Газотермическое и термическое напыление: технологии защиты стальных конструкций
Термическое напыление металлических покрытий – это процесс нанесения расплавленного металла на основу. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы могут быть разными, но главное, что в результате напыления остается тонкое, устойчивое к коррозии и абразивному действию покрытие, которое сохраняет свойства конструкции.
Процесс газотермического напыления металлов является прекрасным средством для антикоррозионной защиты стали. Этот метод покрытия успешно конкурирует и со сравнительно недорогими покрытиями ограниченного срока действия, и с дорогими органическими покрытиями, такими как эпоксидные, полиуретановые и мочевинные системы.
Процесс газотермического напыления металлов является прекрасным средством для антикоррозионной защиты стали. Этот метод покрытия успешно конкурирует и со сравнительно недорогими покрытиями ограниченного срока действия, и с дорогими органическими покрытиями, такими как эпоксидные, полиуретановые и мочевинные системы.
Общий процесс газотермического напыления
Общий процесс термического напыления состоит в нанесении высокоэффективных коррозионостойких алюминиевых, цинковых, алюминиево-цинковых материалов направленным высокоскоростным и высокотемпературным газовым потоком. Осаждаемые на поверхности стальных металлоизделий покрытия формируются из расплавленных и затвердевших частиц напыляемого металла.
Существует несколько способов металлизации, отличающихся друг от друга видом сырья, способом плавления напыляемого металла, конструкцией аппаратов и источником применяемой энергии. Но все они базируются на общей принципиальной схеме, включающей следующие операции: подача металла к месту плавления, нагревание металла до расплавления, диспергирование напыляемого металла, придание металлическим частицам значительной скорости, удар быстродвижущихся частиц о поверхность металлизируемого изделия, охлаждение закрепившихся частиц и всего покрытия в целом.
Стадии и метод напыления
Что же происходит в процессе газодинамического напыления? В его основе лежит создание потоков высокотемпературных газов (температура газовой струи регулируется от 1000 до 3000 ˚С в зависимости от режимов работы), движущихся со скоростью более 1000 м/с. При этом напыляемый материал, будь то стержень, проволока или порошок, проходит три стадии: первая – нагревание, плавление; вторая – формирование потока распыленных частиц, их направленное ускоренное перемещение, химический и энергетический обмен с окружающей средой; третья – взаимодействие с материалом подложки и формирование покрытия (толщиной до 500 мкм).
В процессе применения метода электродугового напыления происходит более точное дозирование проволоки и хорошее прилегание покрытия к поверхности. Данный метод применяется, обычно, для больших участков.
Метод газотермического напыления прекрасно подходит для обработки труднодоступных участков. Хорошая адгезия наносимого покрытия к защищаемой поверхности (не менее 90÷110 кг/кв.см) обусловлена высокой температурой и скоростью струи расплавленного металла, способствующих диффузионному проникновению легкоплавких металлов в обрабатываемую стальную поверхность.
При металлизации вручную на обрабатываемую поверхность последовательно наносятся параллельно перекрывающиеся полосы. Для уменьшения разнотолщинности покрытие наносится в несколько слоев. При этом каждый последующий проход осуществляется в направлении, перпендикулярном предыдущему. Этот механизм нанесения схож с окраской безвоздушным способом.
Характеристики напыляемых покрытий
Важными характеристиками напыляемых покрытий является пористость и газопроницаемость.
С увеличением расстояния до защищаемой поверхности происходит повышение пористости. Это связано с тем, что с увеличением расстояния происходит снижение температуры частиц в момент соударения с основой и их скорости. Однако следует отметить, что при нанесении с небольших расстояний, соответствующих образованию плотного покрытия с малой пористостью, может произойти перегрев и деформация основы. Кроме того, при напылении на малых расстояниях возникают трудности, связанные с получением ровной поверхности покрытия.
С увеличением толщины покрытий (за исключением алюминия) их газопроницаемость уменьшается. Для получения качественного покрытия необходимо нанесение оптимальной толщины металлизационного покрытия.
Для защиты сооружений, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, или аппаратуры, работающей в сильноагрессивных средах, применяют металлизацию с последующим покрытием лакокрасочными материалами. Это резко увеличивает срок службы покрытия и устраняет один из его недостатков – наличие пор в верхних слоях. Благодаря пропитке микропоры закупориваются и вещества, вызывающие коррозию, не проникают вглубь металлизационного слоя.
Цинковые и алюминиевые покрытия
В настоящее время в качестве противокоррозионных покрытий различных конструкций наиболее широко применяются цинковые и алюминиевые покрытия. Использование этих металлов объясняется относительно низкой температурой плавления и электрохимическим характером защиты.
Цинковое (металлизационное) покрытие по отношению к стали, во всех случаях ведет себя как анод и обладает теми же защитными свойствами, что и цинковые покрытия, полученные другими способами. Цинковые покрытия эффективны в средах с рН=6÷11, в щелочных же растворах с рН>12 и кислотах они неустойчивы. Коррозионная стойкость металлизационного цинкового покрытия по существу аналогична стойкости однородного металла, его долговечность является функцией толщины покрытия.
Цинковые покрытия (толщина 80÷360 мкм) обычно используют для защиты стальных конструкций (мосты, башни, резервуары для хранения воды, трубопроводы, различное шахтное оборудование, газовые емкости, моечные устройства, воздуходувки, насосы, перила и др.) от атмосферных воздействий, а так же от действия пресной и соленой воды.
Алюминиевые покрытия коррозионостойки как в обычных атмосферных условиях, так и в среде, содержащей сернистые газы, пары и газы при высоких температурах, в горячей и мягкой воде, в аммиачных растворах и многих кислотах. Защита стальных конструкций алюминием в окислительных средах обусловлена главным образом закупоркой пор покрытия пленкой из оксида алюминия.
Преимущества и недостатки метода
Во многих случаях напылённый алюминий можно оставлять незащищённым, без использования укрепляющих материалов. С применением укрепляющих материалов, цинковое покрытие является хорошей долгосрочной системой.
Использование сплава алюминия с 5% магнием является прекрасной альтернативой покрытию краской. Данный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, которые находятся на палубе корабля.
Термически напыляемый алюминий хорошо использовать для заводского оборудования, работающего при высоких температурах. В отличие от покрытия поверхности краской, изделия с термически запыленным покрытием можно использовать почти сразу же после проведения работ. Если наносить покрытие на отдельные детали, то повреждений при монтаже будет меньше. Термический метод позволяет напылять покрытие на любую часть изделия, и даёт возможность осуществлять сборку, монтаж и ремонт в короткие сроки.
Главное достоинство газотермического метода нанесения покрытия – возможность напыления металла в широком диапазоне температур. Например, лакокрасочные материалы наносятся обычно при положительных температурах, как правило, от плюс 5°С до плюс 30°С. Существуют ЛКМ, нанесение которых возможно при отрицательных температурах (до минус 10÷15°С), но даже сами производители краски для эффективной защиты рекомендуют наносить покрытие в более мягких условиях.
Имеется практический опыт по нанесению газотермических покрытий при температурах до плюс 40°С (город Алма-Ата, Казахстан). А в зимнее время – до минус 25°С город Когалым, ХМАО. Это покрытие «выстояло» зиму при температуре до минус 60°С, а в резервуарах с лакокрасочным покрытием произошло растрескивание.
Еще одним из преимуществ газотермических покрытий является возможность нанесения их в зоне переменного смачивания. Отвод вод на незначительное время позволяет успеть подготовить поверхность и нанести покрытие, не требующее время на формирование.
Эффективность газотермического метода зависит от качества подготовки поверхности, степени ее чистоты и шероховатости. Для получения качественного покрытия необходима абразивоструйная очистка поверхности не ниже Sa 2½ - Sa 3 по ИСО 8501-1, профиль поверхности в пределах 30-60 мкм. Это одно из «неудобств» газотермических покрытий, так как другие виды покрытий могут наноситься и на менее подготовленные поверхности.
Исследование процесса коррозии
Американским сварочным обществом
Результаты данного исследования следующие:
- Алюминиевое покрытие толщиной 0.08-0.15 мм, как с применением уплотнительных материалов, так и без, обеспечивают полную антикоррозийную защиту металла-основы в течение 19 лет в морской воде и в жёсткой морской и промышленной атмосфере;
- Цинковое покрытие без использования уплотнительных материалов должно быть 0.30 мм толщиной для того, чтобы обеспечить полную защиту поверхности в морской воде в течение 19 лет. В жёсткой морской и промышленной атмосфере, покрытие цинка толщиной 0.23 мм без использования уплотнительного материала и 0.08-0.15 мм с использованием уплотнительного материала, обеспечивают антикоррозийную защиту в течение 19 лет;
- В условиях воздействия жёсткой морской атмосферы, необходимо нанести 1 слой промывочного раствора и добавить 1-2 слоя винил алюминия. Это улучшит внешний вид изделия и продлит срок службы цинкового покрытия почти на 100%. Использование уплотнительного материала вместе с алюминием улучшает внешний вид, как при использовании уплотнительных материалов, так и без, на металле-основе не появляется ржавчины в течение 19 лет. Тонкий слой термически запыленного алюминия является более эффективным, оно имеет меньшую тенденцию к образованию вздутий, и, следовательно, имеет более долгий срок службы.
В тех случаях, когда после использования алюминиевого покрытия возникают физические повреждения, такие как царапины, коррозия не прогрессирует, это означает, что необходима гальваническая защита.
Автор: Светлана Казанцева,
по материалам ПТО ООО «Промзащита».
Статья опубликована в журнале
«ОЧИСТКА. ОКРАСКА» (№2, 2007).
ANTICOR
оборудование для газотермического напыления антикоррозийных покрытий (цинк, цинк + алюминий)
Мы являемся производителями инновационного мобильного высокоэффективного оборудования для очистки и нанесения защитного покрытия (цинк, цинк/алюминий) на металлические поверхности. Одна установка может производить обе операции: подготовить поверхность для нанесения и нанести защитное покрытие.
Звоните прямо сейчас!
Будем рады сотрудничеству!
+7 (903) 001-888-3
tomaks@mail.ru
tomaks@mail.ru
Ключевые особенности
- 1Экономия средствБлагодаря технологичности, практичности и высокой эффективности оборудование ANTICOR быстро себя окупает, и вы сможете оптимизировать свои расходы.
- 2Отечественное производствоУстановка разработана и создана на территории России. Вы имеете возможность напрямую обращаться к производителю по любым вопросам.
- 3Пористость антикоррозионных покрытийПористость алюминия, цинка, их смесей — менее 2%. Адгезионная прочность антикоррозионных покрытий — до 60 Мпа.
- 4Установки различной производительностиРазработаны и изготавливаются установки различной производительности по расходу потребляемого воздуха от 1 куб. м / мин до 6 куб. м / мин.
Оставьте ваши контакты,
и мы вам перезвоним!
и мы вам перезвоним!
Статьи по антикоррозийной защите, цинкованию, газотермическому напылению:
Другие направления нашей деятельности
ANTICOR POLY
Портативная установка для газопламенного нанесения высокомолекулярного полиэтилена и термопластичных красок.
ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНАЯ МЕТАЛЛООБРАБОТКА НА ПРУТКОВОМ АВТОМАТЕ С ЧПУ
Серийное и мелкосерийное изготовление деталей по чертежам и образцам.
- Производство деталей диаметром до 30 мм и длиной до 380 мм
- Точность обработки деталей: по диаметрам 0,008−0,02 мм, по длине до 0,020 мм
Thermal and gas-thermal spraying
Thermal spraying of metal coatings is the process of applying molten metal to a substrate. Both the application methods used and the metals themselves can vary, but the key is that the spraying process leaves a thin, corrosion and abrasion resistant coating that maintains the properties of the structure.
The process of gas-thermal spraying of metals is an excellent means of corrosion protection for steel. This coating method competes successfully with both relatively inexpensive limited life coatings and expensive organic coatings such as epoxy, polyurethane and urea systems.
General process of gas thermal spraying
The general process of thermal spraying consists of deposition of highly effective corrosion-resistant aluminum, zinc, aluminum-zinc materials by a directed high-speed and high-temperature gas stream. Coatings deposited on the surface of steel metal products are formed from molten and solidified particles of the sprayed metal.
There are several methods of metallization, differing from each other in the type of raw materials, the method of melting the sprayed metal, the design of apparatus and the source of applied energy. But all of them are based on a common basic scheme, including the following operations: feeding metal to the melting point, heating the metal to melting, dispersing the sprayed metal, giving metal particles a significant speed, the impact of fast-moving particles on the surface of the metallized product, cooling of the fixed particles and the coating as a whole.
Stages and method of sputtering
What happens in the process of gas dynamic spraying? It is based on the creation of high-temperature gas streams (the temperature of the gas jet is controlled from 1000 to 3000 ˚C depending on the operating modes) moving at a speed of more than 1000 m/sec. At the same time, the sprayed material, whether it is a rod, wire or powder, passes through three stages: the first - heating, melting; the second - the formation of a stream of atomized particles, their directed accelerated movement, chemical and energy exchange with the environment; the third - interaction with the substrate material and the formation of a coating (up to 500 microns thick).
In the process of application of the arc spraying method, the wire dosing is more precise and the coating adheres well to the surface. This method is usually used for large areas.
The gas-thermal spraying method is well suited for hard-to-reach areas. Good adhesion of the applied coating to the protected surface (not less than 90÷110 kg/sq.cm) is caused by high temperature and speed of the molten metal jet, contributing to diffusion penetration of fusible metals into the treated steel surface.
When metallizing by hand, parallel overlapping strips are successively applied to the surface to be treated. To reduce the thickness variation, the coating is applied in several layers. Each subsequent pass is applied in a direction perpendicular to the previous one. This application mechanism is similar to airless painting.
Characteristics of sprayed coatings
Important characteristics of sprayed coatings are porosity and gas permeability.
As the distance to the surface to be protected increases, the porosity increases. This is due to the fact that as the distance increases, the temperature of the particles at the moment of impact with the substrate and their velocity decrease. However, it should be noted that when applying from small distances corresponding to the formation of a dense coating with low porosity, overheating and deformation of the substrate may occur. In addition, when spraying at short distances, there are difficulties associated with obtaining an even coating surface.
As the thickness of coatings (except aluminum) increases, their gas permeability decreases. In order to obtain a quality coating, it is necessary to apply the optimum thickness of metallization coating.
To protect structures designed for a long service life or equipment operating in highly aggressive environments, metallization with subsequent coating with paint and varnish materials is used. This dramatically increases the service life of the coating and eliminates one of its disadvantages - the presence of pores in the upper layers. Thanks to the impregnation, the micropores are plugged and corrosion-causing substances do not penetrate deep into the metallization layer.
Zinc and aluminum coatings
Currently, zinc and aluminum coatings are most widely used as anticorrosive coatings for various structures. The use of these metals is due to the relatively low melting point and electrochemical nature of protection.
Zinc (metallization) coating in relation to steel, in all cases behaves as an anode and has the same protective properties as zinc coatings obtained by other methods. Zinc coatings are effective in media with pH=6÷11, in alkaline solutions with pH>12 and acids they are unstable. Corrosion resistance of metallization zinc coating is essentially similar to the resistance of homogeneous metal, its durability is a function of coating thickness.
Zinc coatings (thickness 80÷360 microns) are usually used to protect steel structures (bridges, towers, water storage tanks, pipelines, various mining equipment, gas tanks, washing equipment, blowers, pumps, railings, etc.) from atmospheric effects, as well as from the action of fresh and salt water.
Aluminum coatings are corrosion-resistant both in normal atmospheric conditions and in the environment containing sulfuric gases, vapors and gases at high temperatures, in hot and soft water, in ammonia solutions and many acids. Protection of steel structures by aluminum in oxidizing environments is mainly due to the clogging of coating pores by a film of aluminum oxide.
Advantages and disadvantages of the method
In many cases, sprayed aluminum can be left unprotected without the use of reinforcing materials. With the use of reinforcing materials, zinc plating is a good long-term system.
Using an aluminum alloy with 5% magnesium is an excellent alternative to paint coating. This alloy is an effective coating for offshore platforms and parts that are on the deck of a ship.
Thermally sprayed aluminum is good to use for factory equipment that operates at high temperatures. Unlike surface coating with paint, thermally sprayed products can be used almost immediately after the job is done. If the coating is applied to individual parts, there will be less damage during installation. The thermal method allows the coating to be sprayed on any part of the product, and makes it possible to carry out assembly, installation and repair in a short time.
The main advantage of the gas-thermal method of coating is the possibility of spraying metal in a wide range of temperatures. For example, paintwork materials are usually applied at positive temperatures, usually from plus 5°C to plus 30°C. There are paints and varnishes, the application of which is possible at negative temperatures (up to minus 10÷15 ° C), but even the paint manufacturers themselves recommend applying the coating in milder conditions for effective protection.
There is practical experience in applying gas-thermal coatings at temperatures up to plus 40°C (Alma-Ata, Kazakhstan). And in winter time - up to minus 25°C in the city of Kogalym, Khanty-Mansi Autonomous Okrug. This coating “withstood” the winter at temperatures up to minus 60°C, and cracking occurred in the tanks with paint coating.
Another advantage of gas-thermal coatings is the possibility to apply them in the zone of variable wetting. Diverting water for a small amount of time allows time to prepare the surface and apply a coating that does not require time to form.
The efficiency of the gas-thermal method depends on the quality of surface preparation, its degree of cleanliness and roughness. To obtain a quality coating it is necessary to abrasive blast clean the surface not lower than Sa 2½ - Sa 3 according to ISO 8501-1, surface profile within 30-60 microns. This is one of the “inconveniences” of gas-thermal coatings, as other types of coatings can also be applied to less prepared surfaces.
Research on corrosion by the American Welding Society
The results of this study are as follows:
- Aluminum coatings 0.08-0.15 mm thick, both with and without the use of sealants, provide complete corrosion protection of the base metal for 19 years in seawater and in harsh marine and industrial atmospheres;
- The zinc coating without sealants shall be 0.30 mm thick to provide full surface protection in seawater for 19 years. In harsh marine and industrial atmospheres, a zinc coating thickness of 0.23 mm without sealant and 0.08-0.15 mm with sealant shall provide corrosion protection for 19 years;
- When exposed to harsh marine atmospheres, apply 1 coat of wash solution and add 1-2 coats of vinyl aluminum. This will improve the appearance of the product and extend the life of the zinc coating by almost 100%. Using sealer material along with aluminum improves the appearance, both with and without sealer material, no rust appears on the base metal for 19 years. A thin layer of heat-dusted aluminum is more effective, it has less tendency to blister, and therefore has a longer life.
In cases where physical damage such as scratches occurs after the aluminum coating is used, corrosion does not progress, meaning galvanic protection is necessary.
Author: Svetlana Kazantseva,
according to the materials of PTO LLC “Promzaschita”.
The article was published in the magazine
“CLEANING. COLORING” (NO. 2, 2007).