия представляет собой неизбежный процесс разрушения металла. На поверхности появляются блекло-желтые или ярко-красные пятна ржавчины, которые возникают в местах задержки мельчайших капель влаги. Эта предательская рыжевая пленка особенно активно проявляется в углах, на границах соединения различных деталей и в трещинах сварных швов. Хотя коррозионные процессы могут развиваться медленно в течение многих лет, иногда они могут прогрессировать с такой скоростью, что вам легче будет полагаться на гоночные автомобили. Например, если забыть ключи в мокрой куртке на несколько часов, они могут оказаться полностью покрытыми ржавчиной.

Борьбе с коррозией металлических изделий посвящены многочисленные научные исследования, и эта проблема привлекала внимание многих лучших инженеров, однако универсальное решение так и не было найдено. Каждая технология лишь откладывает момент, когда окисление дойдет до поверхности и начнет распространяться. Даже нержавеющая сталь, вопреки своему названию, может подвергаться коррозии, но для этого требуется более агрессивная среда, чем простая вода.

Для защиты несущих металлоконструкций, деталей механизмов и резьбового крепежа применяются различные подходы. Чтобы уверенно ориентироваться в этих вопросах, достаточно изучить основные профилактические меры борьбы с ржавчиной, а затем расширять свои знания по мере необходимости.

• Антикоррозийная защита металла и крепежей
• Суть защиты металла от коррозии
• Цинкование как основной метод защиты от коррозии
• Гальваническое цинкование
• Горячее цинкование
• Холодное цинкование
• Термодиффузионное цинкование
• Пассивирование цинковых покрытий
• Оксидирование
• Цинк-ламельные покрытия
• Заключение

Суть защиты металла от коррозии

Спектр технологий, направленных на защиту и замедление коррозионного разрушения различных промышленных сплавов, можно условно разделить на несколько категорий:

• Барьерная защита (создание непроницаемого слоя, который предотвратит проникновение окисляющей среды к материалу);
• Электрохимическая защита (осаждение металлических покрытий, которые будут разрушаться в первую очередь, тем самым защищая основной металл);
• Придание поверхностям повышенной стойкости (насыщение верхних слоев материалами, которые повышают устойчивость к коррозии).

К барьерным мерам защиты, прежде всего, следует отнести простое окрашивание. Грунтовка, эмаль или лак создают сплошную пленку, не допускающую прохождения воды и влаги. Чтобы обеспечить полное и качественное покрытие по всем углам и стыкам, используется распыление, формирующее несколько слоев до их полного высыхания.

Тем не менее, слабым местом таких технологий является изнашиваемость лакокрасочных покрытий и их краткосрочность — средний срок гарантированной защиты ограничен 2–3 годами. В сложных условиях эксплуатации, особенно на открытом воздухе, эта защита может оказаться эффективной всего на год, после чего под краской могут появляться ржавые пятна. Кроме того, эмали и лаки чувствительны к температурным перепадам, что еще больше снижает их срок службы — такие покрытия могут сохнуть и трескаться.

Барьерная защита также может проявляться в образовании тонких прозрачных пленок на металлической поверхности, возникших в результате химических реакций, таких как оксидирование или фосфатирование стали, и анодирования алюминия. Толщина этих пленок составляет всего несколько микрон (тысячные доли миллиметра). Однако они подвержены механическому повреждению, например, царапинами или трением, и не применяются в условиях серьезного риска окисления.

Что касается электрохимических покрытий, то это более современный и надежный подход к защите от коррозии. Он основывается на разнице потенциалов между различными металлами, но также включает в себя черты барьерной защиты.

На поверхность изделия осаждается покрытие из другого металла с различным электрическим потенциалом. Этот процесс приводит к образованию гальванической пары, в которой металл покрытия становится анодом и разрушается в контакте с влагой, а основной металл остается нетронутым. Пока на поверхности детали присутствуют даже остатки покрытия, коррозия не сможет проникнуть через него в основной металл.

Ярким примером электрохимической защиты стали является оцинкование. Среди других методов применяются никелирование, хромирование, меднение, кадмирование, оловянирование, а также многослойные покрытия, такие как медь-никель.

Если целью является повышение коррозионной стойкости поверхностных слоев металла без добавления дополнительных покрытий, то применяются методы химико-термической обработки (ХТО). К таким методам относятся:

• Азотирование;
• Нитроцементация (карбонитрирование);
• Силицирование;
• Алитирование;
• Диффузионное хромирование;
• Борирование и другие.

Методы ХТО привлекательны тем, что могут применяться для различных промышленных сплавов, обеспечивая совокупность свойств, включая устойчивость к коррозии, твердость и износостойкость. Однако следует учитывать, что разные материалы реагируют по-разному на насыщение различными веществами. Наилучшие результаты в азотировании наблюдаются у легированных сталей средней углеродистости с содержанием алюминия.

Почему возникает коррозия

Появление ржавчины на металлических изделиях не является признаком низкого качества использованного материала, а скорее естественным процессом. Когда железо вступает в контакт с кислородом, и существует влажная среда (например, влага в воздухе или непосредственно вода), образуется оксид железа. Правильнее говорить, что ржавчина это гидратированный оксид железа и метагидроксид железа.

Но не стоит углубляться в химию и ее аспекты. Нам гораздо важнее понимать, что первый слой ржавчины, появляющийся на железе, не способен защитить подлежащий металл. Поэтому со временем (особенно в условиях повышенной влажности) металлический кузов автомобиля может полностью разрушиться под воздействием коррозии.

Тем не менее, современные научные достижения позволили разработать множество методов, позволяющих предотвратить коррозию. Суть этих методов заключается в устранении возможности прямого контакта железа с кислородом и влагой. Чтобы защитить кузов автомобиля, его покрывают цинком, красками и лаками. Чем толще является слой краски и лака, а также чем более качественно нанесены защитные материалы, тем надежнее будет защита кузова.

На какие проблемные места надо обращать внимание в первую очередь

Однако в процессе эксплуатации автомобиля лакокрасочное покрытие может быть повреждено, и для этого совершенно не обязательно попадать в аварию. Чем старше транспортное средство, тем чаще можно обнаружить небольшие царапины, потёртости и сколы, возникшие от столкновений с камнями или в результате воздействия грязи и песка.

Иногда водитель даже может не заметить повреждение лакокрасочного покрытия. Но даже небольшая трещина или скол может стать причиной начала коррозии кузова. Конечно, одна царапина не приведет к мгновенному разрушению автомобиля, но коррозионный процесс — длительный. Если пренебрегать проблемами, в итоге автомобиль может оказаться под плотным слоем ржавчины.

Существует несколько ключевых проблемных мест, на которые стоит внимательнее взглянуть при осмотре автомобиля. В первую очередь коррозия может обнаруживаться:

• В колесных арках и на крыльях, которые постоянно подвергаются воздействию дорожных реагентов и песка;
• На порогах дверей;
• На передней кромке капота, куда могут лететь камни от автомобилей, идущих впереди;
• На местах соединения различных элементов (например, крыша и передние стойки, крыша и лобовое стекло);
• На участках, которые ранее были повреждены в результате ДТП и восстановлены.

Для предотвращения возникновения коррозии автовладельцы часто прибегают к дополнительным методам защиты кузова.

Как предотвратить появление ржавчины?

Перед тем как ответить на вопросы о том, чем обработать кузов, чтобы он не ржавел, и какова стоимость антикора днища автомобиля, важно рассмотреть превентивные меры, которые помогут снизить вероятность появления коррозии. Если автомобиль используется регулярно, его желательно мыть хотя бы раз в неделю, например, по выходным, особенно зимой, когда под колесами может оказаться множество химических реагентов.

Для предотвращения повреждения лакокрасочного покрытия солями и реагентами не стоит ограничиваться лишь простым смыванием грязи водой. Рекомендуется мыть машину с применением специализированного шампуня, уделяя особое внимание колесам, подвеске и днищу автомобиля.

Чем защитить кузов от коррозии?

Неопровержимо, стоит также обратить внимание на то, чем можно дополнительно обработать кузов автомобиля от коррозии. Несмотря на использование оцинкованного металла в производстве автомобилей и прикладываемый на заводе базовый защитный слой, новой машине сразу после покупки не помешает дополнительная обработка уязвимых мест, таких как швы, места сварки и все доступные, особенно скрытые полости в порогах, дверях и крыльях, специальными составами, например, Динитролом, Тектилом или Мовилем.

Повысить защиту лакокрасочного покрытия также можно, проведя его обработку полиролью. Специалисты рекомендуют осуществлять мягкую полировку автомобиля хотя бы два раза в год, особенно в межсезонье. Сильную полировку с использованием абразивных паст, которые удаляют верхний слой лака, рекомендуется выполнять от 1 до 3 раз за весь срок службы автомобиля. Также препятствием на пути воды и химических веществ к кузовному металлу может служить антигравийная защитная пленка, которая наклеивается на отдельные участки или даже на весь кузов автомобиля.

Другие публикации

Современные лакокрасочные материалы (ЛКМ) способны решать комплексные задачи защиты поверхностей, возникающие при эксплуатации конструкций в жестких условиях, а также придавать специальный функционал различным материалам.

Кожа, в которой я живу

Помимо оксидных и металлических покрытий, также можно использовать такие средства как эпоксидные смолы, лаки и краски. Некоторые из этих покрытий обеспечивают механическую защиту, препятствуя контакту металла с водой и кислородом, в то время как другие могут замедлять коррозию благодаря реакциям с кислородом. Однако у всех этих покрытий есть две общие проблемы.

Во-первых, они изменяют свойства поверхности металла, такие как проводимость и каталитическая активность. Для конструкционных материалов это может не иметь критического значения. Однако при поисках оптимального покрытия для металлических электродов, которые одновременно защитят от коррозии и не будут мешать работе электродов, ученым приходится испытывать множество материалов. Например, для защиты никелевого анода для электролиза морской воды от коррозии, вызванной хлоридами, применялся слой сульфида никеля с добавками интерметаллических соединений никеля и железа. Отрицательно заряженные сульфидные группы отталкивают хлорид-ионы, предотвращая их накопление на аноде и тем самым защищая его. В то же время наличие соединений никеля и железа обеспечивает проводимость анода, позволяя ему выполнять свою основную функцию.

Во-вторых, все защитные покрытия также подвержены разрушению со временем. Ученые и инженеры стремятся к созданию покрытий, которые можно легко обновлять или даже такие, что смогут восстанавливаться самостоятельно. Например, китайские материалы создали покрытие на основе полимеризованного силоксана (силиконового масла) с добавлением микрокапсул из восстановленного оксида графена. При нанесении такие микрокапсулы адсорбируют часть масла внутрь себя, формируя связанную структуру пленки. Если пленка повреждена, масло высвобождается из капсул, заполняя образовавшиеся пустоты и восстанавливая связь между элементами структуры.

Интересно, что в роли самовосстанавливающегося покрытия может использоваться даже пленка бактерий. Некоторые бактерии являются полезными для металлов, и заселив поверхность правильными типами бактерий, можно предотвратить их негативное воздействие, а также влияние нежелательных химических веществ. Например, в одном из недавних исследований, проведенных учеными из Китая, пленка бактерий Bacillus cereus замедлила коррозию углеродистой стали. Эти бактерии поглощают растворенный в воде кислород и образуют на поверхности стали защитный биоминеральный слой, что значительно снижает скорость переноса электрического заряда.

Отделить зерна от плевел

Однако стоит отметить, что интересные процессы происходят не только на поверхности металла. На скорость коррозии влияет также его состав, включая как количество и виды добавок, так и упаковку атомов в кристаллической решетке.

В чистом виде железо имеет три кристаллические модификации, но при привычных условиях термической обработки стабильной является только одна — α-Fe с объемно центрированной кристаллической решеткой. Остальные модификации могут быть стабильны только при температурах выше 700 градусов Цельсия. Различные добавки, такие как никель и хром, помогают стабилизировать другую кристаллическую модификацию железа — γ-Fe с гранецентрированной кристаллической решеткой. Множество коррозионностойких сталей существует в виде твердых растворов на основе γ-Fe. Такие сплавы называют аустенитными, тогда как сплавы на основе α-Fe — ферритными.

Химический состав зависит от количества добавок, а фазовый — от методов и режимов термической обработки. В некоторых случаях состав не является однородным по всему материалу. На границах крупных кристаллитов аустенита (так называемых зерен) может образовываться другая фаза: феррит, интерметаллиды или цементит (Fe₃C). Коррозионные процессы в таких материалах могут протекать неравномерно, что приводит к вероятному возникновению межкристаллитной коррозии.

Изучением фазового состава и его влияния на коррозионную устойчивость занимаются сотрудники лаборатории жаростойких коррозионных сплавов на основе никеля и железа Уральского федерального университета под руководством кандидата технических наук Аркадия Жилякова.

Преимуществами никелевых и желязно-никелевых сплавов являются их высокая коррозионная стойкость. Они стойки в различных средах — от слабокислых растворов до кипящих концентрированных кислот, — отмечает Аркадий Жиляков. Еще одно преимущество, добавляет он, состоит в том, что разработано множество марок с различным химическим составом, что позволяет специалистам создавать новые материалы без необходимости начинать с нуля.

Тем не менее такое разнообразие марок сплавов не подразумевает завершенности исследования, и все процессы формирования структуры и свойств этих сплавов продолжают тщательно изучаться. Сотрудники лаборатории все еще находятся в процессе открытия новых фактов о фазо- и структурообразовании сплавов и о том, каким образом структурные факторы влияют на их коррозионное поведение.

Например, мы ищем материалы с оптимальным сочетанием коррозионной стойкости и конструктивной прочности. В некоторых сплавах выделение интерметаллидов или карбидов на границах зерен может снижать коррозионную стойкость, хотя прочность может немного увеличиваться из-за того, что выделенные частицы прочнее матрицы, — объясняет Жиляков. В других же случаях выделение дисперсных частиц упорядоченной фазы может способствовать резкому увеличению как прочности, так и коррозионной стойкости. Однако в то же время возможно ухудшение пластичности и устойчивости к трещинам, что делает материал хрупким.

В дополнение к уже известным коррозионно-устойчивым сталям с добавками углерода, хрома, никеля и других элементов, ученые также исследуют сплавы на основе никеля, добавляя к ним железо, хром, молибден и вольфрам.

В поиске оптимального химического и фазового состава исследователи прибегают к методам термодинамического моделирования, а для контроля фазового состава активно применяются аддитивные технологии — система 3D-печати. Данные методы позволяют быстро нагревать материал, например, с помощью лазера, что приводит к получению сплавов с уникальными свойствами, которые невозможно получить с помощью традиционного плавления.