С тех пор, как немецкая компания Dörken MKS выпустила свое первое цинк-ламельное покрытие, она стала один из ведущих партнеров в области коррозионной защиты. В данной статье доктор Детлеф Стекерт описывает историю, преимущества, возможные применения и развитие таких систем.
Долговечность, гибкость и постоянное совершенствование лежали в основе успеха цинк-ламельной технологии с 1970-х годов. Во многих отраслях использовали это эффективное покрытие для стальных компонентов, а непрерывные исследования обеспечивали соответствие постоянно растущим требованиям к коррозионной защите. Одно их важнейших достижений: с появлением цинк-ламельных систем, которые затвердевают при комнатной температуре, стало возможно покрывать не только мелкие детали, но и крупные, тяжелые детали, которые нельзя нагревать в печи, а это большое преимущество в таких областях, как электромобильность и мостостроение.
ЧТО ТАКОЕ ЦИНК-ЛАМЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ?
Цинк-ламельные покрытия — это так называемые дисперсионные покрытия, которые можно наносить различными способами. Для небольших деталей, как правило, используется погружение с центрифугированием. После погружения в жидкое покрытие излишки материала отделяют и используют повторно. Оставшееся покрытие поперечно сшивается с деталью в печи; полученный в результате слой содержит примерно 60-70% цинка и до 10% алюминия. При работе с мелкими деталями этот процесс, как правило, повторяется. Это делается для того, чтобы точки агломерации после нанесения первого слоя были надежно покрыты. Чешуйки цинка, как правило, располагаются в полимерной пленке параллельно друг другу и поверхности.
В результате создается первичный барьерный эффект против воздействия влаги и кислорода.
По сравнению с обычными промышленными покрытиями, цинк-ламельные покрытия особенно отличают тем, что тончайшие слои толщиной примерно 8-20 мкм обеспечивают превосходную высокоэффективную защиту от коррозии. Благодаря этому они идеально подходят, например, для покрытия тонких краев гаек и болтовой резьбы без ущерба для посадки деталей. Еще одно преимущество — это неорганические системы связующих, которые сводят к минимуму воздействие отверждения на головки винтов и болтов.
Поскольку при использовании цинк-ламельных систем не генерируется водород, а значит, исключается проблема водородного растрескивания под напряжением, что характерно для других покрытий, эти системы применяются, в частности, для защиты от коррозии высокопрочных болтов и пружинной стали. Помимо мелких деталей (“навалом”), цинк-ламельная технология в настоящее время все больше используется для защиты от коррозии крупных компонентов.
ЧЕШУЙКИ ЦИНКА — ИСТОРИЯ УСПЕХА
Изобретение берет свое начало в небольшой начинающей компании в США, которая продала свою разработку японской фирме Dacral в 1970 году. В 1974 году компания Dacral, входящая в состав Nippon Oil Fat Comp (NOF), приступила к поискам подрядчика для нанесения покрытий в Америке и нашла в итоге Magni. Специалисты Dörken взяли на себя адаптацию технологии Magni в соответствии с требованиями Европейского рынка. В то время уже использовали неорганические системы связующих на основе титаната, хотя для катодной защиты применяли цинковую пыль.
С момента изобретения системы цинковые чешуйки применяли в покрытиях в качестве пигмента. Благодаря “самовосстановлению” или пассивирующему действию ранее успешно применяли системы на основе хрома(VI). Они позволили получить значительно более тонкие покрытия, чем бесхромовые системы, вследствие чего хромовая система Dacromet долгое время занимала монопольное положение в сфере покрытия винтов и болтов. Однако водные системы требуют использования более высокой температуры отжига (300°C). А для бесхроматной системы Delta Tone на основе растворителя, разработанной в компании Dörken, напротив, требуется всего 180-200°C, что является неоспоримым преимуществом.
В 2000 году компании Magni и Dörken прекратили свое сотрудничество, в результате чего на рынке появилось три поставщика, причем третьим была компания Dacral. Примерно за 4-5 лет до вступления в силу директивы 2000/53/EC (которая затрагивает утилизацию автотранспортных средств, вышедших из эксплуатации), примерно в 2002 году, покрытия на основе хрома(VI) были постепенно заменены бесхроматными системами.
РАЗРАБОТКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Цинк-ламельные системы часто корректируются для применения в новых областях и продолжают совершенствоваться, чтобы удовлетворять меняющиеся требования рынка.
Области применения:
Болты и винты: тонкий слой является обязательным условием для покрытия деталей разных размеров. Цинк-ламельные покрытия зарекомендовали себя в этой сфере на протяжении многих лет, они обеспечивают хорошую защиту мелких винтов (<M6) и резьбовых изделий небольших диаметров. Кроме того, эти покрытия полностью отвечают возросшим требованиям к коррозионной защите. Если в 1980 году при испытании в солевом тумане 240 ч считалось стандартным результатом, то сегодня требуется как минимум 720 ч.
Компоненты двигателей: поскольку большинство автотранспортных средств оснащается все более компактными двигателями, требуется более высокий уровень термостойкости. В автомобильной промышленности принято предварительно выдерживать покрытие в течение 4 дней при 180°C с последующим коррозионным испытанием. В отличие от пассивированных гальванических систем, цинк-ламельные покрытия удовлетворяют этому требованию и поэтому являются предпочтительным вариантом для компонентов двигателей.
Крупные компоненты: после успешного применения для мелких деталей задача состояла в том, чтобы использовать цинк-ламельные покрытия для более крупных и тяжелых компонентов. Например, болты M14 уже слишком большие для нанесения покрытия в барабане. Собственный вес деталей (обычно 180 г для болтов M16 x 80) препятствует образованию покрытия и вызывает его повреждение. Поэтому процесс нанесения был адаптирован. В то время как болты (M24-M38), применяемые в ветроэнергетике, по-прежнему можно покрывать методом распыления, детали более сложной формы требуют усовершенствованного подхода. В результате, в 2017 году на опору двигателя (размером в квадратный метр) немецкого люксового лимузина с его сложными конструкциями, отверстиями и насечками нанесли покрытие, используя адаптированный процесс погружения с центрифугированием. Покрытие только одной детали позволило сэкономить 700 г веса по сравнению со стандартным покрытием.
Внешний вид компонентов: одним из самых важных требований производителей оригинальных деталей в автомобильной отрасли был и остается привлекательный внешний вид черных поверхностей и компонентов после рабочих нагрузок и коррозионных испытаний. Контраст черного верхнего покрытия с белым слоем оксида цинка, который образуется при коррозии, вызывает существенное беспокойство. Поскольку при нанесении покрытия на мелкие детали насыпью невозможно избежать повреждения черного верхнего слоя, химический состав цинк-ламельного базового слоя изменили, чтобы замедлить окисление. Это обеспечило два преимущества: снижение неприглядной белой коррозии и более эффективное использование цинка исключительно для катодной защиты компонентов. Это было достигнуто путем адаптации электросопротивления покрытия. В результате была получена черная поверхность, которая после длительного коррозионного воздействия демонстрировала не больше изменений, чем “белая дымка” цинк-никелевых покрытий.
Системы отверждения при комнатной температуре: при работе с некоторыми деталями для нанесения покрытия требуется очень низкая температура отжига (комнатная температура). Это касается, например, деталей в сборе с пластмассовыми компонентами. В этом случае достаточно понизить температуру всего на 20-30°C, в зависимости от характеристик пластмассы.
Обычно это достигается корректировкой технологии нанесения. С крупными компонентами дело обстоит иначе, поскольку они не помещаются в печи или не могут быть нагреты стандартными методами, например, метровые зубья, используемые в строительных кранах, или другие крупные литые стальные детали. Недавно стали применяться системы покрытий, отверждаемые при комнатной температуре, при этом они наносятся методом распыления и обеспечивают превосходную защиту.
Детлеф Стекерт, Компания Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG, Хердекке, Германия;
