Специализированная “суперсталь” HARDOX

Производитель — фирма SSAB Oxelosund AB позиционирует этот продукт как «чрезвычайно устойчивый к любым видам износа: при трении и ударе, при трении скольжения, к деформационному износу». По прочности сталь HARDOX превосходит другие свариваемые стали, а по значению ударной вязкости сравнима с обычными конструкционными сталями. Сталь легко обрабатывается, изгибается и сваривается. Несмотря на высокие прочность и ударную вязкость листовой стали HARDOX, можно использовать обычные цеховые методы обработки, чтобы изготовить из нее требуемую деталь или конструкцию. Сочетание отсутствия примесей и очень точные допуски по толщине позволяют гнуть листовую сталь HARDOX. Любая листовая сталь HARDOX пригодна для газовой резки. Невысокое содержание легирующих элементов позволяет использовать сварку листов стали всеми известными методами. Допустимая механическая обработка — сверление, цилиндрическое зенкование, коническое зенкование, нарезка резьбы и фрезерование. При этом сварку листов, например, HARDOX 400 толщиной 20 мм можно вести без предварительного нагрева, при комнатной температуре.

Возьмем для анализа HARDOX 550. Эта марка стали может успешно применяться на горном оборудовании, работа которого проходит в жестких условиях, вызывающих общий повышенный износ узлов и конструкций. HARDOX 550 представляет собой среднелегированную конструкционную сталь. Цифровой индекс обозначает твёрдость стального листа по Бриннелю (НВ). Хорошо сбалансированный химический состав Hardox плюс проработанная технология закалки позволяют получить очень качественный продукт — износостойкую сталь с хорошей ударной вязкостью и высокой прочностью. Предел прочности HARDOX 550 после термообработки составляет 1700 МПа, предел текучести (физический) — 1400 МПа (для сравнения: предел прочности стали 30ХГСНА после полной закалки и отпуска составляет 1750 МПа). Именно высокий предел текучести имеет наиболее важное значение для использования стали и сплавов в промышленности.

Введение таких легирующих элементов, как никель, хром, марганец и молибден, помогает значительно повысить механические свойства стали HARDOX после закалки, при этом ее стоимость ввиду незначительного объема легирующих добавок (самые дорогие – никель и молибден, но их суммарное содержание не превышает 2%) ненамного дороже, чем среднеуглеродистой конструкционной стали. Состав в некоторой степени напоминает высокопрочные стали хромансиль (например, 30ХГСНА), применяемые для изготовления узлов и рам ответственного назначения в машинах.

Как утверждают коммерческие представители фирм-дилеров SSAB Oxelosund AB, применение стали HARDOX при изготовлении экскаваторных ковшей позволяет продлить срок службы последних более, чем в четыре раза по сравнению с ковшами из конструкционной легированной стали типа 10ХСНД. Такое сравнение довольно спорно, так как, например, у карьерных экскаваторов передняя стенка с режущей кромкой и днище ковша изготавливается из стали марки 110Г13Л (литье). Такая сталь после соответствующей термической обработки приобретает высокую твердость без снижения пластичности, обрабатывается лучше углеродистой, обладает высоким сопротивлением износу. Для достижения лучших параметров резания выбирается сложная форма режущей кромки ковшей, то есть необходимо изготавливать элементы сложной конфигурации. Лучшим способом изготовления здесь выступает, естественно, литье. Толстолистовая сталь HARDOX может применяться для изготовления боковых стенок карьерных экскаваторов, вваривания ремонтных пластин в днище и стенки ковшей драглайнов, при сооружении течек, приемных бункеров и как далее.

 Постоянное совершенствование продукции

Сталь HARDOX впервые начала изготавливаться в 1970-х годах, в течение последующего времени ещё качество постоянно улучшалось. Сталь имеет шесть классов твёрдости (по Бринеллю): 350 HB, 400 HB, 450 HB, 500 HB, 550 HB и 600 HB, её прочность обеспечивается эффективной закалкой и отпуском, выполняемыми на разработанной компанией SSAB линии закалки стали в воде. Этот постоянно совершенствующийся технологический процесс позволяет получать очень прочную листовую сталь и пластичный лист при небольшом содержании легирующих добавок. В результате лист получается ударостойким и может выдерживать большие напряжения при работе машины даже в условиях очень низких температур.

Несмотря на высокий уровень твёрдости, сталь HARDOX легко обрабатывается в цехах по ремонту машин, а низкие значения углеродного эквивалента позволяют без проблем производить сварочные работы. Лист легко режется газовой, плазменной или лазерной резкой. Однородное качество и чистота делают сталь удобной для стыкования и сваривания швов. Эти качества также позволяют выполнять механическую обработку без специального оборудования. Конечно, при увеличении твёрдости листа возрастают трудности его механической обработки. Но даже самые твёрдые марки стали HARDOX можно успешно резать, сваривать и обрабатывать на металлорежущих и обрабатывающих станках.

Применение стали HARDOX в карьерной и вспомогательной технике

Благодаря сочетанию технологичности, прочности и других свойств, таких как вязкость и пластичность, сталь HARDOX прекрасно подходит для широкого применения в горной промышленности, от кузовов самосвалов и ковшей экскаваторов, до дробилок и мельниц. Чем выше твёрдость руды и горных пород, тем больше выгода от использования сталей HARDOX.

• Упрочение ковшей гидравлических экскаваторов

Наружные боковые плоскости ковша экскаватора наиболее подвержены истирающему и ударному видам износа практически по всей площади их поверхности. Учитывая размеры и мощность современных ковшей, правильное применение износостойкой обшивки увеличит интервалы обслуживания и позволит избежать незапланированных простоев экскаватора вследствие ремонта ковша. Боковые стенки и кромки, углы, днище ковша можно защитить от ударного и истирающего видов износа с помощью наварных стержней, выполненных из HARDOX 500 и имеющих после установки максимальную твёрдость, не требуя достижения полной твёрдости, как в случае с марганцевыми сталями. Для замены изношенной режущей кромки ковша предпочтительной является сталь HARDOX HiTuf, которая имеет прекрасное сочетание свойств ударная вязкость/прочность.

Внутренняя поверхность передней и боковых стенок ковша экскаватора подвержена наибольшему износу. Наваренные на эти поверхности полосы из HARDOX 500 или HARDOX 550 способны наилучшим образом защитить их от износа. Полосы могут плотно прилегать друг к другу так, чтобы не было продольных зазоров. Сварка в пазах в поперечном направлении обеспечивает защиту от разрушения сварных швов при наполнении ковша горной породой. При загрузке и разгрузке ковша его днище подвергается особенно сильному истиранию. Наибольший износ наблюдается на нижней части кромки днища, поскольку в этом месте горные породы зависают при выгрузке в кузов транспортного сосуда. В этой области днища обшивка из HARDOX 500 и HARDOX 550 обеспечивает максимальную защиту от ударного и абразивного видов износа.

• Упрочнение ковшей экскаватора типа прямая лопата

Наружная стенка ковша подвергается износу при ударе и скольжении во время черпания породы, особенно в нижней части стенки. Стержни износа из HARDOX 500, приваренные поперечно потоку зачерпывания горной породы, защищают эту область, а также угловые сварные швы, от абразивного износа. Углы ковшей экскаваторов типа прямая лопата не закруглены, как у ковшей мехлопат с канатным и реечным ковшами, а имеют угол, близкий к прямому. Эти части ковшей подвергаются наибольшему износу при ударе и скольжении зачерпываемой горной породы, боковые стенки ковша могут быть эффективно защищены с помощью полос из HARDOX 500.

Плоскость внешней стороны передней стенки ковша испытывает наибольшее истирающее воздействие. Кроме того, передняя стенка изнашивается от ударов крупных кусков породы при наполнении ковша в забое. На внутренней поверхности задней стенки ковша полосы из HARDOX 500 привариваются параллельно линии передней режущей кромки, что обеспечивает максимальную защиту его и сварных швов от износа.

Наружные и внутренние поверхности боковых стенок ковша и кромок подвергаются ударному воздействию при внедрении ковша в навал горной породы или в массив забоя, а также истирающему износу при попадании породы в ковш. Защитная обшивка из HARDOX 500 обеспечивает необходимую защиту ковша от этих двух видов износа. Внутренняя поверхность задней стенки основания ковша воспринимает удары от породы при его наполнении, а при разгрузке породы эта поверхность подвергается истирающему износу. Листы из HARDOX 500 позволяют обеспечить основанию ковша максимальную защиту от ударного и истирающего при скольжении породы износа.

Во время рабочего цикла экскавации и разгрузки ковша днище подвергается сильному ударному и истирающему износу. Нижняя кромка ковша подвергается наибольшему износу во время разгрузки, когда горные породы из ковша быстро перемещаются через эту кромку. Поэтому, для защиты кромки от этих видов износа, привариваются полосы из стали HARDOX 500, поперечно направлению движения горных пород при разгрузке ковша.

• Упрочнение ковша драглайна

До недавних пор ковши драглайна выполнялись только литыми. Сегодня сложилась тенденция использования в конструкции ковша вместо литых деталей износостойкие пластины. Ковши драглайна – это крупное и технологически сложное оборудование, подверженное высоким напряжениям и сильному износу. Поэтому к материалу ковша предъявляется строгое требование по уровню твёрдости и ударной вязкости, которым отвечают стали HARDOX 400 и HARDOX 450. В процессе ремонта ковша драглайна изношенные и повреждённые участки его поверхности вырезаются и заменяются на новые, выполненные из сталей HARDOX.

• Упрочнение ковша погрузчика

Режущая кромка ковша подвергается наибольшему износу от ударов и истирающих нагрузок. Кроме того, при каждом рабочем цикле она изгибается. Поэтому к материалу режущей кромки предъявляются строгие требования по твёрдости и ударной вязкости. Выбор материала для режущей кромки зависит также от ее толщины и геометрических размеров ковша. Для режущих кромок толщиной до 60 мм, можно использовать HARDOX 400, HARDOX 450 или HARDOX 500. Для кромок большей толщины предпочтительно использовать HARDOX HiTuf.

Передняя стенка ковша фронтального погрузчика подвергается постоянному износу при ударе и скольжении по разрабатываемым горным породам. Дно ковша требует защиты от износа по всей поверхности. Защитные полосы из износостойкого листа приваренные — между зубьями, за козырьком, а также на опорных пластинах с обратной стороны ковша, могут быть выполнены из HARDOX 500, что обеспечит надёжную защиту от ударного и истирающего износа.

В ковшах большего размера пластины защитной оболочки и между зубьями обычно укрепляются на штифтах, также как и литые или кованые резцы в боковых и нижней частях стенок. При необходимости листы стали HARDOX 500 могут быть разрезаны на пластины нужных размеров в ремонтно-механическом цехе предприятия. Ковши самых мощных карьерных погрузчиков оборудуются широкими нотами, укрепляемыми в боковых стенках ковша, предназначение которых – расчистить пути движения колёс погрузчиков при черпании и движении по забою и предотвратить порезы шин. Ножи могут также облицовываться пластинами из стали HARDOX 400. Внутренние поверхности передней и задней стенок ковша могут быть защищены листами из HARDOX 500 или HARDOX 550, а боковых стенок – из HARDOX 500. Наружная поверхность передней стенки и боковин ковша могут быть обшиты стальными листами из HARDOX 500.

• Упрочнение рабочего оборудования бульдозеров и рыхлительно-бульдозерных агрегатов

Рабочим оборудованием бульдозеров обычно являются бульдозерный отвал и рыхлительный зуб. Режущие кромки и бока отвала бульдозера подвержены ударному и истирающему износу. Эти детали могут быть выполнены из HARDOX 500, что позволяет продлить срок их службы. Хорошая механическая обрабатываемость HARDOX 500 позволяет выполнять требуемую коническую зенковку отверстий под крепёжные болты. Плоскость отвала подвергается ударам и истиранию скользящей породы и крупных валунов во время их перемещения бульдозером. Формованная плоскость отвала из HARDOX 500 выдерживает такие тяжёлые нагрузки и позволяет увеличить срок службы рабочего оборудования бульдозера. Рыхлительный зуб обычно подвержен износу от ударных и истирающих нагрузок в процессе рыхления утрамбованной поверхности породного отвала дорог и поверхности рабочих площадок. Сталь HARDOX HiTuf для стойки рыхлителя обеспечивает наилучшую износостойкость.

• Защита кузовов карьерных самосвалов

Кузова самосвалов подвергаются износу во время загрузки и разгрузки породой. Во время загрузки он подвергается ударным нагрузкам падающих кусков породы ковша погрузочной машины, особенно при выгрузке первого ковша. В процессе разгрузки самосвала днище и борта кузова испытывают истирающие нагрузки от скользящей горной породы. Вероятность ударного износа при разгрузке кузова мала.

Для обшивки кузовов самосвалов часто используются стальные листы HARDOX 400, HARDOX 450 и HARDOX 500. Выбор марки стали и толщины листа зависит от грузоподъёмности самосвала и твёрдости перевозимой породы. В основном, на бортах используется HARDOX 400 и HARDOX 450 толщиной от 6 до 15 мм, а на днище кузова — HARDOX 450 и HARDOX 500 толщиной от 14 до 25 мм. Учитывая, что наибольшие куски руды, загружаемой экскаватором в кузов самосвала, могут весить до пяти тонн, HARDOX 500 обладает также высокой стойкостью к истирающим нагрузкам, поэтому рекомендуется для обшивки бортов кузовов самосвалов.

Например, для транспортирования железной руды с составом 30% магнетита, 40% кварца, 20% амфибола и 10% плагиоклаза, срок службы кузова (то есть срок полного износа от истирающих нагрузок) из HARDOX 400, приблизительно вдвое больший, чем при использовании мягкой стали. Переход с HARDOX 400 на HARDOX 500 может также увеличить срок службы кузова на 70%.

По уровню износостойкости лист 20 мм из HARDOX 400 эквивалентен листу 14 мм из HARDOX 500. Поэтому, например, если для самосвала грузоподъёмностью 85 тонн, (имеющего площадь поверхности кузова 40 м²) использовать для обшивки кузова HARDOX 500 толщиной 14 мм, то его грузоподъёмность можно увеличить на 2 тонны (и одновременно уменьшить эксплуатационные расходы, потребление топлива, износ шин, и так далее).

Стремясь облегчить собственную массу кузова, ряд производителей самосвалов начали использовать HARDOX в качестве несущих листов в конструкции днища и стенок карьерных большегрузных автомобилей. Еще одна возможность уменьшить собственную массу кузова самосвала, может быть реализована за счёт использования концепции «пустые карманы». В этом случае обшивка кузова выполняется не из сплошных листов металла, а из листов, в которых выполнены отверстия, или полос износа, укреплённых на днище и по бортам кузова поперечно направлению движения потока разгружаемого груза. Этот подход предполагает износ исходного материала. Стержни, закреплённые к листу перпендикулярно направлению потока материала, выполняют функцию «пустых карманов». В «карманах» будут оседать абразивные материалы типа песка, измельчённых пород. В пространстве между полосами осевшие частицы породы будут сами изнашиваться и защищать поверхность металла от контакта с выгружаемой породы.

Небольшой износ происходит в верхней части полос, поскольку мелкие частицы перемещаются по стальной полосе под определённым давлением. Если породы крупнокусковые и не оседают в «карманах», то они при загрузке перекатываются и оказывают меньшее истирающее воздействие, чем при скольжении по чистой стальной поверхности. В результате интенсивность износа снижается приблизительно до 30-40% по сравнению с листом из гладкого металла.

• Защита кузовов железнодорожных полувагонов

Железнодорожные полувагоны и думпкары, используемые для транспортировки полезных ископаемых из карьеров до перерабатывающего завода, как и кузова самосвалов, подвергаются ударному и истирающему износу. Общий способ защиты кузовов вагона от такого износа – изготовление его из листов HARDOX 400 или HARDOX 450, в результате которого срок их службы существенно возрастает.

 

Сварка нержавеющих сталей

Выбор метода сварки зависит от марки стали и назначения, которые могут иметь различные механические и коррозионные свойства. При определении режимов сварки необходимо учитывать склонность основного металла и металла шва к растрескиванию, что связано с физическими свойствами и структурными изменениями, протекающими в процессе нагрева металла под сварку, процессами, протекающими во время плавления и застывания литого металла, и процессами, протекающими при охлаждении в сварном шве. В тех случаях, когда требуется высокая коррозийная стойкость при сварке и последующей термической обработке сварных соединений, нужно применять такие режимы термической обработки, при которых обеспечиваются эти свойства.

Прежде всего, необходимо защитить зону сварки от неблагоприятного воздействия атмосферного воздуха. Это обеспечит надёжную сварку нержавеющих сталей. Само качество сварных соединений будет зависеть от проведённой процедуры подготовки нержавеющей проволоки и кромок деталей. Оксидная плёнка, которая образуется после горячей обработки, удаляется механическим путём. Сварка нержавейки может осуществляться вольфрамовым электродом при условии постоянного источника тока.

Особенностью сварки нержавейки является содержание в ней хрома, который при высокой температуре образует карбид хрома, нарушающий структуру стали и повышающий в несколько раз её хрупкость. Именно по этой причине сварка любых типов нержавеющей стали производится в среде инертных газов (гелия, углекислоты, аргона или смесей) или специальных флюсов, защищающих все хромированные химические элементы, которые входят в состав нержавеющей стали.

Способы сварки нержавеющей стали:

На данный момент существует два основных способа сварки нержавейки:

• Электродуговая сварка вольфрамовым электродом

Это самый распространённый способ, который применяется не только промышленными предприятиями, но и частными лицами. В процессе сварки происходит повышение стабильности дуги, и уменьшение частоты образования пор при помощи смеси аргона с углекислым газом или кислородом. Сварка вольфрамовым неплавящимся электродом производится с применением постоянного тока прямой полярности, а плавящегося — током с обратной полярностью. Если в нержавеющей стали имеется доля содержащегося алюминия, то ее варят переменным током с целью разрушения окислительной плёнки. При проведении ручной дуговой сварки нержавейки вольфрамовым электродом диаметром до двух миллиметров и присадочной проволокой диаметром не более двух миллиметров, сварочный ток будет составлять 60–80 А для металла  двух миллиметровой толщины. Если толщина составляет четыре миллиметра — то величина сварочного тока не будет превышать 130 А.

• Газовая аргонная сварка с использованием инертных газов и их смесей

Она представляет собой гибрид электрической и газовой сварки. От электросварки она позаимствовала электрическую дугу, а от газовой – идентичный метод работы сварщика. Неплавящийся вольфрамовый электрод является сердцем аргоновой горелки. Вольфрам — это металл, который достаточно проблематично поддаётся плавке. Вокруг электрода образуется керамическое сопло, и из него во время сварки выдувается инертный газ аргон. Если пытаться сваривать деталь без использования аргона – алюминий начнёт попросту трещать, гореть и покрываться коркой. Аргон, в свою очередь, препятствует этому процессу и защищает место сварки от попадания воздуха.

Процесс сварки происходит следующим образом: на свариваемые детали подаётся «масса», как при классической электросварке. Сварщик берет в левую руку присадочную проволоку, а в правую — горелку. Если производится сварка алюминия то, присадочная проволока должна быть изготовлена из идентичного материала (сплавов алюминия «АК» или «АМГ»). Хотя, в девяноста процентах случаев достаточно взять обычный алюминиевый электротехнический провод нужной толщины. На горелке включается кнопка, и производится подача газа. Между деталью и кончиком неплавящегося электрода возникает электрическая дуга. Она и играет роль главного инструмента — осуществляет плавление детали и присадочной проволоки.

Методы сварки

Методы сварки	Толщины материала
Ручная дуговая сварка	при толщине материала более 1,5 мм
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG)	для сварки тонких листов и труб
Импульсная дуговая сварка плавящимся электродом в инертном газе / Сварка в среде активных газов (MIG/MAG)	менее 0,8 мм
Сварка короткой дугой плавящимся электродом в инертном газе / Сварка в среде активных газов (MIG/MAG)	0,8-3,0 мм
Сварка дугой со струйным переносом металла плавящимся электродом в инертном газе / Сварка в среде активных газов (MIG/MAG)	более 3,0 мм
Плазменная сварка	может применяться для широкого диапазона толщины
Сварка сопротивления, точечная и роликовая сварка тонких листов	при изготовлении фасонных деталей, например, при производстве воздуховодов, дымоходов.
Лазерная сварка	при необходимости получения прецизионной (высокоточной) конструкции, форма и размеры которой не должны меняться в результате сварки. при изготовлении крупногабаритных конструкций малой жёсткости или с труднодоступными швами. при необходимости соединения трудно свариваемых материалов.

Особенности сварочного процесса нержавейки

При сварке нержавейки используются специальные электроды с покрытием из защитно–легирующего состава, у которых стержень самого электрода сделан из высоколегированной специальной стали. Благодаря такому составу при смешивании металла с металлом и расплавлении электродов свариваемых деталей будет поддерживаться постоянный химический состав шва, который по структуре практически не будет отличаться от нержавеющей стали, из которой произведена деталь.

Сварка производится без колебательных движений горелки, углом вперёд на короткой дуге. Угол между присадочным материалом и электродом должен составлять не более 90 °С, и подача присадочной проволоки должна осуществляться непрерывно. После окончания процесса сваривания или обрыва дуги газ должен подаваться непрерывно до тех пор температура металла не опустится до 400 °С.

Также кроме специальных электродов, применяемых для сварки, большой популярностью пользуется проволока из нержавейки, изготовленная тем же производителем, что и сталь, при этом для защиты от кислорода места сварки применяются специальные флюсы на основе оксидов или фторидные флюсы. Также на место сварки может подаваться гелий, аргон или смесь других инертных газов. Кроме того для равномерной подачи проволоки и заваривания часто применяются специальные полуавтоматические сварочные установки, в которых автоматический механизм может осуществлять подачу проволоки непрерывно.

Физическая свариваемость характеризует возможность получения монолитных сварных соединений. В процессе сварки имеет место непрерывное охлаждение. Характер структурных превращений при этом отличается от случая распада аустенита при изотермической выдержке. При непрерывном охлаждении значение инкубационного периода в 1.5 раза больше, чем при изотермическом. С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается, твёрдость её повышается . Если скорость охлаждения превышает критическую скорость, образование структур закалки неизбежно.

Закалённые структуры в аппаратостроении являются крайне нежелательными: отличаются высокой твёрдостью, хрупкостью, плохо обрабатываются, склонны к образованию трещин.

Если скорость охлаждения ниже критической скорости, образование закалочных структур исключается. В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные, хорошо обрабатываемые структуры типа перлита или сорбита. Поэтому получение качественных соединений непременно связано с достижением желаемых структур в основном регулированием скорости охлаждения. Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным средством исключения закалочных структур. Поэтому он служит в качестве предварительной термической обработки сварных соединений (нагрев до сварки и в процессе её ). Меняя скорость охлаждения, можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния.

В некоторых случаях появляется необходимость увеличения скорости охлаждения. Путём ускоренного охлаждения удаётся измельчить зерно, повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния. С этой целью находит применение метод сопутствующего охлаждения. Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны дуги охлаждается водой или воздушной смесью, что способствует получению крутой ветви скорости охлаждения.

Сварка и сопутствующие ей процессы

Сплавы Fe и С , где процентное содержание углерода не превышает 2,14 %, называют углеродистыми сталями. Углерод оказывает сильное влияние на свойства сталей. Наличие других элементов обусловлено:

1. Технологическими особенностями производства — Mn , Si — для устранения вредных включений закиси железа, FeO и FeS. Вокруг оторочки сернистого железа, начиная с 985 ºС, происходит оплавление, что ведёт к снижению технологической прочности сварного шва. Температура плавления MnS составляет 1620 ºС, кроме того, он пластичен.
2. Невозможностью полного удаления из металла ( S, P, N, H ).
3. Случайными причинами ( Cr, Ni, Cu и другие редкоземельные металлы ). Углеродистые стали составляют основную массу сплава Fe-C, до 95 % аппаратуры и оборудования изготавливают из этих сталей.

В отечественной промышленности наиболее широко применяют стали с содержанием углерода до 0,22 %, редко от 0,22 до 0,3 % .

Структурно-фазовые превращения углеродистых сталей определяются диаграммой состояния Fe-C. В нормализованном состоянии имеют феррито-перлитную структуру. С точки зрения кинетики распада аустенита, у углеродистых сталей происходит превращение аустенита в перлит ( второе основное превращение). В зависимости от температуры охлаждения, степени переохлаждения, скорости охлаждения феррито-цементитной смеси получается различной степени дисперсионный перлит, сорбит, бейнит, троостит.

• Низколегированные стали повышенной прочности

К низколегированным относят стали , содержащие в своём составе до 2 % легирующих элементов каждого в отдельности и до 5 % суммарно ( Mn, Si, Cr, Ni ). Содержание углерода, как и у углеродистых сталей не превышает 0,22 % . Содержание S и P в низколегированных сталях такое же, как в качественных сталях. При сварке, кинетика распада аустенита такая же, как и углеродистых сталей. При охлаждении на воздухе получается феррито-перлитная структура. Поэтому низколегированные стали повышенной прочности относят к хорошо свариваемым сталям. Однако легирующие элементы существенно снижают критическую скорость охлаждения. При содержании в верхнем пределе и высоких скоростях охлаждения возможно подавление перлитного превращения и появления промежуточных и закалочных структур.

При уменьшении погонной энергии сварки и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоне термического влияния возрастает вероятность распада аустенита с образованием закалочных структур. При этом будет увеличиваться вероятность образования холодных трещин и склонность к хрупкому разрушению. При повышенных погонных энергиях наблюдается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая феррито-перлитная структура видманштетового типа с пониженной ударной вязкостью.

Выбор тепловых режимов в основном преследует цель недопущения холодных трещин. Одним из самых технологичных средств, снижающих вероятность появления трещин, является подогрев. Температура подогрева определяется в зависимости от эквивалента углерода и толщины свариваемого проката. Необходимая температура подогрева возрастает с увеличением легированности стали и толщины свариваемого проката.

• Низколегированные стали жаропрочные перлитные 

Хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ предназначены для работы в диапазоне температур -40…+560 ºС. В основном используются при температурах +475…+560 ºС. Их применение обусловлено низкой стоимостью и достаточно высокой технологичностью при изготовлении сварных конструкций и производстве отливок, поковок.

На участках, нагретых выше точки Ас(3), возможно образование мартенсита и троостита. Реакция стали на термический цикл сварки характеризуется разупрочнением в зоне термического влияния в интервале температуры Ас(3)-Т(0), который объясняется процессами отпуска. Протяжённость разупрочненного участка увеличивается про больших значениях погонной энергии сварки.

Мягкая разупрочненная прослойка может явиться причиной локальных разрушений сварных соединений в процессе эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках, устранение разупрочнения осуществляется последующей термической обработкой с фазовой перекристаллизацией в печах. Образование обезуглероженной ( ферритной ) прослойки — это специфический показатель свариваемости, присущий этим сталям. В процессе последующей эксплуатации при температурах 450–600 ºС, происходит миграция углерода из металла шва в основной металл, или наоборот, когда имеет место различие в их легировании карбидообразующими элементами.

• Стали системы Fe-C-Cr ( хромистые стали )

Хром — основной легирующий элемент. Он придаёт сталям ценные свойства: жаропрочность, жаростойкость ( окалиностойкость, коррозионную стойкость ).Чем больше содержание хрома, тем более высокой коррозионной стойкостью обладает сталь. Такое влияние хрома объясняется его способностью к самопассивированию даже в естественных условиях и образованию плотных газонепроницаемых оксидных плёнок при высоких температурах .

Склонность к закалке осложняет технологический процесс выполнения сварочных работ. В зоне термического влияния образуются твёрдые прослойки, которые не устраняются даже при сварке с подогревом до 350-400 ºС. Для полного устранения твёрдых прослоек необходимо применение дополнительных мер. Небольшая скорость распада хромистого аустенита, вызывающая склонность к закалке на воздухе, и фазовые превращения мартенситного характера снижают стойкость сталей к образованию трещине при сварке. Применение закаливающих на воздухе сталей для изготовления сварного оборудования приводит к образованию в сварных соединениях механической неоднородности.

Механическая неоднородность, заключающаяся в различии свойств характерных зон сварного соединения, является следствием, с одной стороны, неоднородности термодеформационных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой — применения технологии сварки с отличающимися по свойствам сварочными материалами из-за необходимости обеспечения технологической прочности.

В настоящее время применяется два вида сварки :

1. Сварка однородными перлитными электродами, близкими по составу к основному металлу, при этом металл шва и зона термического влияния приобретают закалённую структуру и образуется широкая твёрдая прослойка
2. Сварка с применением аустенитных электродов, поскольку аустенитные материалы не склонны к закалке, твёрдые прослойки образуются только в зоне термического влияния

• Хромистые мартенситно-ферритные стали

У стали марки 08Х13 с содержанием углерода 0,08 %, термокинетическая диаграмма распада аустенита имеет две области превышения: в интервале 600-930 ºС, соответствующем образованию феррито-карбидной структуры , и 120-420 ºС — мартенситной. Количество превращённого аустенита в каждом из указанных температурных интервалов зависит, главным образом, от скорости охлаждения. Например, при охлаждении со средней скоростью 0,025 ºС/с превращение аустенита происходит преимущественно в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420 ºС. Повышение скорости охлаждения стали до 10 ºC/c способствует переохлаждению аустенита до температуры начала мартенситного превращения ( 420 ºС ) и полному его бездиффузионному превращению. Изменения в структуре, обусловленные увеличением скорости охлаждения, сказываются и на механических свойствах сварных соединений. С возрастанием доли мартенсита наблюдается снижение ударной вязкости .

Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в область более низких температур границы превращения мартенсита. У сталей с содержанием углерода 0,1- 0,25 % в результате этого полное мартенситное превращение имеет место после охлаждения со скоростью ~ 1 ºС/c.

С точки зрения свариваемости, мартенситно-ферритные стали являются “неудобными” в связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях этих сталей. Подкалка приводит к образованию холодных трещин. Склонность к образованию трещин при сварке зависит от характера распада аустенита в процессе охлаждения. В случае формирования мартенситной структуры ударная вязкость сварных соединений 13 %-ных хромистых сталей снижается до 0,05-0,1 МДж/м. Последующий отпуск при 650-700 ºС приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов, в результате чего тетрагональность мартенсита уменьшается. После отпуска ударная вязкость возрастает до 1 МДж/м². С учётом такой возможности восстановления ударной вязкости большинство марок хромистых сталей имеет повышенное содержание углерода для предотвращения образования значительного количества феррита в структуре. Таким образом удаётся предотвратить охрупчивание стали. Однако при этом наблюдается ухудшение свариваемости вследствие склонности сварных соединений к холодным трещинам из-за высокой хрупкости околошовного металла со структурой пластинчатого мартенсита.

• Аустенитные коррозионностойкие стали

Аустенитные стали содержат в своём составе Cr , Ni , C . По реакции на термический цикл хромоникелевые стали относят к хорошо свариваемым. При охлаждении они претерпевают однофазную аустенитную кристаллизацию неперлитного распада, тем более мартенситного превращения при этом не происходит. Характерным показателем свариваемости хромоникелевых сталей является межкристаллитная коррозия (МКК). МКК развивается в зоне термического влияния, нагретой до температур 500-800 ºС ( критический интервал температур ).

При пребывании металла в опасном (критическом) интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома Cr(4)C, что приводит к обеднению приграничных участков зерен аустенита хромом. Хром определяет коррозионную стойкость стали. В обеднённых хромом межкристаллитных участках развивается коррозия, которая называется межкристаллитной. Межкристаллитная коррозия имеет опасные последствия — может вызвать хрупкие разрушения конструкций в процессе эксплуатации.

• Аустенитно- ферритные нержавеющие стали

Аустенитно-ферритные стали относятся к группе хорошо свариваемых сталей. Они стойки к образованию горячих трещин и против межкристаллитной коррозии.

Специфичным моментом свариваемости является их повышенная склонность к росту зерна. Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее количество феррита. Последующим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура. Размеры зерна и количество феррита, а также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки, соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву. Соотношение количества структурных составляющих ( гамма – и альфа- фаз ) в исходном состоянии в значительной степени зависит от содержания а стали Ti. Количество титана в стали также определяет устойчивость аустенитной фазы против гамма- альфа превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ti, тем чувствительней сталь к перегреву. Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба сварных соединений аустенитно-ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие титан  — это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

• Особенности сварки аппаратуры из разнородных сталей

Специфическими показателями свариваемости разнородных сталей являются процессы диффузии и разбавления. Наибольшую опасность представляет диффузия С в сторону высоколегированной стали, где большая концентрация Cr или других карбидообразующих элементов. Разбавление происходит при перемешивании свариваемых сталей и присадочного материала в объёме сварочной ванны. Сталь более легированная разбавляется сталью менее легированной. Степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих разнородное сварное соединение.

Сварку сталей осуществляют обычно под флюсом, в среде оксида углерода (IV), но бывают случаи, когда целесообразно применять аргонно-дуговую сварку — например для упрочнения средне и высоколегированных сталей. Низкоуглеродистые низколегированные стали, особенно кипящие, склонны к пористости вследствие окисления углерода:

Fe(3)C + FeO = 4Fe + CO 

Этот процесс идёт за счёт кислорода, накопленного в сталях во время их выплавки, но может возникать за счёт примеси к Ar марок В и Г, за счёт влажности газа и содержащегося в нём кислорода. Для подавления этой реакции в сварочной ванне нужно иметь достаточное раскислителей ( Si, Mn, Ti ), то есть использовать сварочные проволоки Св08ГС или Св08Г2С. Можно снизить пористость путём добавки к аргону до 50 % кислорода, который, вызывая интенсивное кипение сварочной ванны, способствует удалению газов до начала кристаллизации. Добавка кислорода к аргону снижает также критическое значение сварочного тока, при котором осуществляется переход от крупнокапельного переноса металла в дуге к струйному, что повышает качество сварки.

Среднелегированные углеродистые стали обычно содержат в своём составе достаточное количество активных легирующих компонентов для подавления пористости, вызываемой окислением углерода. Это обеспечивает плотную структуру шва ,состав металла шва соответствует основному металлу, если электродные проволоки имеют так же близкий состав.

Аустенитные коррозионностойкие и жаропрочные стали хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся, так и неплавящимся электродом. При сварке этих сталей обычно не требуется каких-либо дополнительных мероприятий, но аустенитно-мартенситные стали очень чувствительны к влиянию водорода, который их сильно охрупчивает и даёт замедленное разрушение в виде холодных трещин.

Последующая обработка сварных швов

На поверхности сварного соединения образуется пористый оксидный слой, содержащий в основном хром. Этот слой в значительной степени ослабляет стойкость соединения к коррозии. Хром оксидного слоя в основном материале возникает из стали, вследствие чего под оксидным слоем образуется зона со сниженным содержанием хрома. Если необходимо добиться такой же высокой стойкости сварного соединения к коррозии, как и у основного материала, оксидный слой и зону со сниженным содержанием хрома следует удалить, т.е. сварное соединение должно пройти последующую обработку.

• Механические методы последующей обработки

При механических методах обработки разрешается использовать только те рабочие принадлежности, которые предназначены для обработки нержавеющего проката:

• шлифовальные ленты и круги, предназначенные для обработки нержавеющего проката
• щетки из нержавеющей стали дроби из нержавеющей стали при дробеструйной обработке

• Термообработка

В данном случае под термообработкой понимается растворение внутри стальной конструкции (более 100 ºС), с помощью которого сглаживаются возникшие различия присадочных материалов.

• Травление

Травление является наиболее эффективным методом последующей обработки сварных швов. При правильном выполнении травление позволяет устранить и вредный оксидный слой, и зону со сниженным содержанием хрома. Травление выполняется путём погружения, поверхностного нанесения или покрытия пастой — в зависимости от условий.

Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит от концентрации кислот, температуры, толщины окалины и сорта проката (кислотостойкий прокат требует более продолжительного времени обработки по сравнению с нержавеющим прокатом). Доведение степени шероховатости сварного шва до соответствующего показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления ещё более увеличивает стойкость конструкции к коррозии. Чаще всего при травлении применяется смешанная кислота, состоящая из фтористоводородной, азотной кислот в пропорциях: 20 – 8 % HNO3 (азотная кислота) 5 – 0,5 % HF (фтористоводородная кислота) и остальные компоненты Н2О (вода).

Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит:

• от температуры, концентрации кислот
• толщины окалины и сорта проката (кислотоупорный прокат требует более продолжительного времени обработки по сравнению с нержавеющим прокатом)

Доведение степени шероховатости сварного шва до показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления еще более увеличивает стойкость конструкции к коррозии.

Технологическая прочность сварного шва

“Технологическая прочность” этот термин применяется для характеристики прочности конструкции в процессе её изготовления. В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов, это один из важных показателей свариваемости стали. Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин.

• Горячие трещины

Это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния . Возникают в твёрдо–жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации, а так же в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации.

Наличие температурно–временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин. Температурно–временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек, нарушающих металлическую сплошность сварного шва. Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких, сернистых соединений (сульфидов ) FeS с температурой плавления 1189 ºС и NiS с температурой плавления 810 ºС. В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла, перерастающего в хрупкие трещины.

Вторая причина образования горячих трещин — высокотемпературные деформации. Они развиваются вследствие затруднённой усадки металла шва, формоизменения свариваемых заготовок, а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработке, структурной и механической концентрации деформации.

• Холодные трещины

Холодными считают такие трещины, которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 ºС или в течении нескольких последующих суток . Имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Основные факторы, обуславливающие появление холодных трещин следующие:

• Образование структур закалки ( мартенсита и бейнита ) приводит к появлению дополнительных напряжений, обусловленных объёмным эффектом
• Воздействие сварочных растягивающих напряжений
• Концентрация диффузионного водорода

Водород легко перемещается в незакалённых структурах. В мартенсите диффузионная способность водорода снижается: он скапливается в микропустотах мартенсита, переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление, способствующее образованию холодных трещин. кроме того, водород, адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах, вызывает охрупчивание металла.

Таблица применимости электродов при сварке импортных нержавеющих сталей

EN	ASTM	Тип рекомендуемого электрода
1.4000	410S	739 S
1.4418		248SV
1.4307 / 1.4311 / 1.4301 / 1.4306	304L / 304LN / 304 / 304L	308 / 308L / MVR
1.4541 / 1.4550	321 / 347	347 / MVNb
1.4432 / 1.4429 / 1.4436 / 1.4435 / 1.4404 / 1.4406 / 1.4401	316L / 316LN / 316 / 316L / 316LN / 316	316 / 316L / SKR
1.4571	316Ti	318/SKNb
1.4438	317L	317L/SNR
1.4439	317LMN	SLR
1.4460	329	453S
1.4362	S32304	2304
1.4462	S31803	2205
1.4410	S32750	2507/P100
1.4429	S31653	P6
1.4466	S31050	4466
1.4435 / 1.4439	316L / 317LMN	SKR-NF
1.4539	904L	904L
1.4547	S31254	P12-R – Также для сварки сплавов на основе Ni с нержавеющими или нелегированными сталями и для наплавки поверхности
1.4652	S32654	P16
1.4547	S31254	P54
		307 / 309L / P5 – Для наплавки поверхности нелегированной стали, соединительной сварки нержавеющей стали с нелегированной сталью и для сварки плакированных материалов
		P7 / P9 – Для сталей, трудно поддающихся сварке (марганцовистых, инструментальных, жаропрочных), а так же для сварки нержавеющей стали с нелегированной сталью.
		P10 – Для сталей Incotel 600; 9% Ni. Также для сварки сплавов на основе Ni с нержавеющими или нелегированными сталями и для наплавки поверхности.
		309 / 253 MA-NF – Для сварки сталей в областях применения, характеризующихся умеренно-высокими температурами.
		310 / 253 MA / 353 MA – Для сварки сталей в областях применения, характеризующихся высокими температурами.

Условные обозначения:
EN — Стандарт Евронормы EN 10027
ASTM — American Society for Testing and Materials

Гальванопластика в домашних условиях

Целью гальванопластики является получение точной металлической копии предмета. При гальванопластике осадки получаются массивными, прочными, легко отделяющимися от покрываемой поверхности. Основное применение в гальванопластике имеет медь, более ограниченное использование железа, никеля, серебра, золота, а также олово, хром и другие металлы.

Гальванопластическим способом можно изготовить самую разнообразную скульптуру или металлические украшения, например, превращают обычные кружева в металлические и ими украшают рамы для картин или шкатулки, изготавливают филигранные ажурные изделия — броши, серьги, браслеты. Кроме этого, гальванопластикой получают в металле различные рельефы, снимают копии с памятных медалей.

Формы для отложения металла готовят из гипса, воска, парафина, пластических масс, пластилина, но особенно удобен для форм герметик «Виксинт», обладающий хорошей пластичностью.

Для придания электропроводности формам применяют графит или бронзовый порошок. Смонтировав гальванопластическую установку, каждый сумеет не только снимать копии с художественных металлических, гипсовых, пластмассовых и других изделий, но и, вылепив в пластилине или глине модель, сможет свою работу затем перевести в металл.

Итак, чтобы самостоятельно заниматься гальванопластикой, необходимы:

• гальваническая установка
• электролит
• токопроводящие материалы для покрытия заготовок
• знание технологии

 Гальваническая установка и режим работы

Гальванопластические работы проводят в ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму. Но годятся сосуды и другой формы. Ёмкость ванн определяется объёмом тех предметов, которые репродуцируют. Для снятия копии с медалей подойдут стеклянные цилиндрические банки ёмкостью 4–5 л, а при репродуцировании небольших барельефных работ — 10–20 л. В качестве ванн используют не только стеклянные сосуды, но и керамические (глазурованные) и пластмассовые.

Для осуществления электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3–6 В), для чего подойдут достаточно мощные селеновые или другие выпрямители. Наиболее доступны домашнему гальванику выпрямители для зарядки автомобильных аккумуляторов, они дают ток до 7 А при напряжении 6 В.

Регулирование силы тока, плотность которого при работе составляет 1–2 А на 1 дм², обычно производится с помощью ползунковых или водяных реостатов. Для измерения силы тока устанавливают амперметр постоянного тока, а для наблюдения за напряжением — вольтметр.

Форму (катод) и медный электрод (анод) укрепляют в ванне на подвесках, медный электрод — на медном или латунном проволочном крючке так, чтобы отверстие в электроде и крючок не касались электролита во избежание разъедания крючка. Форма подвешивается на медной или латунной проволоке на расстоянии 15–20 см от электрода. Анодом для медной гальванопластической ванны служит медная пластина толщиной от 3–4 мм и больше. Форму из воска или гипса предварительно делают электропроводной, покрывая слоем материала, проводящего электрический ток, этот слой и присоединяют к отрицательному полюсу.

Приготовление электролита

Медный электролит для гальванопластических работ приготовляют на основе медного купороса с добавкой серной кислоты, повышающей электропроводность электролита. Для медного электролита понадобится сульфат меди (медный купорос) — на 1 л воды 150–180 г. Растворение сульфата меди лучше всего вести в горячей или тёплой воде. После полного охлаждения раствора и доведения его до комнатной температуры электролит фильтруют через ткань и затем в него осторожно вливают серную кислоту. Серную кислоту следует вливать медленно, тонкой струёй во избежание быстрого разогревания электролита и его разбрызгивания, что может вызвать тяжёлые ожоги. В медных сульфатных ваннах содержание серной кислоты поддерживают в пределах 35–40 г/л (плотность кислоты 1,84 г/см³).

В этой статье я рассмотрю более доступный и сравнительно безопасный способ с использованием уже готового аккумуляторного электролита. Скорее всего, вы приобретете электролит с плотностью 1,28 (наиболее распространён). В этом случае, можно спокойно использовать полученное в приведённом мной ниже примере расчёта соотношение электролит/вода. Однако, плотность, указанная на этикетке может и отличаться от указанной и составлять, например, 1,26, а значит, неплохо было бы уметь пересчитать требуемое соотношение «на лету». В этом нам поможет древнее, как мир и так же хорошо забытое «правило креста». Итак, прежде всего нужно пересчитать «непонятные» единицы плотности аккумуляторного электролита (1,28) в понятные процентные (процентное содержание H₂SO₄ в воде). В этом нам поможет таблица пересчёта плотностей растворов серной кислоты в проценты.

Таблица плотности раствора процентному содержанию серной кислоты в воде:

%(w/w)	M	g/L	p
0.261	0.0266	2.61	1
3.242	0.3372	33.07	1.02
6.237	0.6613	64.86	1.04
9.129	0.9866	96.77	1.06
11.96	1.3170	129.17	1.08
14.73	1.6520	162.03	1.1
17.43	1.9904	195.22	1.12
18.76	2.1614	211.99	1.13
23.95	2.8570	280.22	1.17
25.21	3.0330	297.48	1.18
27.72	3.3915	332.64	1.2
30.18	3.7540	368.20	1.22
32.61	4.1228	404.36	1.24
35.01	4.4976	441.13	1.26
37.36	4.8757	478.21	1.28
39.68	5.2594	515.84	1.3
41.95	5.6458	553.74	1.32
44.17	6.0346	591.88	1.34
46.33	6.4242	630.09	1.36
48.45	6.8170	668.61	1.38
50.5	7.2084	707.00	1.4
52.51	7.6024	745.64	1.42
54.49	8.0002	784.66	1.44
56.41	8.3971	823.59	1.46
58.31	8.7988	862.99	1.48
60.17	9.2022	902.55	1.5
62	9.6085	942.40	1.52
63.81	10.0191	982.67	1.54
65.59	10.4323	1023.20	1.56
67.35	10.8496	1064.13	1.58
69.09	11.2708	1105.44	1.6
70.82	11.6974	1147.28	1.62
72.52	12.1261	1189.33	1.64
74.22	12.5617	1232.05	1.66
75.92	13.0042	1275.46	1.68
77.63	13.4554	1319.71	1.7
79.37	13.9189	1365.16	1.72
81.16	14.3983	1412.18	1.74
83.06	14.9047	1461.86	1.76
85.16	15.4552	1515.85	1.78
87.69	16.0932	1578.42	1.8
91.11	16.9066	1658.20	1.82
91.56	17.0088	1668.22	1.822
92	17.1093	1678.08	1.824
92.51	17.2230	1689.23	1.826
93.03	17.3388	1700.59	1.828
93.64	17.4716	1713.61	1.83
94.32	17.6177	1727.94	1.832
95.12	17.7865	1744.50	1.834
95.72	17.9085	1756.46	1.835

Следуя этой таблице плотность 1,28 автомобильного электролита соответствует 37,4% содержанию H₂SO₄ в воде. Нам же требуется 50 мг. на 1 л., что соответствует 5% содержанию H₂SO₄ в воде. Расчёт долевого соотношения автомобильный электролит/раствор медного купороса будем проводить согласно «правилу креста», проиллюстрированного ниже:
— Итак, то, что нам нужно получить, а именно — 5% пишем в центр креста. Слева сверху — определённая нами по таблице концентрация серной кислоты в растворе автомобильного электролита (37,4%), слева снизу — 0% (концентрация H₂SO₄ в дистиллированной воде):

37,4
	5
0

– Применяем «правило креста» и справа сверху пишем разность по модулю по одной диагонали (5%), а справа снизу — разность по другой диагонали: 37,4 — 5 = 32,4%
– Таким образом, в правой части «креста» мы имеем соотношение в «частях» исходного электролита (5) и разбавителя — раствора медного купороса (32,4) для смешивания, чтобы получить кислый раствор требуемой концентрации:

37,4		5
	5
0		32,4

Согласно этому расчёту, рецептура для приготовления 1 л. электролита для гальванопластики будет выглядеть примерно так:

•  разводим требуемые нам 200 г. медного купороса в 500 мл воды
• фильтруем полученный раствор в 3 л. банку
• доливаем 134 мл. электролита плотности 1,28
• доводим дистиллированной водой до 1 л. и хорошо перемешиваем

Чтобы было проще, 1 л. отметку на банке можно сделать заранее, налив в банку требуемое количество обычной воды и наклеив кусок изоленты по уровню налитого.

Растворимость сульфата меди значительно снижается с увеличением количества кислоты. При повышенном содержании сульфата меди он выкристаллизовывается на стенках ванны и, что хуже, на аноде, затрудняя процесс электролиза. Избыток серной кислоты в ванне вызывает хрупкие и недоброкачественные отложения меди из–за водорода, интенсивно выделяющегося на катоде, особенно при работе с повышенными плотностями тока. При недостаточной концентрации серной кислоты в электролите образуется рыхлый и пористый осадок меди, непригодный для практических целей. Для повышения качества меди иногда применяют добавки, например спирт в количестве 8–10 г/л. Наличие спирта значительно улучшает качество меди, делая ее мелкокристаллической и более плотной. Добавку спирта вводят не более нормы, так как его избыток делает медь хрупкой.

Иногда в электролит попадают примеси в виде органических веществ, вредно влияющих на работу электролита. К таким веществам относятся клей, некоторые сорта резины и прочие. Для устранения подобных примесей подогретый электролит окисляют перманганатом калия (2–3 г на 1 л электролита) или удаляют их с помощью мелко истолчённого активированного угля (2–3 г/л), после чего электролит фильтруют.

В обычных гальванопластических электролитах поддерживают температуру на уровне 18–20 °С. Она может повышаться до 25–28 °С в результате выделения теплоты при прохождении электрического тока через электролит. Фильтрование электролита должно осуществляться возможно чаще, чтобы удалять из ванн осадок — шлам, накапливающийся в виде порошкообразной меди, графита и пыли. Чем выше плотность тока и чем интенсивнее растворяются аноды, тем больше шлама собирается в ванне. Как правило, шлам оседает на дно ванны, но более лёгкие его частицы, находясь во взвешенном состоянии, благодаря конвекции перемещаются к катоду, что вызывает засорение гальванопластической меди.

Шлам, соприкасаясь с отлагающейся на катоде медью, включается в металл, приводя к образованию шероховатостей и шишек, которые мешают дальнейшему равномерному отложению металла. Кроме того, графит, применяемый как электропроводящий слой для форм, также загрязняет электролит, вкрапливается в металл и способствует получению шероховатостей поверхности. Поэтому фильтрование электролита имеет важное значение для создания доброкачественных отложений меди. Обычно фильтрование производится сифонным переливанием электролита через фильтр из сукна, стеклянного или асбестового волокна.

Требования, предъявляемые к формам

Материалы, идущие на изготовление форм для гальванопластического репродуцирования скульптуры, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

• легко отделяться от заформованных предметов, давать точные их отпечатки
• иметь минимальную усадку при схватывании и затвердевании, не деформироваться при остывании или сушке
• не обладать гигроскопичностью, быть безвредными для электролита, не загрязнять его и не разрушаться от длительного пребывания в электролите
• легко связываться с наносимым электропроводящим слоем

Гипсовые формы

• Изготовление гипсовых форм с объёмной скульптуры

Получение объёмных форм из гипса для целей гальванопластики при воспроизведении художественной скульптуры не отличается особыми приёмами от обычного формования. Правда, ввиду того что гипсовые формы гигроскопичны, их приходится подвергать дополнительной пропитке в озокерите, воске или парафине.

Черновые формы обычно состоят из двух, иногда трёх кусков-раковин. Форма из двух раковин наиболее проста для гальванопластики, при такой форме удобно как наносить электропроводящий слой на внутреннюю поверхность (полость) формы, так и проводить процесс электролиза. Металл наращивается в каждую раковину отдельно. Для монтирования скульптуры подготавливают соединительные швы раковины, затем спаивают их.

Для получения репродукции, не требующей подгонки и спаивания двух частей, прибегают к следующему приёму. Предварительно подготовленные раковины–формы, пропитанные восковым составом и покрытые электропроводящим слоем, точно соединяют одну с другой, стягивают проводом, имеющим изоляцию. Затем пластилином, не содержащим наполнителя и пигмента, изнутри заделывают шов в месте соединения раковин. Наиболее пригоден для заделки швов жёлтый озокерит: он обладает высокой пластичностью и вязкостью.

Такой же приём можно применять и при работе с кусковыми формами, но там он менее удобен вследствие громоздкости кусковых форм, наличия кожуха и большого количества швов, образуемых отдельными кусками формы, тем более что швы все же остаются заметными на металлической репродукции. Применение обычных черновых форм с наращиванием металла в каждую раковину отдельно наиболее просто и технически удобно, но требует подгонки раковины.

Использование соединённых заранее раковин черновой формы с проработкой шва не требует монтировочных работ для соединения частей готовой металлической репродукции, но такой способ осложняет ведение процесса электролиза: затрудняется равномерное наращивание металла в наиболее углублённых местах формы. Применение обычных черновых форм целесообразно главным образом при изготовлении крупной скульптуры. Отдельные детали можно изготовлять в кусковых формах, а затем готовые детали спаять между собой.

• Изготовление гипсовых форм с барельефов

•  Пропитка и изоляция гипсовых форм

Пропитка гипсовых форм для устранения гигроскопичности является одной из важнейших операций. Перед пропитыванием гипсовые формы хорошо высушивают при равномерном повышении температуры до 50–60 °С. Особенно медленно следует повышать температуру при сушке очень сырых только что снятых форм во избежание деформаций и трещин.

Формы, состоящие из нескольких кусков, сушат в собранном виде с плотно прижатыми один к другому кусками (для устранения их деформации). В сушильном шкафу формы размещают на перфорированном стеллаже (с отверстиями) открытой частью вверх, чтобы формы равномерно прогревались снизу, а влага имела выход кверху. Хорошо высушенная форма имеет совершенно белый цвет и издаёт при простукивании специфический звук сухого гипса. Такая форма быстро воспринимает пропитку и не даёт трещин.

Гипсовые формы пропитывают расплавленными восковыми составами с температурой плавления от 50 до 125 °С, предпочтительны составы, имеющие низкую температуру плавления. Формы, погружаемые в пропиточный состав, подогревают, при этом воздух, находящийся в порах форм, вытесняется. Глубина пропитки зависит от времени выдержки гипсовых форм в составе, достаточная толщина её 2–5 мм.

Чем выше температура пропитывающего состава (а она может быть значительно выше его точки плавления), тем меньше в нем выдерживаются формы. Чем толще стенки формы, тем больше времени требуется для подготовки и пропитывания. Массивные толстостенные формы следует пропитывать не слишком перегретыми составами, чтобы избежать разрушения гипса от повышенных температур, наиболее пригодны составы с температурой плавления 60–80 °С. Таковы, например, составы на петролатумной, церезиновой, озокеритовой и стеариновой основах с добавками канифоли. Пропитывание производят с выдержкой в соответствующем составе в течение 2–2,5 ч.

Обработка составом с более высокой температурой плавления или перегретым составом применяется только для небольших тонкостенных форм при кратковременной выдержке (не более 10–20 мин). Температуру плавления разных веществ, применяемых для пропитывания, можно отыскать в соответствующих справочниках. Сорта церезина с высокой температурой плавления употребляют для пропитывания форм без смешивания с другими материалами. Однако наиболее целесообразно производить пропитку в озокеритовых композициях, составленных так, чтобы они обладали всеми качествами, необходимыми для пропитывающих составов.

К основным требованиям, предъявляемым к пропитывающим составам, относятся:

• невысокая температура плавления
• хорошая проникаемость в поры форм
• свойство не размягчаться при нормальном нагреве электролита
• достаточно хорошее сцепление с электропроводящими составами, наносимыми на форму
• способность не зажиривать электропроводящих составов (во избежание повышения омического сопротивления)
• хорошая смачиваемость электролитом
• отсутствие взаимодействия с электролитом
• высокая температура вспышки

Обычно для пропитки гипсовых форм применяют пропиточные составы из двух-трех компонентов. Составы некоторых из них приведены ниже, % (по массе):

1-й состав (t-плавления 85 °С)

1. Озокерит 70%
2. Восковая монтановая композиция 30%
3. (Восковая монтановая композиция (монтан–воск) применяется в производстве грампластинок)

2-й состав (t-плавления 64,5 °С)

1. Озокерит 70%
2. Восковая монтановая композиция 15%
3. Канифоль 15%

3-й состав (t-плавления 75°С)

1. Озокерит 85%
2. Канифоль 5%
3. Стеарин 10%

4-й состав (t-плавления 82 °С)

1. Восковая монтановая композиция 80%
2. Петролатум 20%

Пропитывать формы можно и чистым, но твёрдым озокеритом.

Восковые формы

• Рецепты восковых композиций

Восковые композиции удобны для непосредственной заливки на металлические модели, а также на гипсовые, смоченные водой во избежание прилипания, или иные модели, выдерживающие высокие температуры восковых композиций (70–80°С). Ввиду того что свойства веществ, входящих в эти рецепты, весьма нестабильны, следует рецепты не копировать слепо, а приспосабливать их к конкретным условиям, учитывая при этом особенности отдельных компонентов восковых композиций. Парафин снижает мягкость пчелиного воска, но увеличивает усадку, спермацет облегчает смешение компонентов, введение лишнего стеарина следует избегать, так как он реагирует с электролитом медной ванны, минеральное масло и говяжий жир смягчают композицию, но ведут к зажириванию проводящего слоя. Сильным смягчающим действием обладает скипидар, он не портит проводящего слоя, но при длительном хранении восковой композиции улетучивается из неё.

Графит в незначительной степени повышает электропроводность форм и облегчает последующий процесс графитирования. Оседая во время отливки восковых форм в расплавленной массе залитого воска, он сосредоточивается на рабочей поверхности формы, где улучшает связывание воска с графитом, наносимым на форму в процессе графитирования.

Для изготовления форм рекомендуются следующие составы, % (по массе):

1-й состав

1. Канифоль 70%
2. Воск пчелиный 20%
3. Парафин 10%

2-й состав

1. Воск пчелиный 30%
2. Стеарин 70%

3-й состав

1. Воск пчелиный 60%
2. Озокерит 15%
3. Канифоль 15%

Восковые композиции лучше всего плавить на паровой бане, хуже — на песочной, плохо — на огне (обязательно слабом), чтобы избежать вспышки воска и его пригорания ко дну сосуда. Плавление необходимо начинать с наиболее легкоплавких компонентов и постепенно вводить более высокоплавкие, с огнеопасными компонентами, такими, как скипидар, следует работать дальше от источника огня, притом вводить их в последнюю очередь. При загрязнении воск следует профильтровать через марлю, а очень тонкие восковые композиции, не содержащие графита через шёлк.

• Изготовление форм для барельефной и медальерной скульптуры

Восковые формы, применение которых обеспечивает высокую точность репродуцирования, применяются главным образом для медальерной и барельефной скульптур. Сравнительная дешевизна восковых композиций, хорошая их связь с наносимым электропроводящим слоем, простота изготовления восковых форм, повышенная точность репродукций делают такие формы наиболее распространёнными в технике гальванопластики. Недостатки— усадка восковых композиций, а также невозможность использования восковых форм для многократного репродуцирования.

Для получения форм восковую композицию расплавляют и заливают ею репродуцируемую металлическую или сырую гипсовую модель. При заливке барельефов, медалей и другой подобной скульптуры понадобятся металлические обечайки в виде колец, прямоугольников и тому подобных с высотой стенок, соответствующей высоте рельефа заливаемой скульптуры. Так, для репродуцирования медальерной скульптуры, обычно округлой и с низким рельефом, требуются кольцевые обечайки с высотой стенок в 10–15 мм.

Для создания достаточно прочной и не деформирующейся при окончательном остывании формы высота стенок обечайки должна быть тем выше высоты рельефа, чем больше площадь барельефа. На рисунке показан момент заливки восковой формы с применением обечайки.

Перед снятием форм с металлической барельефной скульптуры её предварительно хорошо протирают для удаления пыли и подогревают до 50–60 °С, после чего модели кладут в обечайку и заливают расплавленным воском. Формы отливают на гладкой мраморной, керамической или металлической подложке (листе), на которую кладут газету.

Размеры обечайки делают несколько больше размеров модели, чтобы готовые формы имели достаточно прочные и широкие края (борта). Так, при диаметре барельефа 50–100 мм толщина формы составляет 10–20 мм. Это необходимо для укладки проводников на стенки форм и удобства расположения отверстий для груза и контактирующей подвески, а также для того, чтобы при обрезке облоя по периметру наращённой скульптуры можно было бы без затруднений пользоваться ножницами.

Расплавленный воск заливают в обечайку равномерной струёй без брызг, воск следует лить между обечайкой и моделью, постепенно наполняя обечайку воском. Равномерная и достаточно медленная заливка воска, притом не на модель, а сбоку, даёт возможность получить формы без раковин, которые в случае быстрой и неравномерной заливки образуются из-за включений воздуха.

Формы снимают с формовочного стола после полного затвердевания, когда температура воска, например на монтановой основе, понижается примерно до 30–40 °С. Заформованные модели извлекают из восковых форм над столом, чтобы избежать повреждения их в случае выпадения из форм. Для удаления моделей легко разжимают края формы и встряхивают её. До полного отвердевания воска в стенках форм прокалывают одно против другого отверстия для груза и контактирующей подвески.

Восковыми композициями удобно также пользоваться с целью получения оттисков с плоских филигранных изделий, офортов и гравюрных моделей. При гальванопластических работах возникают самые разнообразные вопросы, связанные с приёмами формования и изготовления форм. В зависимости от характера скульптуры или художественного изделия эти вопросы решаются в каждом отдельном случае индивидуально. От правильности формования скульптуры с учётом условий гальванопластической техники (например, без глубоких впадин в сложных профилях, без подвнутренний) зависит успех репродуцирования в металле.

Описываемыми способами можно изготовлять металлические доски с надписями и мемориальные доски. На таких досках обычно имеется текст, рама, часто барельефное изображение. Мемориальную доску или доску с надписью делают следующим образом. На ровный деревянный планшет натягивают ватманскую бумагу, размер которой несколько больше размера изготовляемой доски, приклеивают края её к планшету, затем увлажняют бумагу водой, при этом после сушки она сильно натягивается. На бумаге размечают расположения текста, рамы, барельефа и других деталей композиции доски. Все детали, входящие в состав композиции доски, изготовляются отдельно в соответствии с её размерами.

Барельеф и раму выполняют гальванопластически и обрезают по контуру. Буквы для текста выпиливают из пластмассы, не деформирующейся при 60–70 °С (температура заливки воска). По разметке на ватманской бумаге буквы наклеиваются на неё нитролаком. Барельеф предварительно заливают с обратной стороны воском для создания правильной плоскости и тоже приклеивают нитролаком. Так же устанавливают раму доски. В случае наличия воздуха под барельефом или другими деталями доски он, выходя наружу, вызывает появление раковин на поверхности восковой формы.

Чтобы избежать прилипания воска, лист бумаги с наклеенными деталями протирают подсолнечным или касторовым маслом при помощи кисти. Вокруг подготовленной таким образом модели доски устанавливают обечайку (деревянную раму), высота стенок которой настолько превышает высоту рельефа модели, чтобы получилась достаточно массивная, толстая и прочная форма, не подвергающаяся деформации. Стык между обечайкой и доской тщательно промазывают глиной, чтобы не протекал воск. После этого приготовленную модель заливают восковой композицией.

После затвердевания воска обечайку разбирают, форму снимают, переворачивают лицевой стороной вверх и осторожно извлекают из неё заформованные детали. Для удаления из восковой формы деталей, в особенности пластмассовых букв, лучше всего пользоваться тонким шилом или ножом с узким острием. Затем форму осматривают, устраняют обнаруженные дефекты, подрезают края. Полученную форму укладывают на лист пластмассы толщиной 10–15 мм, в котором имеются отверстия для укрепления формы. После «зарядки» и нанесения на форму электропроводящего слоя ее загружают в ванну.

• Наращивание металла на пластилиновые и восковые модели

Такой метод применяют, если не требуется особая точность репродуцирования деталей и их можно подвергать механической обработке — опиливанию, чеканке. К деталям, наращиваемым поверху, относятся, например, всевозможные тонкостенные художественные изделия без соединительных швов. Для успешного ведения гальванопластических работ требуется прежде всего хорошо профильтрованный электролит и правильный режим работы при электролизе, что обеспечивает получение мелкокристаллических отложений металла и отсутствие дендритов.

Восковые модели изготавливаются из озокерита или композиции, содержащей, помимо озокерита, 50 % (по массе) парафина (или стеарина) и обладающей достаточно низкой температурой плавления и незначительной усадкой, а после застывания — значительной твёрдостью. Парафиновая (стеариновая) композиция заливается в увлажнённые гипсовые кусковые формы. Перед заливкой композиции в гипсовую форму укладывают контактирующие проводники в виде крючков или узлов, не забывая глубоко профилированные места будущей модели, являющиеся выступами в гипсовой форме.

После заливки эти проводники выступают над моделью только загнутыми концами. В форму укладывают также латунный или медный стержень, служащий каркасом и контактирующей подвеской, соединяемой со штангой ванны. По застывании восковой композиции копию модели вынимают из гипсовой формы, удаляют швы, образующиеся на местах стыков кусков, и поправляют дефекты, возникающие в процессе отливки восковой модели.

При наращивании деталей поверху решающее значение имеет скорость затяжки детали металлом в гальванопластической ванне. Она зависит от качества нанесённого электропроводящего слоя и от правильного расположения контактирующих проводников. После отложения слоя металла соответствующей толщины (обычно 1,5–2 мм), не искажающего рельефа (но достаточной для работы чеканами), его обрабатывают обычными напильниками или рифлёвками (напильниками специальной формы), а затем прочеканивают, после чего восковую композицию вытапливают.

•  Изготовление форм для литья скульптуры из пластических масс

Металлические формы изготовляются методом контактного копирования с моделей скульптуры. Чтобы получить формы для репродуцирования скульптур из литейных пластических масс, предварительно изготавливают модели таким же способом, как для наращивания поверху. В кусковые гипсовые увлажнённые формы заливают специальную восковую композицию, например, следующего состава, в граммах:

1. Озокерит — 700 гр
2. Парафин — 200 гр
3. Канифоль — 100 гр

На полученные восковые модели наносится затем тончайший графитный электропроводящий слой, для чего их натирают тонкой просеянной графитовой пудрой. После графитирования на модели устанавливают проводники и под током погружают в электролит. После образования слоя металла требуемой толщины воск из металлических форм выплавляют, для чего подогревают их над паром. Затем промывают формы бензином, ацетоном или другими растворителями, обезжиривают горячей щёлочью и промывают также горячей водой. Изготовленные таким образом формы отличаются высокой точностью, лёгкостью и прочностью.

В эти формы заливается пластмассовая смола, например эпоксидная, резитовая, неолейкоритовая смолы, обладающая высокими литейными свойствами. После конденсации смолы (отвердевание залитой пластмассы производят в машинном масле, которое заливают в железный сосуд, устанавливают в него форму и нагревают масло до температуры 60–70 °С) формы удаляются с готовых скульптур, растворяя их в том же сернокислом медном электролите, в котором производится наращивание форм. Для этого формы завешивают на анод и одновременно проводят наращивание новых форм на восковые модели, завешенные на катоде. Таким образом, медные формы, залитые пластмассой, не утрачиваются, а служат анодами для изготовления новых форм.

 Нанесение электропроводящего слоя на формы

• Графитирование 

Существует несколько сортов графита, наиболее качественным для создания электропроводящего слоя на формах считается чешуйчатый графит, но можно пользоваться любым сортом этого материала. В качестве графита лучше всего использовать не карандашный (электропроводность его оставляет желать лучшего), а графит технический, использующийся в токосъёмниках, либо в щётках электродвигателя.

Предварительно графит обрабатывают. Обычный мелкий чешуйчатый графит размалывают в фарфоровой шаровой мельнице с водой или растирают в фарфоровой ступке, наиболее мелкий графит — коллоидный, измельчают в коллоидной мельнице. Из размолотого графита удаляют содержащиеся в нем обычно оксиды железа, для чего его замешивают с водой до сметанообразной массы и добавляют хлорводородную кислоту, через сутки графит осаждается на дно сосуда. Воду сливают, графит многократно промывают водой до полного удаления кислоты, затем сушат, растирают шпателем и просеивают через тонкое металлическое или шёлковое сито с числом отверстий не менее 400 на 1 см². Наиболее мелкий графит необходим для небольших и очень точных копий, для копий большого размера более пригоден крупный графит, так как он обладает повышенной электропроводностью.

Следует отметить, что у графита значительное удельное электрическое сопротивление. При небрежном графитировании омическое сопротивление графита может возрасти, поэтому его следует наносить плотным слоем, чтобы частицы графита плотно соприкасались друг с другом. При нанесении графита на формы, имеющие тонкий рельеф, нужна кисть из мягкого, но не очень длинного волоса, чтобы пользоваться торцом кисти. На кисть надевают резиновую трубку, чтобы защитить форму от возможного соприкосновения с металлической оправкой кисти. Для графитирования обычно применяют акварельные колонковые кисти от № 8 до № 14, а также более жёсткие кисти, употребляемые в живописи маслом. Кроме того, пользуются ватными тампонами, главным образом для натирания гипсовых форм.

Гипсовые формы, пропитанные воском, и восковые формы лучше графитировать, когда они ещё не совсем остыли, сцепляемость частиц графитовой пудры с воском значительно повышается. Графитирование в этом случае проводят в два приёма. Предварительно ещё тёплую форму осторожно припудривают ватным тампоном, нанося графит в избытке, а после охлаждения форму окончательно графитируют. Если форма сделана из мягкой восковой композиции или из пластилина, следует пользоваться мягкими беличьими кистями или ватными тампонами. Стенки полости гипсовой формы лучше дополнительно графитировать довольно жёсткой кистью, обращая главное внимание на узкие или глубокие детали рельефа. При графитировании ватным тампоном необходимо часто осматривать его рабочую поверхность, так как она может навощиться и повредить рельеф формы.

Труднее графитируются парафиновые формы, потому что графит чрезвычайно плохо сцепляется с их поверхностью. Вследствие этого обычно требуется длительное графитирование. Парафиновые формы обрабатывают кистью, а не тампоном, ведь парафин хрупок и при натирании склонен к отслаиванию. При нанесении графита на пластилиновые формы, рельефы и объёмные фигуры их предварительно покрывают шеллачным лаком или нитролаком для создания тонкой плёнки, предохраняющей поверхностный слой пластилина от повреждений при графитировании и от размывания электролитом.

Пластилиновые барельефы изготовляют на пластмассовой или стеклянной доске, создающей плоский фон. Объёмные скульптуры из пластилина, на которые наращивается металл, делают на алюминиевых каркасах. Если опора каркаса выходит наружу, ее покрывают парафином или воском. Но выступающую часть каркаса оставляют до конца гальванопластического процесса, так как каркасом удобно пользоваться для подвески скульптуры в ванну. Только по окончании процесса выступающую часть отрезают ножовкой, а надрез плотно замазывают пластилином, покрывают электропроводящим слоем и затем наращивают металл в электролите.

Для нанесения графита на стеклянные, пластмассовые и другие материалы, на которые металл наращивают преимущественно в декоративных целях, пользуются следующим приёмом. Графитируемый материал сначала покрывают тонким каучуковым или восковым слоем, для чего готовят 0,2–0,3 %-ный раствор каучука или воска в чистом бензине и наносят его пульверизатором или кистью. После этого мягкой кистью тщательно кладут графит.

При наращивании металла на гигроскопичные материалы, например дерево, кружево, бумагу и тому подобных, их предварительно пропитывают парафином или воском.

Иногда приходится дополнительно подграфичивать формы, уже частично наращённые металлом. Дело в том, что в процессе гальванопластического осаждения металла на неметаллические формы, иногда часть поверхности не затягивается металлом. Это происходит по ряду причин: недостаточно плотное нанесение графита, неполное смачивание электролитом всей формы, смывание графита электролитом при загрузке форм, выделение пузырьков воздуха на форме. Обычно не покрываются металлом небольшие участки. Если, не устранив неполноту затяжки форм, вести дальнейшее наращивание, образуются значительные поры в толще металла. Чтобы не допустить этого, формы заранее вынимают из электролита, промывают в проточной водяной ванне или в слабой струе воды и сушат незатянувшиеся места формы струей тёплого воздуха или фильтровальной бумагой. Затем эти места подграфичивают мягкой кистью, лучше торцовой, которая даёт возможность производить графитирование не только поверхности формы, но и стеной небольших отверстий.

Ватные и марлевые тампоны для подграфичивания совершенно не годятся, так как волокна ваты или марли налипают на форму, что делает металл при дальнейшем наращивании шероховатым. Формы, покрытые графитовым электропроводящим слоем, тщательно обдувают для удаления лишнего, не связанного с формой графита. Особенно тщательно следует обдувать формы со сложным глубоким рельефом.

• Бронзирование

Способ образования электропроводящего слоя нанесением бронзового порошка менее распространён, чем графитирование, так как бронзовый порошок непрочно пристаёт к материалам, из которых обычно изготовляют формы для гальванопластики (за исключением пластилина или подогретых восковых композиций).

При помощи кисти порошком натирают форму, затем 15–25 %-ным раствором спирта смачивают её поверхность. Немедленно после смачивания спирт удаляют и наносят на форму подогретый до 30–35 °С раствор, состоящий из 6 г нитрата серебра и 50 г тиосульфата натрия, разведённых в 1 л воды. Когда окраска поверхности формы изменится, раствор сливают и наливают свежий. После того как форма приобретает серый цвет, который больше уже не изменяется, последнюю порцию раствора сливают и форму тщательно промывают водой.

• Серебрение

При серебрении для повышения смачиваемости форму обрабатывают не менее 1–2 мин спиртом, затем 2–5 мин раствором следующего состава:

• Хлорид олова  5 г
• Хлорводородная кислота  40 мл
• Дистиллированная вода  1 л

Промыв затем форму дистиллированной водой, приступают к серебрению. Предварительно готовят два раствора следующего состава (в граммах) :

1-й раствор

1. Нитрат серебра 40 г
2. Дистиллированная вода 1000 г

2-й раствор

1. Пирогаллол 7г
2. Лимонная кислота 4г

1-й и 2-й растворы смешивают в соотношении 1:5 (по массе) и наливают на форму. После того как раствор примет бурый цвет, его сливают, форму промывают дистиллированной водой и повторяют операцию серебрения тем же бурым раствором. По окончании серебрения форму сушат. Покрывают форму и сульфидом серебра. Для этого обработанную 5–8 %-ным хлоридом олова форму обливают (или смазывают кистью) раствором, содержащим:

1. Нитрат серебра 10 г
2. Аммиак (25 %-ный) 25 мл
3. Спирт этиловый 30 мл
4. Дистиллированная вода 20 мл

Смоченную форму просушивают и помещают в камеру с сероводородом или обдувают сероводородом в вытяжном шкафу. Для получения паров сероводорода в фарфоровую чашечку насыпают кусочки сульфида железа и обливают хлорводородной кислотой. При обдувании форм из пульверизатора на дно пузырька наливают сульфат аммония и крепят пульверизатор так, чтобы отводная трубка его была на некотором расстоянии от жидкости. Под действием сероводорода на нанесенном слое аммиачного серебра образуется тонкая плёнка сульфида серебра, обладающего довольно высокой электропроводностью.

Распространён способ получения плёнки сульфида серебра на слое шеллачного лака. Для этого форму покрывают тонким слоем лака и после просушки погружают в раствор (можно также наносить раствор кистью), состоящий из нитрата серебра и спирта, взятых в соотношении 2 : 3 (по массе). Влажную форму помещают в камеру с сероводородом или обдувают струей сероводорода. Спиртовой раствор нитрата серебра размягчает поверхностный слой шеллака, благодаря чему серебро лучше держится на поверхности формы.

• Меднение

Металлизировать поверхность медью можно таким способом: на предварительно графитированную форму наносят сперва 50 %-ный раствор спирта для улучшения смачиваемости формы, затем 20 %-ный раствор сульфата меди с добавлением 15 %-ного раствора спирта ректификата. Обработанную таким образом ещё влажную поверхность формы посыпают очень мелкими железными опилками, которые перемешивают мягкой кистью. Процесс повторяют 2–3 раза.

Перед меднением контактным осаждением из аммиачного раствора глицератов меди изделие обезжиривают, затем несколько уменьшают гладкость поверхности (стекло например, обрабатывают шкуркой или травят плавиковой кислотой), чтобы улучшить сцепляемость с осаждаемым металлом. Изделия из пластмассы протирают зубным порошком или оксидом магния, замешанными на 10–15 %-ном растворе карбоната калия или другой щелочи. Фарфоровые или стеклянные изделия погружают на 1–2 мин в слабый раствор плавиковой кислоты. После подготовки предмет тщательно промывают струёй воды, погружают в 1 %-ный раствор нитрата серебра на 5 мин и высушивают при 40–50 °С.

Меднят изделие, опуская его на 10–20 мин в подогретый до 25–35 °С состав, включающий в себя 1,1 л так называемого раствора меди, 400 мл 3 %-ного раствора гидроксида натрия, 200 мл восстановителя и, наконец, 800 мл формалина.

«Раствор меди» имеет следующий состав:

1. Сульфат меди (3 %-ный раствор) 1 л
2. Аммиак концентрированный 20 мл
3. Глицерин 70—80 мл

Для приготовления восстановителя 100 г сахара растворяют при нагревании в 250 мл воды и прибавляют 0,5 мл концентрированной азотной кислоты. Раствор греют до тех пор, пока он не приобретёт янтарный цвет. Затем его разбавляют водой до объёма 1250 мл. Изделие или формы, покрытые медью, тщательно промывают водой и загружают в электролитическую ванну.

Электролитическое наращивание

• Зарядка форм

Подготовленные для электролитического наращивания формы, как уже говорилось, должны быть заряжены, то есть снабжены проводниками, имеющими контакт с электропроводящим слоем и подвеской для крепления на катодных штангах. Если плотность материалов, из которых изготовлены формы, меньше плотности электролита, то формы должны быть снабжены грузами, удерживающими их под верхним уровнем электролита. Проводники делают из очень мягкой, хорошо отожжённой и про травленной медной или латунной проволоки диаметром примерно 0,15–0,2 мм или 0,3–0,5 мм. Более тонкие проволоки пригодны для небольших и средних форм, более толстые — для крупных (применение проводников большего диаметра позволяет повышать плотность тока).

В формах, снятых с рельефов или объёмной скульптуры, предусматривается несколько отверстий для контактирующих подвесок или проводников, а также отверстия для подвешивания грузов. В восковых формах эти отверстия обычно прокалывают в тот момент, когда воск ещё достаточно мягок, в гипсовых же формах сверлят их вручную до пропитывания форм восковой композицией. Отверстия располагают в нерабочих краях формы: диаметр их таков, чтобы в них удалось бы ввести контактирующие провода или подвески, площадь сечения которых обеспечивает отсутствие нагрева при максимальной рабочей плотности тока. У плоских форм отверстия для грузов располагают на противоположной стороне от отверстий для подвесок. Число таких отверстий подбирают, исходя из необходимости уравновесить формы в ванне.

Контактирующие проводники прокладываются на расстоянии 5–10 мм от границ готового изделия, что даёт возможность легко отделять металлический облой при обработке готового барельефа. Располагать проводники подальше от границ формы важно потому, что они покрываются наиболее толстым слоем металла, затрудняющим удаление облоя. У объёмных и кусковых форм проводники укрепляют главным образом на торце. Проводники начинают прокладывать от подвесочного отверстия формы — их вводят в отверстие с лицевой стороны формы и крепят пластилином или церезином в начале, а затем в конце каждого участка.

Для обеспечения лучшего контакта с электропроводящим слоем необходимо, чтобы проводник плотно прилегал к форме. С этой целью он дополнительно поджимается острием ножа к плоскости. По окончании прокладки проводника его второй конец снова вводят в подвесочное отверстие формы, а затем там же крепят подвеску — изолированный проводник, конец которого очищен от изоляции на длине, достаточной для контакта с концами проводника, проложенного на форме. Затем подвесочный провод загибают в виде крючка.

В качестве подвесок для плоских форм лучше употреблять одножильный медный провод с хлорвиниловой изоляцией, для объёмных форм — мягкий многожильный провод с резиновой или иной надёжной изоляцией, защищающей провод от электролита. В качестве грузов подходят куски фарфора, стекла, глазурованной и непористой керамики. Чтобы грузы не обрастали металлом (что возможно при попадании на них графитовой пыли), нужно всегда покрывать их лаком или воском, следя за тем, чтобы на грузах не было электропроводящих материалов. Поэтому грузы подвешивают на формы после нанесения электропроводящего слоя.

• Загрузка форм в ванну

Формы загружают под некоторым углом к поверхности электролита, чтобы облегчить удаление воздуха из поднутрений и узких мест формы. Помещённая в электролит плоская форма затем располагается горизонтально для удаления с неё мягкой кистью оставшихся пузырьков воздуха. Чтобы уменьшить захват пузырьков воздуха, формы перед загрузкой лучше залить спиртом. Пузырьки воздуха не всегда легко заметить под слоем электролита, поэтому необходимо внимательно осматривать форму перед завешиванием в ванну. Пузырьки имеют вид отдельных прозрачных стёклышек или бисеринок, они трудно удаляются даже при резком стряхивании, и только кистью их сравнительно легко убрать.

Формы завешивают всегда в таком положении, чтобы из поднутрений имелся выход для воздуха к верху. Закрытые объёмные формы заполняют электролитом постепенно, равномерно вытесняя из них воздух. Глубоко профилированные места держат в таком положении, при котором электролит медленно вливается в них, вытесняя воздух. Первоначальная плотность тока должна быть минимальной, чтобы не вызвать подгорания проводников, связанных с электропроводящим слоем. Минимальную плотность тока следует поддерживать до полной затяжки форм металлом и лишь затем переходить на рабочую плотность.

Металлизация кружев

Кружева, являясь тонко орнаментированными художественными изделиями, в металлизированном состоянии напоминают филигрань. Кружева, металлизированные техникой гальванопластики, служат для украшения разнообразных художественных изделий или же основным элементом для изготовления всего изделия. Тюлевые кружева, особенно тонкие по рисунку, наиболее красивы в сочетании с просвечивающим через них фоном изделия и поэтому наиболее желательны для отделки в виде декорирующих накладок. Гипюровые кружева с более крупной, чем у тюлевых, сеткой ажура пригодны для непосредственного изготовления различных художественных изделий.

Гальванопластическая металлизация состоит в предварительной обработке кружев, наращивании металла и последующей гальваностегической отделке кружев. Сперва кружева растягивают на рамке и пропитывают парафином. Затем их проглаживают утюгом между листами бумаги для удаления избытка парафина. Далее наносят электропроводящий слой мелкого графита, излишек которого тщательно сдувают. Проложив проводники по краю кружева, их крепят на пластмассовой рамке (или рамке из толстого провода с хлорвиниловой изоляцией), вместе с которой загружают в электролит.

Кружева, покрытые медью, обрабатывают латунной щёткой. Из металлизированных кружев вырезают требуемую заготовку и монтируют на изделии или изготовляют само изделие, придавая заготовке кружева соответствующую форму. Металлизированные кружева паяют обычным способом с применением оловянно-свинцового припоя. Гальваностегическая отделка заключается в нанесении на кружева декорирующего слоя серебра, золота или оксидирования их в соответствующий тон.

Изготовление металлических гербариев

Для создания металлических гербариев берут свежие листья и снимают с них отпечатки на восковой композиции. Для этого в формочку из плотной бумаги или в обечайку заливают подготовленную композицию и дают ей остыть почти до полного отвердевания с таким расчётом, чтобы поверхность восковой композиции была ещё эластичной. Листья накладывают на поверхность воска и прижимают их стеклом. После этого снимают стекло и лист, и на восковой композиции остаётся чёткий отпечаток листа. Таким же образом делают отпечаток с обратной стороны листа. Когда воск полностью затвердеет и станет холодным, форму с отпечатком осторожно графитируют мягкой кистью так, чтобы не повредить отпечатка. Установив проводники, на форме укрепляют груз, чтобы они не всплывали, и форму завешивают в гальванопластическую ванну.

Покрытие растений и фруктов

Для покрытия металлом растений, фруктов и тому подобных их предварительно высушивают, а затем обрабатывают в спирте или в растворах хлорида натрия, бария или кальция, уксусной или салициловой кислоты в течение нескольких минут. После этого на поверхность предметов, покрываемых металлом, наносят несколько тонких слоёв шеллачного лака.

Для металлизации растений готовят четыре раствора (применяя при этом дистиллированную воду):

1-й раствор — 4 г гидроксида натрия на 100 мл воды
2-й раствор — 4 г нитрата серебра на 100 мл воды
3-й раствор — 7 г аммиака (25 %-ный раствор) на 100 мл воды
4-й раствор — 2,5 г сахара на 85 мл воды

Все четыре раствора сливают в один сосуд и в полученную жидкость опускают растение, которое хотят металлизировать. После того как поверхность растения покроется серебром, его вынимают из раствора, промывают водой и загружают в гальванопластическую медную ванну. Для устранения плавучести в электролите фрукты, растения и тому подобные прикрепляются на парафине к стеклу или кусочку пластмассы.

Покрытие изделий из дерева и перьев птиц

Мелкие изделия из дерева, например рельефы, могут быть покрыты тонким слоем металла. Такие металлизированные деревянные изделия будут выглядеть как металлические литые предметы. Предварительно изделия из дерева проваривают в воске или парафине, церезине, озокерите или других восковых смесях для устранения гигроскопичности, так как дерево впитывает электролит. Затем изделия графитируются, на них устанавливаются проводники, подвешивается груз и форма загружается в ванну. Таким же способом могут быть покрыты металлом перья птиц, но их не проваривают в воске или парафине, а только погружают в расплавленный состав, после чего графитируют, прикрепляют проводник и груз.

Изготовление пресс-форм для прессования изделий из акрила

С помощью гальванопластики можно изготовлять пресс-формы для прессования в них предварительно размягчённого акрилата (органического стекла). Для этого с рельефной модели снимают металлический контррельеф, наращивая металл в гальванопластической ванне непосредственно на модель. Готовят рельефную модель из гипса или пластилина. Покрыв модель графитом и приложив проводники из проволоки, модель загружают в гальванопластическую ванну и выдерживают её до отложения на ней меди толщиной не менее 1,5–2 мм. Полученный медный контррельеф облуживают с обратной стороны оловянно-свинцовым припоем и устанавливают на столе вниз контррельефом, подложив лист асбеста.

Заключив контррельеф в стальное кольцо, в него заливают свинец или баббит, который припаивается к облужённой стороне контррельефа. Кольцо легко отрезать от трубы соответствующего диаметра. Во избежание растекания свинца контррельеф вдавливают в песок, предварительно насыпанный на асбест. Песком следует засыпать и внешние края кольца. В полученной таким образом пресс–форме можно прессовать изделия из пластической массы — органического стекла, предварительно размягчив его над электрической плиткой или в кипятке до состояния резины. Для прессования размягчённое органическое стекло укладывают на полученную пресс-форму, поверх которой кладут толстую губчатую резину, а затем стальную плитку толщиной 4–5 мм. Подготовленную пресс-форму ставят на пресс и сдавливают массу органического стекла в течение 3–5 мин почти до полного отвердевания.

После прессования форму вместе с моделью погружают в воду для окончательного охлаждения и извлекают модель из готовой формы лёгким постукиванием. Для выдавливания моделей небольших размеров (5–6 см) достаточно канцелярского винтового пресса или гидравлического пресса, имеющегося в каждом физическом кабинете школы.

 

Защита металла от коррозии

Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материа­лов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три метода защиты от коррозии:

Метод	Описание метода
Конструкционный	Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие и кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.
Активный	Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.
Пасивный	В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента.

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и коррозирует первым. Ионы Zn²⁺ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

 

Самые распространённые способы поверхностной защиты стали:

• Антикоррозийное лакокрасочное покрытие
• Горячая гальванизация погружением
• Гальванопластика
• Гальванизация напылением
• Хромирование
• Напыление алюминия
• Нанесение резинового покрытия
• Нанесение полимерных покрытий на стальные листы (койлкоутинг)

Цинковые покрытия

Цинковые покрытия могут наноситься с помощью:

• Горячей гальванизации погружением
• Гальванопластики
• Гальванизации напылением
• Нанесением красок с высоким содержанием цинка

Цинкование — это процесс нанесения цинка или его сплава на металлическое изделие для придания его поверхности определённых физико–химических свойств, в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкование — наиболее распространённый и экономичный процесс металлизации, применяемый для защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии. На эти цели расходуется примерно 40 % мировой добычи цинка. Стойкость цинкового покрытия к атмосферной коррозии линейно зависит от его толщины. Цинкованию подвергаются стальные листы, лента, проволока, крепёжные детали, детали машин и приборов, трубопроводы и другие металлоконструкции. Декоративного назначения цинковое покрытие обычно не имеет, некоторое улучшение товарного вида приобретает после пассивирования оцинкованных изделий в хроматных, или фосфатных растворах, придающих покрытиям радужную окраску. Наиболее широко используется оцинкованная полоса, изготовляемая на автоматизированных линиях горячего цинкования, то есть методом погружения в расплавленный цинк. Методы распыления и металлизации позволяют покрывать изделия любого размера (например, мачты электропередач, резервуары, мостовые металлоконструкции, дорожные ограждения). Электролитическое цинкование ведётся в основном из кислых и щёлочно-цианистых электролитов, специальные добавки позволяют получать блестящие покрытия.

• Горячая гальванизация

Самым распространённым методом защиты стальных строительных деталей является горячая гальванизация. Этот простой процесс представляет собой покрытие поверхности стали устойчивым к коррозии металла цинком или цинк-алюминиевым сплавом. Цинк и сплавы цинка защищают сталь двумя способами. Во-первых, как и краска, они обеспечивают барьерную защиту. Во-вторых, они обеспечивают гальваническую защиту, то есть под действием факторов коррозии цинк разрушается, сохраняя сталь. Толщина покрытия может варьироваться в пределах от 25 до 200 мкм.

• Холодное цинкование

Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах. Система холодной оцинковки бывает одно-, двух- или трехупаковочной и включает:

• связующее — известны составы на хлоркаучуковой, этилсиликатной, полистирольной, эпоксидной, уретановой, алкидной (модифицированной) основе
• антикоррозионный наполнитель — цинковый порошок («цинковая пыль»), с содержанием более 95 % металлического цинка, имеющего размер частиц менее 10 мкм и минимальную степень окисления
• отвердитель (в двух- и трех- упаковочных системах)

Одноупаковочные системы холодного цинкования поставляются готовыми к применению и требуют лишь тщательного перемешивания состава перед нанесением. Двух- и трехупаковочные системы могут поставляться в нескольких упаковках и требуют дополнительных операций по приготовлению состава перед нанесением (смешивание связующего, наполнителя, отвердителя). После приготовления (двух- и трёхупаковочные системы), нанесения состава на защищаемую поверхность металла кистью, валиком, методом пневматического или безвоздушного распыления и высыхания на поверхности металла образуется цинконаполненное противокоррозионное покрытие — полимерно-цинковая плёнка, сохраняющая все свойства полимерного покрытия, которое использовалось в качестве связующего, и одновременно обладающая всеми защитными достоинствами обычного цинкового покрытия.

Преимущества системы холодной оцинковки по сравнению со способом горячей гальванизации:

1. Простота и меньшая трудоёмкость технологии нанесения защитного цинкового покрытия. Для нанесения покрытия не требуется специальное оборудование.
2. Возможность антикоррозионной защиты металлоконструкций любых размеров, как в заводских так и в полевых условиях.
3. Возможность исправления непосредственно на месте абразивных повреждений покрытия и дефектов, возникающих при сварке металлоконструкций.
4. Экологически чистый процесс нанесения покрытия.
5. Создание на поверхности железа гибкого слоя цинка не образующего микротрещин при изгибании металлоизделия.

Система холодного цинкования применяется во всех видах промышленности и в быту, где требуется надёжная и долговечная защита железных поверхностей от коррозии. Помимо использования в качестве грунтовочного слоя в комплексном многослойном покрытии система холодной оцинковки может применяться как самостоятельное антикоррозийное покрытие металлических поверхностей.

• Термодиффузионное цинковое покрытие

Применяют для эксплуатации металлоизделий в агрессивных средах, где необходима более стойкая антикоррозионная защита поверхности металлоизделий. Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к чёрным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счёт взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллитных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытий при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий.

Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375–850 °C), или с использованием разрежения (вакуума), при температуре от 250 °C, применяется для покрытия крепёжных изделий, труб, деталей арматуры и других конструкций. Значительно повышает стойкость стальных, чугунных изделий в средах, содержащих сероводород (в том числе против сероводородного коррозионного растрескивания), промышленной атмосфере, морской воде и др. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры, времени, способа цинкования и может составлять 0,01–1,5 мм. Современный процесс диффузионного цинкования позволяет образовывать покрытие на резьбовых поверхностях крепёжных изделий, без затруднения их последующего свинчивания. Микротвёрдость слоя покрытия (Hμ) составляет 4000–5000 МПа. Диффузионное цинковое покрытие также значительно повышает жаростойкость стальных и чугунных изделий, при температуре до 700 °C. Возможно получение легированных диффузионных цинковых покрытий, применяемое для повышения их служебных характеристик.

• Неорганические цинковые покрытия

По сути это жидкие лакокрасочные ( акриловые или полиуретановые) покрытия, способные вступать в реакцию с металлической поверхностью и предохранять её от ржавления. Никакая другая краска не обладает такими свойствами. Неорганические цинковые покрытия очень экономичны. Сначала цинковые частицы действуют гальванически, защищая сталь. Формируется слой малорастворимого цинкового гидроксида. Он распространяется по поверхности металла и заполняет поры, образовавшиеся во время реакции цинка. Далее гидроксид цинка вступает в реакцию с диоксидом углерода атмосферы и образует карбонат цинка. Это химическое соединение абсолютно нерастворимо. Оно создаёт непроницаемый барьер на пути влаги и коррозии. Следовательно, при использовании неорганических наполненных цинком покрытий  вы получаете два слоя защиты по цене одного покрытия.

Такая антикоррозионная краска может быть успешно использована для защиты индустриальных, морских и прибрежных объектов. Также применяется для защиты электростанций, химических и нефтеперерабатывающих заводов, мостов и трубопроводов, как подземных, так и находящихся на поверхности. Защита металлов от коррозии при помощи наполненных цинком покрытий может применяться на поверхностях, температура которых достигает 450 С.

Сравнение цинковых покрытий:

	Толщина покрытия
Горячее цинкование погружением	Обычно 50-100 мкм (до 250 мкм) толщиной. Непрерывное цинкование стального листа: 10-30 мкм.
Гальванопластика	Обычно от 5 до 15 мкм. Стоимость толстых покрытий велика.
Цинкование напылением	Различная толщина покрытия, обычно от 80 до 150 мкм (редко превышает 250 мкм).
Краски с высоким содержанием цинка	От 10 до 60 мкм на один слой.
	Адгезия цинка к стали
Горячее цинкование погружением	Металлургическое наплавление.
Гальванопластика	Межатомные связи / механическая адгезия.
Цинкование напылением	Механическая адгезия. Хорошего качества при условии правильной дробеструйной обработки.
Краски с высоким содержанием цинка	Зависит от связующего и качества дробеструйной обработки.
	Структура покрытия
Горячее цинкование погружением	Цинкование отдельных деталей: цинко-железный слой плюс внешний слой цинка. Непрерывное цинкование: очень тонкий железо-алюминиево-цинковый слой и слой чистого цинка (99 %).
Гальванопластика	Чистый цинк.
Цинкование напылением	Покрытие образовано напылением чистого цинка. Покрытие несколько окисленное и пористое.
Краски с высоким содержанием цинка	В лучших материалах содержание цинка в краске достигает 90%.
	Равномерность и непрерывность
Горячее цинкование погружением	Равномерность и непрерывность покрытия оцениваются как хорошие. Избыточные дорожки цинка при серийном изготовлении.
Гальванопластика	Покрытие равномерное. Степень равномерности зависит от эффективности работы ванны.
Цинкование напылением	Зависит от навыков исполнителя. Покрытие пористое, однако, поры быстро заполняются солями цинка, что в результате делает покрытие плотным.
Краски с высоким содержанием цинка	Равномерность и непрерывность покрытия оцениваются как хорошие. При наличии пор, они быстро заполняются продуктами реакций.
	Предварительная обработка
Горячее цинкование погружением	Цинкование отдельных деталей: обезжиривание и травление кислотой.
Гальванопластика	Обезжиривание и травление кислотой.
Цинкование напылением	Дробеструйная обработка (степень очистки не менее Sa3).
Краски с высоким содержанием цинка	Дробеструйная обработка (степень очистки от Sa2 до Sa3).
	Коррозионная стойкость
Горячее цинкование погружением	Хорошая
Гальванопластика	Ограниченная (в зависимости от толщины покрытия)
Цинкование напылением	Хорошая
Краски с высоким содержанием цинка	Ограниченная
	Стандарты
Горячее цинкование погружением	EN ISO 1461, EN ISO 14713, ISO 3575 (сталь с покрытием)
Гальванопластика	ISO 2081
	Коррозионная стойкость
Горячее цинкование погружением	Размер объекта зависит от размеров ванны для цинкования. Для обработки длинных объектов может применяться погружение с переворачиванием. Объекты должны быть спроектированы таким образом, чтобы было возможно горячее цинкование погружением.
Гальванопластика	Размеры ограничены ёмкостью. Обычно применяется для мелких деталей простой формы. Подходит для листа и проволоки, в процессе не выделяется тепло.
Цинкование напылением	Размеры и форма не ограничены. Экономично в случае объектов, масса которых велика по сравнению с площадью поверхности. Неэкономично в случае для неразборных каркасных конструкций. Применение ограничено доступностью поверхностей. Лучший метод получения толстых покрытий.
Краски с высоким содержанием цинка	Подходит для тех же применений, что и все краски. Проблематично нанесение в узких местах.

Скорость атмосферной коррозии цинка примерно в 10 раз меньше, чем у стали, и составляет:

1. В открытой атмосфере сельской местности: < 1 мкм/год
2. В открытой атмосфере города: ≈ 2 мкм/год
3. В промышленной атмосфере: от 2 до 10 мкм/год
4. В морской атмосфере: ≈ 2 мкм/год

Газотермическое напыление

С помощью газотермического напыления на поверхности металла создаётся слой из другого металла или сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла. Суть метода такова: газовой струёй на поверхность изделия на огромной скорости наносят частицы металлической смеси, в результате чего образуется защитный слой толщиной от десятков до сотен микрон. Газотермическое напыление также применяется для продления жизни изношенных узлов оборудования: от восстановления рулевой рейки в автосервисе до нефтедобывающих компаний.

Антикоррозионная краска

Краска представляет собой барьерное покрытие, которое при правильном использовании, обеспечивает достаточную защиту стали от коррозии. Однако антикоррозионная краска не всегда выполняет свою защитную функцию в полной мере. Даже под идеально нанесённой краской при продолжительном контакте с водой появляется коррозия.

В любом случае, антикоррозионную краску необходимо наносить на чистую подготовленную поверхность. Подготовка поверхности и защита стали от коррозии с помощью антикоррозийных лакокрасочных покрытий описаны в ISO 8501-1, ISO 8501-2, ISO 8502, ISO 8503-1,  ISO 8504, ISO 11124, ISO 11126.

Защитные лакокрасочные покрытия не изменяют принципиально электрохимическую природу процессов, происходящих на поверхности корродирующих металлов, а лишь уменьшают их скорости. Покрытия играют роль диффузионного барьера, эффективно тормозящего доступ агрессивных агентов внешней среды к поверхности металла, а в большинстве случаев изменяют также потенциал металла.

Защитные лакокрасочные покрытия — многослойные системы, состоящие из грунтовок, непосредственно соприкасающихся с металлом, и верхних кроющих слоёв. Грунтовки должны надёжно сцепляться с металлом и обладать хорошими антикоррозионными свойствами. Они содержат плёнкообразующие вещества и пигменты. Плёнкообразующими служат алкидные смолы, эпоксидные смолы, растительные масла, пигментами — железный и свинцовый сурик (для грунтовок по чёрным металлам) и цинковый крон (для грунтовок по цветным металлам). Кроме того, применяют так называемые протекторные грунты, которые состоят из связующего (около 5%) и цинковой пыли (до 95%) и, подобно цинковому покрытию, защищают металл электрохимически. Заводская грунтовка наносится на стальную поверхность сразу после пескоструйной обработки, для временной защиты от коррозии в процессе производства, транспортировки, монтажа и хранения. Краска обычно наносится поверх заводской грунтовки, на которую обычно наносится также новый слой грунтовки. Как правило, заводская грунтовка не является частью конечной лакокрасочной системы, поэтому в некоторых случаях её необходимо смывать. Детали, поставляемые в заводской грунтовке, можно скреплять сваркой.

Верхние кроющие слои защитных лакокрасочных покрытий должны быть малопроницаемы для влаги, паров, газов, ионов электролитов, не должны набухать и растрескиваться в рабочей среде. Наиболее распространённые плёнкообразующие для кроющих слоёв — алкидные смолы и их композиции с меламино-формальдегидными смолами и мочевино-формальдегидными смолами. Хорошей химической стойкостью обладают покрытия на основе феноло-альдегидных смол, эпоксидных смол, поливинилхлорида. Верхние слои термостойких защитных лакокрасочных покрытий получают на основе кремнийорганических полимеров. Введение пигментов повышает термостойкость защитных лакокрасочных покрытий и замедляет их старение.

Перед нанесением защитных лакокрасочных покрытий поверхность металлов специально подготавливают: удаляют окалину, окислы, жировые вещества и влагу. Иногда поверхность подвергают пескоструйной обработке, фосфатируют или анодируют. Защитные лакокрасочные покрытия наносят на окрашиваемые поверхности пневматическим распылением, электрораспылением и другими методами. Сушить покрытия можно при комнатной или повышенной температуре в зависимости от свойств плёнкообразующего и габаритов изделия или сооружения.

Электрохимическая защита

Этот тип защиты металлов от коррозии, основана на зависимости скорости коррозии от электродного потенциала металла. Металл или сплав должен эксплуатироваться в той области потенциалов, где скорость его анодного растворения меньше некоторого конструктивно допустимого предела, который определяют, исходя из срока службы оборудования или допустимого уровня загрязнения технол. среды продуктами коррозии. Кроме того, должна быть мала вероятность локальных коррозионных повреждений.

К собственно электрохимической защите относят катодную защиту, при которой потенциал металла специально сдвигают из области активного растворения в более отрицательную область относительно потенциала коррозии, и анодную защиту, при которой электродный потенциал сдвигают в положительную область до таких значений, когда на поверхности металла образуются пассивирующие слои.

 

Механические способы очистки металлических поверхностей

Эксплуатационные качества защитных лакокрасочных покрытий существенно зависят от состояния поверхности металла непосредственно перед окрашиванием. Международные стандарты ISO 8501, ISO 8502 и ISO 8503 устанавливают методы оценки состояния поверхности стальных конструкций, стандарт ISO 8504 даёт руководство по методам очистки стальных поверхностей с указанием возможностей каждого метода в достижении определённых уровней чистоты поверхности.

Классификация исходных и очищенных поверхностей

Стальные поверхности, подлежащие очистке, классифицируют по степеням окисления по стандарту ISO 8501-1 и ГОСТ 9.402.

• А — поверхность стали почти полностью покрыта прочно сцепленной с металлом прокатной окалиной, на поверхности почти нет ржавчины
• В — поверхность стали начала ржаветь, от неё начинает отслаиваться прокатная окалина
• С — поверхность стали, с которой в результате коррозии почти полностью исчезла прокатная окалина, или с которой прокатная окалина может быть легко удалена. На поверхности стали, при визуальном осмотре, наблюдаются небольшие изъязвления коррозии
• D — поверхность стали, с которой в результате коррозии прокатная окалин исчезла и на которой наблюдается язвенная коррозия на всей поверхности при визуальном осмотре

Существует большое количество различных состояний металлических поверхностей, требующих очистки перед окраской. Прежде всего, это касается ремонта уже окрашенных объектов. Возраст объекта и его расположение, качество первоначальной поверхности, свойства старого лакокрасочного покрытия и количество дефектов, тип предыдущих и будущих агрессивных условий и предполагаемое новое лакокрасочное покрытие — все эти факторы влияют на предстоящую подготовку поверхности. При выборе метода подготовки поверхности следует учитывать требуемую степень очистки и шероховатость поверхности, соответствующие наносимой системе лакокрасочного покрытия.

Абразивная струйная очистка является наиболее эффективным методом механической подготовки поверхности и характеризуется следующими свойствами:

• возможность достижения высокой производительности
• струйно-абразивное оборудование может быть как стационарным, так и передвижным
• метод применим для большинства типов и форм поверхностей
• могут достигаться разные степени подготовки и профилей поверхности
• возможно частичное удаление отдельных участков повреждённого покрытия

Степень подготовки поверхности струйной очисткой

Sa 1  Легкая очистка	При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от слабопристающих окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц.
Sa 2  Тщательная очистка	При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от большей части прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся загрязнения должны приставать прочно.
Sa 2 1/2  Очень тщательная очистка	При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Любые оставшиеся следы загрязнений должны выглядеть только как легкое окрашивание в виде пятен или полос.
Sa 3  Очистка до визуально чистой стали	При осмотре без увеличения поверхность должна быть свободной от видимых масла, смазки и грязи, а также от прокатной окалины, ржавчины, краски и посторонних частиц. Она должна иметь однородную металлическую окраску.

Очистка абразиво-струйным методом обозначается буквами «Sa», подготовка поверхности путем очистки ручным и механическим инструментом, например, шабрение, механическая очистка щеткой и шлифова­ние, обозначается буквами «St» и подготовка поверхности пламенной очисткой обозначается буквами «FI».

Подготовка поверхности по ISO 12944-4 может быть:

• первичная (общая)  — это подготовка всей поверхности в целом до обнажения стали
• вторичная (локальная) — это подготовка поверхности с оставлением прочно сцепленных частей органических и металлических покрытий

Первичная подготовка проводится с целью удаления прокатной окалины, ржавчины, различных загрязнителей и уже имеющихся покрытий с поверхности стали перед нанесением грунтовочного слоя. Окалина является ненадёжной подложкой, так как она имеет отличающийся от стали коэффициент расширения, в связи с чем при смене температур хрупкий слой окалины может отслаиваться, что ведёт к разрушению покрытия. После первичной подготовки вся поверхность представляет собой оголённую сталь. Международные стандарты ISO указывают семь степеней очистки при первичной подготовке поверхности.

Вторичная подготовка проводится с целью локального удаления ржавчины и инородного материала с поверхности стали, покрытой грунтовкой, перед нанесением антикоррозионной лакокрасочной системы. Под подготовкой поверхности под окраску подразумевается не только очистка, но и различные операции, выполняемые для повышения защитных и физико-механических свойств покрытия.  Международные стандарты ISO указывают шесть степеней подготовки поверхности при вторичной подготовке.

Подготовка поверхности это одна из основных предпосылок успешной защиты. На выбор метода обработки под окраску влияют материал очищаемой конструкции, толщина материала, размеры, условия проведения работ по очистке, а также характер удаляемых посторонних включений. Опыт эксплуатации окрашенных конструкций свидетельствует о том, что при ремонтных работах не всегда нужно полностью удалять все предыдущие покрытия. Это в особенности относится к тем случаям, когда техническое обслуживание производится регулярно. В случаях, когда производится локальное удаление покрытия, необходимо соблюдать следующие условия:

• оставшееся нетронутым покрытие должно способствовать увеличению срока службы, улучшению защиты от коррозии новой системы лакокрасочного покрытия и быть совместимым с ней
• во время очистки локальных участков покрытий, поражённых коррозией до металла, не должны быть повреждены соседние участки
• возможность реального удешевления техобслуживания

Способы очистки:

Очистка ручным инструментом

Ручная очистка — это метод подготовки металлических поверхностей с помощью ручных инструментов, без применения электричества. Ручную очистку поверхности проводят с использованием обрубочных молотков для скалывания ржавчины и других загрязнений, ручных проволочных щёток, шпателей, скребков, абразивных шкурок, наждака. Молотки для скалывания применяются для удаления толстого рыхлого слоя ржавчины, чтобы сделать более экономичной абразивную струйную очистку. Обработка молотками часто проводится в сочетании с зачисткой щётками. Обработка такими молотками непригодна для общей подготовки поверхности перед нанесением покрытий. Для удаления рыхлого слоя ржавчины возможно также применение скребков. Очистка ручным инструментом иногда применяется на начальном этапе для предварительной очистки, с целью снятия относительно легко удаляемых загрязнений перед использованием механизированных инструментов.

Очистка механизированным инструментом

Это метод подготовки металлических поверхностей с применением механизированных ручных инструментов, но без использования струйно-абразивной очистки. Механизированную очистку проводят с использованием вращающихся проволочных щёток, машин для зачистки абразивными шкурками, дисков для зачистки абразивными шкурками, абразивных точильных камней, зачистных молотков с электро- или пневмоприводом, игольчатых пистолетов, шлифовальных кругов и других различных шлифовальных приспособлений. Зачистка проволочными щётками применима для подготовки сварных швов, но не пригодна для удаления прокатной окалины.

Участки поверхности, недоступные для подобных инструментов, должны подготавливаться вручную. При очистке механизированным инструментом необходимо не допускать чрезмерной шероховатости поверхности, острых выступов и кромок, которые часто не перекрываются слоем лакокрасочного покрытия заданной толщины. При использовании проволочных вращающихся щёток необходимо не допускать полировки остаточной окалины до слишком гладкого состояния, что может приводить к ухудшению адгезии покрытия. Применение пневматических молотков должно быть ограничено сварными швами, углами, неровными кромками и т.д., поскольку удары острой грани могут создать неприемлемый профиль плоских поверхностей. Перед очисткой ручным и механическим инструментом необходимо удалить скалыванием все толстые слои ржавчины.

Очистка механизированным инструментом эффективнее и производительнее очистки ручным инструментом, но по эффективности уступает абразивной струйной очистке. Для достижения качества подготовки поверхности, аналогичного абразиво-струйному методу необходимо применение более чем одного типа механизированного инструмента, что делает такую подготовку поверхности более сложной и дорогостоящей. Более того, при этом невозможно удалить масло, смазки и активирующие коррозию вещества, например хлориды и сульфаты. Однако в некоторых случаях очистке механизированным инструментом отдают предпочтение перед абразиво-струйной очисткой, например, когда необходимо избежать образования пыли или скопления отработанного абразива.

При окончательной подготовке поверхности перед окраской удаляются все заусенцы, острые края или срезы, образовавшиеся во время операций очистки. Остающаяся краска не должна иметь блеска и ее края сводятся на нулевую толщину (под углом). Поверхность просушивается, если это необходимо, и с помощью щёток, пылесосов или продувки струей сухого, чистого воздуха удаляются все остаточные продукты очистки и пыль.

Абразивоструйнная очистка

• Сухая абразивоструйная очистка

Сухая абразивоструйная очистка (бластинг) заключается в ударе абразивного потока с высокой кинетической энергией о подготавливаемую поверхность. Подача абразива осуществляется при помощи центробежной силы, сжатого воздуха или эжекции. В воздушно-абразивный поток допускается добавлять небольшое количество воды для устранения пыли. Центробежная абразивная струйная очистка осуществляется на неподвижных установках или в передвижных устройствах, в которых абразив подаётся на вращающиеся колеса или лопасти разбрасывающие абразив равномерно и с большой скоростью по очищаемой поверхности.

• Абразивная струйная очистка сжатым воздухом

Абразивная струйная очистка сжатым воздухом осуществляется при подаче абразива в поток воздуха и направлении образующейся воздушно-абразивной смеси с высокой скоростью из сопла на очищаемую поверхность. Абразив может быть впрыснут в воздушный поток из емкости, находящейся под давлением, или увлечён этим воздушным потоком в процессе всасывания из емкости, не находящейся под давлением. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов.

• Абразивная струйная очистка с вакуумом или всасывающей головкой

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что сопло заключено внутри всасывающей головки, которая герметично закреплена на стальной очищаемой поверхности и служит для сбора отработанного абразива и загрязнений. В качестве альтернативного варианта воздушно-абразивный поток может быть подан на металлическую поверхность при использовании пониженного давления во всасывающей головке, то есть за счет эжекции этот метод имеет название — вакуум-бластинг.

• Абразивная струйная очистка с впрыскиванием влаги

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что в воздушно-абразивный поток добавляют незначительное количество жидкости, обычно чистую пресную воду, что создаёт метод струйной очистки, при котором не образуется пыли в диапазоне размера взвешенных частиц менее 50 мкм, расход воды составляет 15-25 л/ч.

• Влажная абразивная струйная очистка со сжатым воздухом

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом и отличается тем, что в поток добавляют жидкость, обычно чистую, пресную воду, при этом очистка поверхности производится потоком воды, воздуха, абразива. При влажной абразивной очистке используют смесь абразива с водой в соотношении от 1:2 до 1:6.

• Суспензионная струйная очистка

Суспензионная струйная очистка заключается в подаче дисперсии мелких абразивных частиц в воде или другой жидкости на очищаемую поверхность.

• Струйная очистка жидкостью под давлением

Абразив или смесь абразивов вводят в поток жидкости, обычно чистой пресной воды, и этот поток направляют через сопло на очищаемую поверхность. Поток представляет собой, главным образом жидкость, находящуюся под давлением, а количество добавленных абразивов, как правило, меньше, чем в случае влажной абразивной струйной очистки сжатым воздухом. Этот метод основан на воздействии кинетической энергии высоконапорной водяной струи на обрабатываемую поверхность. При этом струя воды позволяет удалять с поверхности загрязнения и отложения любой физической природы и химического состава: ржавчину, консервационные смазки, лакокрасочные покрытия, битум, смолы, нагар, окалину и т.д. Введение в струю абразива позволяет легко удалять поверхностные слои металла. Давление воды зависит от типа удаляемых загрязнений, таких как водорастворимые вещества, рыхлая ржавчина и красочные покрытия со слабым сцеплением. Если в процессе очистки использовались поверхностно-активные вещества, необходимо ополаскивание чистой, пресной водой. Гидроструйная очистка при высоком давлении называют — гидроджеттинг.

Методы гидроструйной (гидроджеттинг) очистки:

Под сверхвысоким давлением	более 170 МПа	Применяется для полного удаление всех покрытий и ржавчины. Результат сравним с сухим бластингом, но на поверхности после сушки наблюдаются проблески ржавчины.
Под высоким давлением	70 – 170 МПа	Позволяет удалить большинство красок и продуктов коррозии. Магнетиты (черные окислы) и прочно держащиеся покрытия могут остаться, хотя они с некоторыми трудностями также поддаются удалению.
Под средним давлением	35 – 70 МПа	Позволяет удалить непрочно держащиеся краску, ржавчину, загрязнения. Но черный железный оксид (магнетит) останется. Однородная поверхность не может быть получена.
Под низким давлением	до 35 МПа	Позволяет удалить соли, загрязнения, шелушащуюся краску. В основном это промывка поверхности.
Под низким давлением с применением абразива	0,6 – 0,8 МПа	Скорость очистки 10–16 м2/час в зависимости от удаляемого материала. Позволяет уменьшить расход абразива, пылеобразование, избежать образования искр. Результат сравним с сухим бластингом, но на поверхности после сушки наблюдаются проблески ржавчины.

В настоящее время данные технологии активно используются там, где необходимо быстро, качественно и безопасно выполнить работы по очистке и подготовке поверхности. Такое оборудование многофункционально и позволяет выполнять широкий спектр работ в различных отраслях промышленности.

В процессе подготовки поверхности перед окраской могут выполняться следующие виды работ:

• безпылевое пожаробезопасное удаление коррозии с поверхности металла
• отмывка речных и морских судов, подготовка к нанесению покрытий
• отмывка любых покрытий, отложений с металлических поверхностей, например удаление асфальто-смолопарафинов с внутренней поверхности газовых труб после эксплуатации или удаление битумных загрязнений
• внутренняя и наружная чистка труб и коллекторов различных диаметров и конфигураций

Агрегаты высокого и сверхвысокого давления представляют собой высокоэффективное, экологически чистое и энергосберегающее оборудование на базе водоструйных технологий высокого давления. Чистка металлической поверхности высоким и сверхвысоким давлением водяной струи не вызывает нарушений в структуре металла. Воздействие водяной струи высокого или сверх высокого давления на поверхность можно подразделить на:

• гидравлическое (однородная струя воды той или иной формы)
• гидродинамическое (динамические удары струёй воды по поверхности)
• гидроабразивное (смешанная струя воды и абразива)

Частные случаи использования струйной очистки:

Струйная очистка со сметанием заключается в очистке или придании шероховатости органическим и металлическим покрытиям или в удалении поверхностного слоя (или слабо сцепленного слоя) таким образом, чтобы покрытие с сильным сцеплением, находящееся под первым, не оказалось бы пробитым абразивными частицами и не было бы сорвано с оголением подложки. С этой целью оптимизируют различные параметры струйной очистки, например, твердость абразива, угол атаки, расстояние от сопла до подложки, давление воздуха и размер частиц абразива. Как правило, для струйной очистки со сметанием используют воздух низкого давления и мелкий абразивный порошок в форме «звёздочек». Применяемый абразив: малая и средняя фракция (0,2-0,5/0,2-1,5мм). Такая очистка представляет собой лёгкий бластинг и имеет ёще другое название — свипинг. Легкий свипинг применяется с целью придания шероховатости неповреждённому покрытию. Сильный свипинг, выполняется с целью удаления слоёв непрочно держащегося покрытия.

Точечная струйная очистка представляет собой обычную форму струйной очистки сжатым воздухом или впрыскиванием влаги, когда очистке подвергаются только отдельные точки (например, пятна ржавчины или сварки) на поверхности. В зависимости от интенсивности точечной струйной очистки достигается степень подготовки поверхности, эквивалентная P Sa 2 или P Sa 2½.

Очистка пламенем

Очистка пламенем включает очистку от ржавчины термическими методами с использованием горелок и использованием ацетилена или пропана с кислородом. Она удаляет практически всю прокатную окалину, но не полностью всю ржавчину. Поэтому этот метод не может быть применим при высоких требованиях к покрытиям. После очистки пламенем поверхность обрабатывают при помощи механизированных щёток и перед окрашиванием дополнительно очищают от пыли. Газопламенную очистку применяют при толщине металла не менее 6 мм.

Очистка сухим льдом (криогенный бластинг)

Криогенный бластинг (обработка гранулами сухого льда) — это эффективный способ очистки поверхностей от загрязнений с помощью высокоскоростной струи гранул сухого льда основывается на трёх основных принципах:

1. Гранулы сухого льда имеют значительно более низкую температуру (-79 °С) по сравнению с очищаемой поверхностью. Резкое снижение температуры поверхностного слоя вызывает эффект «термического шока», при котором охлаждённые до хрупкого состояния загрязнения легко отслаиваются от поверхности вследствие различий их коэффициентов линейного расширения.
2. При соударении с поверхностью объекта к гранулам подводится огромное количество тепла. В результате твёрдые частицы сухого льда мгновенно нагреваются и переходят в газообразное состояние, стремясь расшириться в сотни раз. Образовавшийся газ, частично проникая в пространство между очищаемой поверхностью и загрязнениями, образует так называемый «газовый клин», сдирающий под давлением частицы загрязнений с поверхности.
3. Кинетическая энергия гранул сухого льда, вылетающих из сопла пистолета со скоростью, близкой к скорости звука, оказывает перманентное механическое воздействие на поверхность, удаляя загрязнения при соударении.

Данная технология уменьшает влажность процесса и снижает риск роста бактерий и образования ржавчины. Очистка сухим льдом является экологически полноценным технологическим процессом и не наносит вреда окружающей среде.
Тройной эффект воздействия (кинетический, термический, динамический) потока сухого льда обеспечивает высокоэффективную очистку поверхности даже мягких материалов без их повреждения. При очистке сухим льдом достигается эффективная очистка поверхности от масложировых загрязнений, лакокрасочных покрытий, нагаров, полимерных покрытий и других загрязнений.

Достоинства метода очистки гранулами сухого льда:

• сухой метод (очистка без использования воды или иных жидкостей)
• очищаемая поверхность не повреждается
• отсутствие утилизации отходов (после очистки сухой лёд испаряясь превращается в углекислый газ)
• низкие трудозатраты
• неабразивный метод (отсутствие абразивного эффекта позволяет эффективно чистить даже легко повреждаемые материалы)
• безопасность для персонала и окружающей среды
• нет необходимости в отключении электропитания

Оборудование для очистки поверхностей

Дробеструйное оборудование

Одним из наиболее распространённых и эффективных способов механической очистки металлических поверхностей от различных загрязнений является струйно-абразивный метод. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов. Дробеструйный аппарат — это устройство создающее высокоскоростной поток абразивного материала. Стационарно включённый в цикл оборота абразивного материала дробеструйный аппарат является основным узлом установки дробеструйной очистки. Аппараты оснащают воздушными фильтрами-влагоотделителями для предотвращения попадания в бак конденсата и масел от компрессоров. Это предотвращает перебои в работе вызванные выгрузкой из бака отсыревшего абразива. Для питания установок используется сжатый воздух, очищенный от влаги и масла, давлением 0,5-1,0 МПа и расходом воздуха 1,5-10 м3/мин на один рабочий пост в зависимости от диаметра струйного сопла.

Безпылевые дробеструйные установки

Установки безпылевой струйно-абразивной обработки имеют замкнутый оборот абразива. В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло. Пыль и частицы старой краски накапливаются в специальной ёмкости для дальнейшей утилизации. Для работы в углах, на кромках и прочих сложных элементах применяется ряд специализированных насадок. Абразив используется повторно. Качество абразива при этом сохраняется и его расход значительно снижается. При этом становится рентабельным использование твердых абразивов типа карбида бора, что значительно увеличивает производительность по сравнению с применением кварцевого или речного песка. В зоне обработки происходит отсос пыли и частиц абразива специальной насадкой, в которой расположено сопло. Можно проводить струйно-абразивные работы в любом месте без негативного влияния на окружающую среду загрязнениями и пылью. Установки различаются способом создания струи: напорным и эжекционном. В первом случае абразив выдавливается из котла высоким давлением воздуха и ускоряется в струйном сопле до сверхзвуковых скоростей. Во втором случае абразив засасывается в струйный пистолет и далее в струйное сопло, низким давлением, создаваемым в нем потоком воздуха.

Дробеметные установки

Предназначены для струйно-абразивной обработки, управляемой: вручную, дистанционно или автоматически. Поток дроби создаётся центробежными дробеметными аппаратами, стационарно установленными в камере очистки. Процесс обработки происходит в специальных камерах, изготовленных из износостойкой стали, оборудованных системами вентиляции воздуха и рециркуляции дроби.

Камеры ручной очистки

Для очистки от ржавчины, окалины и старых лакокрасочных покрытий малогабаритных деталей и при их невысокой программе на машиностроительных предприятиях применяются камеры ручной струйной очистки. В этих камерах абразивоструйная обработка поверхностей производится в замкнутом пространстве, где в зоне обработки находятся только руки оператора. К несомненным плюсам данного вида оборудования относятся отсутствие необходимости создания специальных площадок или помещений, а также отсутствие необходимости спецодежды для оператора. Выпускаемые камеры имеют два типа подачи абразивного материала: напорный и эжекторный. В камерах эжекторного типа разгон и подачу абразива осуществляет сжатый воздух. В струйном пистолете сжатый воздух создаёт эжекцию. За счет разряжения абразив подаётся в сопло, где и происходит его разгон. В камерах напорного типа абразив забирается из рабочей зоны, сепарируется, очищается от пыли и крупных частиц и подается в сопло из напорного аппарата. В напорных аппаратах производительность по сравнению с эжекторными выше в несколько раз. Управление подачей абразива осуществляется пневмопедалью. При этом в различных модификациях камер возможна установка средств автоматизации или механизации струйно-абразивной обработки.

Автоматизированные струйно-абразивные камеры

При высоких программах обработки деталей появляется необходимость автоматизации процесса струйно-абразивной обработки. Автоматизация процесса позволяет увеличить производительность обработки, точно позиционировать детали в зоне обработки, управлять параметрами струйно-абразивного процесса. Возможны следующие схемы автоматизации:

•  проходная
• вращательно-поступательная
• схема тактового стола
• барабанного типа

Обитаемые камеры для струйно-абразивной обработки

При обработке крупногабаритных конструкций, сложных пространственных ферм и массивных металлоконструкций целесообразно использовать обитаемые камеры. Деталь помещается внутрь камеры на тележке или каком-либо другом транспортном механизме, где и происходит обработка. Обитаемая камера – это комплекс оборудования, который обеспечивает подачу и разгон абразива, сбор и улавливание пыли, очистку воздуха от пыли и обеспыливание абразива. В основе комплекса стоит дробеструйное помещение, достаточное по своим размерам для обработки деталей необходимых размеров. Дробеструйное помещение или обитаемая камера представляет собой прочную конструкцию из профилей и стального листа. В зависимости от потребностей камеры оснащаются системами автоматического сбора и подачи абразива, системами сепарации абразива, промышленными фильтрами , системами вентиляции и компрессорным оборудованием. Обработка может производиться несколькими способами:

• оператор в специальном снаряжении обрабатывает конструкции вручную
• обработка производится в полуавтоматическом режиме — оператор руководит обработкой при помощи специального манипулятора
• обработка происходит в автоматическом режиме — оператор следит только за технологическими параметрами процесса

Системы для сбора и транспортировки абразивного материала

Это система, с помощью которой отработанный абразивный материал собирается и транспортируется к бункеру или сепаратору, из которого очищенная дробь снова подается в дробеструйный аппарат. Существуют следующие системы сбора абразива:

• скребковый пол
• ленточный транспортёр
• шнек
• вакуумный сбор

Гидроструйное  оборудование высокого давления

Гидравлические очистители имеют две главные характеристики: максимальное рабочее давление воды и объём потока воды на выходе тракта высокого давления при максимальном давлении воды. Высокое давления воды позволяет удалять различные типы загрязнений и отложений с поверхности металла. Величина объёма потока в единицу времени определяет производительность при очистке поверхности от различных типов загрязнений.

Гидродинамический и гидроабразивный способы наиболее перспективны. Производительность и эффективность обработки поверхности выше, чем при пневмопескоструйном способе, полностью отсутствует пыль, можно производить работы во взрыво- и пожароопасных условиях. Данные работы производятся только при положительных температурах. При очистке стальных конструкций от старой краски и грязи, а также при мойке сильно загрязнённых нефтепродуктами поверхностей наибольший эффект даёт применение аппаратов с рабочим давлением 20-50 МПа при потоке воды 10-30 л/мин. Использование прямоструйных форсунок при давлении 35-50 МПа позволяет аккуратно и быстро удалять битумные покрытия. Установки с такими характеристиками применяют при очистке крупных нефтехранилищ, трубопроводных обвязок на газокомпрессорных станциях. Гидроочиститель с рабочим давлением 35-38 МПа и потоком воды с абразивом 20 л/мин позволяет при удалении коррозии с металла достигать производительности до 20 м2/час.

Очистительные свойства воды можно усилить на 30-50% применением гидрофрезы и на 50-100% за счёт введения в струю абразива. Гидрофреза реализует режущие свойства воды и позволяет быстро удалять лакокрасочные покрытия, остатки масел, битума, консервирующих смазок и т.п. с поверхностей большой площади.

Гидропескоструйная насадка с соплом из износостойкого материала удаляет любые виды покрытий, нагара, окалины, коррозии с поверхностей металлоконструкций, трубопроводов, ёмкостей и т.п. Ресурс сменного износостойкого сопла зависит от твёрдости и размера фракций абразива и составляет, в среднем, 300-400 часов.

Оборудование для очистки сухим льдом

Преобразование жидкой углекислоты в гранулы твёрдого сухого льда осуществляется с помощью аппарата, который называется — пелетайзер (гранулятор, от английского pellet – гранула), который охлаждает углекислоту до требуемой температуры (-79 ºС) . Получение гранул необходимых размеров и плотности осуществляется пропусканием получившейся твердой фракции через экструдер.

Для бластинговой очистки наиболее подходящими являются гранулы «сухого льда» диаметром от 2 до 3 мм. Длина гранул от 2,5 до10,2 мм. Для работы бластера необходимо подключение сжатого воздуха, давлением 2-14 атмосфер и объёмом 4,5–12 м3/мин. Бластер производит тонкую регулировку расхода сухого льда и давления.

Основным достоинством криогенной очистки является то, что после обработки происходит сублимация сухого льда и при этом не требуется последующая утилизация чистящего вещества.

Параметры контроля очищенных поверхностей:

• Шероховатость очищенной поверхности характеризуется несколькими параметрами: Rz, Rt, Ra
• Rz – средняя величина (10 замеров) расстояний между пиком и впадиной — профиль бластинга
• Rt – максимальное расстояние между пиком и впадиной
• Ra – среднее арифметическое расстояние к воображаемой центральной линии, которая может быть нарисована между пиками и впадинами — средняя центральная линия (CLA), обычно используют Rz.

Профиль бластинга Rz равен примерно 6 кратному расстоянию до средней центральной линии (CLA)

Химические загрязнения в виде водорастворимых солей не видны и частично остаются на поверхности. Присутствие чрезмерного количества этих солей может привести к появлению пузырей в связи с осмосом, прохождением влаги через покрытие, которое является мембранной. Для танковых покрытий максимально допустимый объем водорастворимых солей в минеральных абразивных материалах составляет 300 мкСм/см, а для стали составляет 60 мг/м2 хлорида, определённого по методу Брестле (ISO 8502-6). Поверхность изделий подлежащих защите лакокрасочными материалами должна быть очищена до степени не ниже «2,5».

Методы контроля очищенной поверхности перед окраской ISO 8502:

• ISO 8502-1 — устанавливает метод определения на очищенной поверхности растворимых продуктов коррозии с помощью индикаторной ленты.
• ISO 8502-2 — устанавливает метод лабораторного анализа хлоридов в воде, собранной после промывки очищенной поверхности размером 250х100 мм.
• ISO 8502-3 — устанавливает метод оценки контроля запылённости поверхности с помощью липкой ленты. Запылённость поверхности оценивают в баллах согласно рисунку.
• ISO 8502-4 — устанавливает методику оценки вероятности конденсации влаги на очищенной поверхности.
• ISO 8502-5 — устанавливает метод определения хлоридов с помощью индикаторной трубки.
• ISO 8502-6 — приводит метод Брестле по отбору растворимых загрязнений с очищенной поверхности.

Обзор многофункционального инструмента Dremel 4000

Обзор многофункционального инструмента Dremel 4000

---

Компания Dremel представила самый мощный на рынке многофункциональный инструмент — Dremel 4000 в двух модификациях Dremel 4000 (4000-1/45) и Dremel 4000 (4000-4/65), он пришёл на смену инструменту Dremel 400-й серии. По сравнению с инструментами Dremel 400-й серии новый Dremel 4000 обладает рядом несомненных преимуществ. Он на 25% мощнее своего предшественника (мощность прибора увеличена с 140 до 175 Вт). Улучшены эргономические параметры. Инструмент снабжён двумя новыми уникальными приставками и сменной муфтой. Кнопки «+/-» в Dremel 4000 сменила круглая шкала, что позволяет сохранять настройки скорости даже после отключения инструмента от электрической сети.

Технические характеристики:

• Двигатель мощностью 175 Вт для максимальной производительности
• Рукоятка с мягкой накладкой для комфортной работы
• Полный контроль над регулированием скорости (5000 – 35 000 об./мин.) для максимальной точности
• Константная электроника обеспечивает необходимый крутящий момент и увеличивает производительность
• Отдельный выключатель с интегрированной функцией блокировки цангового зажима

Комплектация Dremel 4000 (4000-1/45):

• Dremel 4000
• 45 высококачественных насадок Dremel включая стартовый набор EZ SpeedClic
• Высококачественный гибкий вал
• Информационный DVD-диск с интересными проектами
• Инструкция по эксплуатации
• Мягкая сумка

Комплектация Dremel 4000 (4000-4/65):

• Dremel 4000
• 65 высококачественных насадок Dremel в мини-футляре включая стартовый набор EZ SpeedClic
• Высококачественный гибкий вал
• Насадка в виде карандаша
• Фрезеровальный циркуль с параллельным упором
• Платформа для обработки
• Удобная рукоятка
• Информационный DVD-диск с интересными проектами
• Инструкция по эксплуатации
• Прочный и вместительный чемодан для хранения

Технические характеристики:

Входная номинальная мощность: 175 Вт

Напряжение: 230 В

Вес: 0,66 кг

Частота вращения на холостом ходу: 5.000 – 35.000 об/мин

[youtube]D9c6D3FqSsI[/youtube]

Упаковка-коробка плотный картон, яркая полиграфия со всей необходимой информацией на бортах. Открываем. Итак, сумка, фирменные цвета, серьёзный вид без ярких наворотов. Сумка из плотной ткани плюс уплотнитель внутри, карман сверху, карман внутри… но честно говоря, использовать ее для постоянного хранения весьма сомнительно. Плюс в коробке естественно толстый талмуд инструкций, А2 рекламный стикер и дополнительно инструкция по подключению разных “приблуд”, в комплект не входящих. 

Переходим к обзору девайса. Собственно сам Dremel 4000, гибкий вал и пакетик с расходниками, включая SpeedClic, по нему скажу позже. Сам Dremel 4000 сделан из хорошего ABS пластика, места для удержания инструмента  дополнительно прорезинены. В передней части шайба, после снятия которой можно закрепить гибкий вал. Причём предполагается фиксация троса на валу специальной гайкой. Плюс там же расположен фиксатор вала нажимного типа. Кнопка включения отделена от притопленной кнопки блокировки шпинделя, теперь ее нельзя нажать случайно, по неосторожности. Инструмент снабжён муфтой, разработанной специально для того, чтобы его можно было держать как ручку, подвесной скобой и мягкими накладками в тех местах, где он может соприкасаться с рукой, — это помогает лучше контролировать движения инструмента, делает его удобным и эргономичным.

В задней части находится регулятор переключателя мощности, причём часть закрыта прозрачным окошком. Отметки стоят кратные 1000 оборотов. от 5  до 35. Откидная скоба для подвеса машинки упрятана в специальный паз.

Входящая в комплект система SpeedClic представляет из себя диск (в комплекте два диска для металла) с хитрым отверстием и вал с фиксатором. Для того, чтобы одень диск на вал, необходимо оттянуть блокиратор (коричневый), освободив тем самым вал с зацепами. Надеть диск, повернуть его на 90 градусов и отпустить фиксатор. После чего диск будет зажат на валу. Весьма просто, скажу я вам. Однако вот в чем парадокс. Менять часто армированные диски редко когда приходится. Они редко ломаются, в отличии от простых прессованных дисков.

Специально для Dremel 4000 разработаны две уникальные приставки. Первая из них — шлифовальная платформа для точного шлифования и шлифования под углами 45 и 90 градусов.

Вторая — ручка для точных работ. С её помощью можно строго контролировать движение инструмента, что особенно удобно при гравировке и фрезерной обработке дерева, гравировке стекла, полировке металлических предметов интерьера из серебра, латуни или меди, шлифовке перил и балясин, обработке деревянных деталей мягкой мебели.

Теория коррозионных процессов

Теория коррозионных процессов

---

Коррозия (от лат. corrosio – разъедание) — это процесс самопроизвольного разрушение твёрдых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Распространённый и наиболее знакомый всем нам вид коррозии – ржавление железа. Кроме коррозии, металлические (в частности, строительные) конструкции подвергаются действию эрозии — разрушению поверхности материала под влиянием механического воздействия, её провоцируют дожди, ветры, песчаная пыль и прочие природные факторы. Поэтому арки мостов, строительные фермы и другие сооружения надо защищать комплексно. Таким образом, коррозия — это физико-химическое взаимодействие металла со средой, ведущее к разрушению металла. В результате коррозии металлы переходят в устойчивые соединения — оксиды или соли, в виде которых они находятся в природе.  Не следует путать понятия «коррозия» и «ржавчина», если коррозия — это процесс, то ржавчина один из его результатов. Согласно международному стандарту ISO 8044 под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы. Ржавчина — это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности металла и некоторых его сплавов в результате коррозии. Коррозионному разрушению подвержены также бетон, строительный камень, дерево, другие материалы, коррозия полимеров называется — деструкцией. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует) называется коррозионной или агрессивной средой. В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии, является окисление металла.

Известно, что большинство металлов (кроме Ag, Pt ,Cu, Au) встречаются в природе в ионном состоянии (оксиды, сульфиды, карбонаты и др.), называемые обычно рудами металлов. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Поглощённая энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии является термодинамическая неустойчивость системы, состоящей из металла и компонентов окружающей (коррозионной) среды. Мерой термодинамической неустойчивости является свободная энергия, освобождаемая при взаимодействии металла с этими компонентами. Но свободная энергия сама по себе ещё не определяет скорость коррозионного процесса, то есть величину, наиболее важную для оценки коррозионной стойкости металла. В ряде случаев адсорбционные или фазовые слои (плёнки), возникающие на поверхности металла в результате начавшегося коррозионного процесса образуют настолько плотный и непроницаемый барьер, что коррозия прекращается или очень сильно замедляется.

Классифицируются коррозионные процессы:

• По виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объёме металла

Коррозия, захватившая всю поверхность металла, называется — сплошной. Её делят на равномерную и неравномерную, в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную (иногда подавляющую) часть поверхности. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки (питтинг). Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии, распространяющейся в стороны под очень тонким слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Наиболее опасные виды местной коррозии — межкристаллитная (интеркристаллитная), которая, не разрушая зёрен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зёрна. Почти не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции. Близка к ним по характеру ножевая коррозия, словно ножом разрезающая металл вдоль сварного шва при эксплуатации некоторых сплавов в особо агрессивных растворах. Иногда специально выделяют поверхностную нитевидную коррозию, развивающуюся, например, под неметаллическими покрытиями, и послойную коррозию, идущую преимущественно в направлении пластической деформации. Специфична избирательная коррозия, при которой в сплаве могут избирательно растворяться даже отдельные компоненты твёрдых растворов (например, обесцинкование латуней).

• По механизму реакций взаимодействия металла со средой (химическая и электрохимическая коррозия)

Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая коррозия, коррозия в не электропроводных органических жидкостях). Скорость её чаще всего определяется диффузией частиц металла и окислителя через поверхностную плёнку продуктов коррозии (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), иногда — растворением или испарением этой плёнки (высокотемпературное окисление W или Mo), её растрескиванием (окисление Nb при высоких температурах) и изредка — конвективной доставкой окислителя из внешней среды (при очень малых его концентрациях). Коррозия является электрохимической, если при выходе из металлической решётки образующийся катион вступает в связь не с окислителем, а с другими компонентами коррозионной среды, окислителю же передаются электроны, освобождающиеся при образовании катиона. Такой процесс возможен в тех случаях, когда в окружающей среде существуют два типа реагентов, из которых одни (сольватирующие или комплексообразующие) способны соединяться устойчивыми связями с катионом металла без участия его валентных электронов, а другие (окислители) могут присоединять валентные электроны металла, не удерживая около себя катионы. Подобными свойствами обладают растворы или расплавы электролитов, где сольватированные катионы сохраняют значительную подвижность. Таким образом, при электрохимической коррозии удаление атома из металлической решётки (что составляет суть любого коррозионного процесса) осуществляется в результате двух независимых, но сопряжённых, связанных между собой электрическим балансом, электрохимических процессов: анодного — переход сольватируемых катионов металла в раствор, и катодного — связывание окислителем освобождающихся электронов. Отсюда следует, что процесс электрохимической коррозии можно замедлить не только путём непосредственного торможения анодного процесса, но также воздействуя на скорость катодного. Наиболее распространены два катодных процесса: разряд водородных ионов (2е + 2H⁺ = H₂) и восстановление растворённого кислорода (4е + O₂ + 4H⁺ = 2H₂O или 4е + O₂ + 2H₂O = 4ОН^–), которые часто называют соответственно водородной и кислородной деполяризацией. Анодный и катодный процессы с той или иной вероятностью и в той или иной последовательности протекают в любых точках металлической поверхности, где катионы и электроны могут взаимодействовать с компонентами коррозионной среды. Если поверхность однородна, то катодные и анодные процессы равновероятны по всей её площади, в таком идеальном случае коррозию называют — гомогенно-электрохимической (отмечая, таким образом, отсутствие какой-либо неоднородности в распределении вероятности электрохимических процессов в любой точке поверхности, что, конечно, не исключает термодинамической гетерогенности взаимодействующих фаз). В действительности на металлических поверхностях существуют участки с различными условиями доставки реагирующих компонентов, с разным энергетическим состоянием атомов или с различными примесями. На таких участках возможно более энергичное протекание либо анодного, либо катодного процессов, и коррозия становится гетерогенно-электрохимической.

• По типу коррозионной среды

Некоторые коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по названию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы. Как правило, металлические изделия и конструкции подвергаются действию многих видов коррозии — в этих случаях говорят о действии так называемой смешанной коррозии. Газовая коррозия — коррозия в газовой среде при высоких температурах. Атмосферная коррозия — коррозия металла в условиях атмосферы при влажности, достаточной для образования на поверхности металла плёнки электролита (особенно в присутствии агрессивных газов или аэрозолей кислот, солей и т.д.). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии. Жидкостная коррозия — коррозия в жидких средах. По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие свои характерные особенности. Подземная коррозия — коррозия металла в грунтах и почвах. Характерной особенностью подземной коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз).

• По характеру дополнительных воздействий

Коррозия под напряжением развивается в зоне действия растягивающих или изгибающих механических нагрузок, а также остаточных деформаций или термических напряжений и, как правило, ведёт к транскристаллитному коррозионному растрескиванию, которому подвержены, например, стальные тросы и пружины в атмосферных условиях, углеродистые и нержавеющие стали в паросиловых установках, высокопрочные титановые сплавы в морской воде и т. д. При знакопеременных нагрузках может проявляться коррозионная усталость, выражающаяся в более или менее резком понижении предела усталости металла в присутствии коррозионной среды. Коррозионная эрозия (или коррозия при трении) представляет собой ускоренный износ металла при одновременном воздействии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т. п.). Родственная ей кавитационная коррозия возникает при кавитационных режимах обтекания металла агрессивной средой, когда непрерывное возникновение и «захлопывание» мелких вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, воздействующих на поверхность металла. Близкой разновидностью можно считать и фреттинг-коррозию, наблюдаемую в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате вибраций между их поверхностями возникают микроскопические смещения сдвига. Утечка электрического тока через границу металла с агрессивной средой вызывает в зависимости от характера и направления утечки дополнительные анодные и катодные реакции, могущие прямо или косвенно вести к ускоренному местному или общему разрушению металла (коррозия блуждающим током). Контактная коррозия — соприкосновение в электролите двух разнородных металлов, образующих замкнутый гальванический элемент. В узких зазорах между деталями, а также под отставшим покрытием или наростом, куда проникает электролит, но затруднён доступ кислорода, необходимого для пассивации металла, может развиваться щелевая коррозия, при которой растворение металла в основном происходит в щели, а катодные реакции частично или полностью протекают рядом с ней на открытой поверхности. Принято выделять также биологическую коррозию, идущую под влиянием продуктов жизнедеятельности бактерий и других организмов, и радиационную коррозию — при воздействии радиоактивного излучения.

Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла.

 Показатели скорости коррозии:

• Показатель изменения массы

Показатель изменения массы — изменение массы образца в результате коррозии, отнесённое к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч). В зависимости от условий коррозии различают:

1. отрицательный показатель изменения массы К-m= где m — убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии.
2. положительный показатель изменения массы К+m= где m — увеличение массы металла за время вследствие роста плёнки продуктов коррозии.

Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчёт от К к К и наоборот К-m= К+m (nok A Me / n Me Aok) где А и М — атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно, n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде.

• Объёмный показатель коррозии

К — объём поглощённого или выделившегося в процессе газа V отнесённый к единице поверхности металла и единице времени. К= об. V / s объем газа обычно приводят к нормальным условиям. Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счёт разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К) и водородный (К) показатель соответственно. Водородный показатель коррозии — это объём выделившегося Н в процессе коррозии, отнесённый к Su. Кислородный показатель коррозии — это объем поглощённого в процессе О, отнесённый к Su.

• Показатель сопротивления

Изменение электрического сопротивления образца металла за определённое время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К). КR = (R/Ro) 100% за время t где Ro и R — электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии. У этого способа есть некоторый недостаток, толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, то есть изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см, мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений.

• Механический показатель коррозии

Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии, сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается: Кo = (в/во) 100% за время t, где в — изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течение времени, во — предел прочности до коррозии.

• Глубинный показатель коррозии

К – глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год). Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной, так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объёмного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

Виды коррозии:

• Газовая коррозия
• Атмосферная коррозия
• Коррозия при неполном погружении
• Коррозия по ватерлинии
• Коррозия при полном погружении
• Коррозия при переменном погружении
• Подземная коррозия
• Биокоррозия
• Коррозия внешним током
• Коррозия блуждающим током
• Контактная коррозия
• Коррозия при трении
• Фреттинг-коррозия
• Сплошная коррозия
• Равномерная коррозия
• Неравномерная коррозия
• Местная коррозия
• Подповерхностная коррозия
• Точечная коррозия
• Коррозия пятнами
• Сквозная коррозия
• Послойная коррозия
• Нитевидная коррозия
• Структурная коррозия
• Межкристаллитная коррозия
• Избирательная (селективная) коррозия
• Графитизация чугуна
• Обесцинкование
• Щелевая коррозия
• Ножевая коррозия
• Коррозионная язва
• Коррозионное растрескивание
• Коррозия под напряжением
• Коррозионная усталость
• Предел коррозионной усталости
• Коррозионная хрупкость

10-бальная шкала для оценки общей коррозионной стойкости металлов

группа стойкости	скорость коррозии металла (мм/год)	балл
Совершенно стойкие	менее 0,001	1
Весьма стойкие	0,001 – 0,005	2
	0,005 – 0,01	3
Стойкие	0,01 – 0,05	4
	0,05 – 0,1	5
Пониженно-стойкие	0,1 – 0,5	6
	0,5 – 1,0	7
Малостойкие	1,0 – 5,0	8
	5,0 – 10.0	9
Нестойкие	более 10,0	10

 Потеря массы и толщины цинкового покрытия за год эксплуатации  при атмосферных условиях окружающей среды ISO 12944-2 и ISO 9223

категории коррозии	потеря массы (г/м2)	уменьшение толщины (мкм)	снаружи	внутри
С1 незначительная	≤ 0,7	≤ 0,1	—	обогреваемые здания с нейтраль­ной атмосферой, например: офисы, магазины, школы, гостиницы
С2 слабая	> 0,7-5	> 0,1-0,7	атмосфера с незначительным загрязнением, в основном сельские районы	неотапливаемые здания, где выступает конденсация, например: склады, спортзалы
С3 умеренная	>5-15	>0,7-2,1	атмосфера города и промышленных зон. Умеренное загрязнение двуокисью серы	производственные помещения с высокой влажностью и слабым загрязнением воздуха, например: по производству продуктов питания, прачечные, пивоварни, молокозаводы
С4 сильная	>15-30	>2,1-4,2	промышленные районы и побережье с умеренной концентрацией солей	химические сооружения, бассейны, домики над водой
С5-I очень сильная (промышленная)	>30-60	>4,2-8,4	промышленные районы с высокой влажностью и агрессивной атмосферой	здания или зоны с почти постоянной конденсацией и сильным загрязнением
C5-M очень сильная (море)	>30-60	>4,2-8,4	прибрежные зоны с высокой концентрацией солей	здания или зоны с почти постоянной конденсацией и сильным загрязнением

Примечание: в прибрежных районах с теплым влажным климатом потери массы или снижение толщины могут превышать границы категории С5-М.

Категории коррозии в воде и почве

категории	окружающая среда	примеры окружающей среды и металлоконструкций
Im1	пресная вода	конструкции на реках, ГЭС
Im2	морская и солоноватая вода	прибрежные сооружения, портовые зоны с металлоконструкциями, ворота шлюзов, плотины
Im3	почва	емкости в почве, металлические конструкции и трубы

Типы поверхности нержавеющего листа

Типы поверхности нержавеющего листа

---

Шлифованный нержавеющий лист — представляет собой “матовую” поверхность, зашлифованную абразивом (мелким, средним или крупным) или щётками или тем и другим образом. Поверхность прошедшую финишную обработку щётками называют — скотч-Брайт (SCOTCH, SB). Лист имеет направленность шлифовки, обычно вдоль длинной стороны листа, часто производители закатывают лист в плёнку с нанесёнными стрелками, указывающими направление шлифовки. У каждого производителя могут быть свои обозначения чистоты шлифовки.

Тип поверхности зависит от многих переменных: последовательность применяемого абразива, смазывание, качество сырья, тип машины, абразивный тип, давление, скорость подачи, абразивная скорость пояса и так далее.

Из-за всех этих факторов, номинально идентичные поверхности отличаются немного от одного производителя к другому. Чтобы получить желаемую поверхность, спецификаторы должны назначить диапазон приемлемой шероховатости R_a (поверхностная грубость) — арифметическое среднее число абсолютных значений отклонений высоты профиля от средней линии, зарегистрированной в пределах длины оценки.

Общие обозначения ASTM для поверхностей нержавеющей стали, определяют процесс, достижения качества поверхности, но не признаков поверхности непосредственно. Результат может отличаться от желаемого поверхностного диапазона грубости. EN 10088 описывает большее число спецификаций, чем ASTM A480 и некоторые из которых включают требования интервала шероховатости R_a.

Шлифовка нержавейки обычно осуществляется на шлифовальных линиях. Ей могут быть подвергнуты материалы в горячекатаном травлёном состоянии, холоднокатаном термообработанном травлёном состоянии или после холодной прокатки. Процесс шлифовки нержавеющего листа должен обеспечить качественный и равномерный съем поверхностного пласта металла. Шлифование поверхности нержавеющего материала производится на оборудовании под воздействием высокого давления, что позволяет достигать размеренного и чёткого эффекта.

Обычно лист нержавейка шлифуется специальными головками, имеющими абразивную ленту с различной зернистостью, которая при последних проходах снижается. Как правило, на первых проходах при шлифовке холоднокатаного металла зернистость ниже, чем при шлифовке горячекатаного. Лист нержавейка, обработанная различными видами шлифования, всегда имеет определённые визуальные отличия.

Считается, что для обработки может браться нержавеющий лист, который имеет дефекты на поверхности, представляющие собой потёртости, царапины, мелкие прокатные плены или рябизну. В этом случае проведённое шлифование позволит устранить изъяны материала. Или же на обработку может отправиться лишённая  дефектов нержавеющая сталь с целью дальнейшего улучшения класса категории её поверхности.

Исследования указывают на то, что есть зависимость коррозиеустойчивости от качества поверхности металла. Так более высокое сопротивление коррозии имеют нержавеющие стали с грубостью поверхности ниже 0.5 µmR_a.

Поверхностные царапины или углубления, произведённые в процессе шлифования оставляют сульфидные вкрапления, которые всегда присутствуют во всех сталях, и могут действовать как катализатор для коррозии.

Пассивный поверхностный слой, более вероятно, будет разрушен в местах с наиболее глубокими бороздами из-за трудности содержания такой поверхности в чистом виде.

Гладкие поверхности сохранят меньше грязи и загрязняющих примесей, чем грубые поверхности, и это описано EN10088 Частью 2 в том, чтобы предусматривать максимальную поверхностную грубость 0.5  µmR_a для морских и архитектурных сооружений. Сопротивление коррозии может быть уменьшено в зависимости от используемого сорта нержавеющей стали.

На иллюстрации показаны результаты электрохимических испытаний на коррозию полируемой поверхности. Сопротивление коррозии гладкой поверхности может быть лучше, чем сопротивление коррозии шлифованной поверхности более легированного сорта стали. Когда линии на поверхности вертикальны, дренаж легче, и сопротивление коррозии лучше, чем когда линии горизонтальны.

Для улучшения сопротивлению коррозии поверхность обрабатывают в смеси гидрофтористых и азотных кислот (травление), или пассивируя в растворе азотной кислоты.

Обработка пассивированием разрушает сульфидные вкрапления на поверхности, но не изменяет вид поверхности. Травление более агрессивно, т.к. удаляет и сульфидные включения и некоторые из более тяжёлых частей поверхности, делая поверхность более матовой. К сожалению, почти невозможно достигнуть однородности поверхности при травлении, что делает этот способ не практичным.

Электрополировка поверхности может также улучшить сопротивление коррозии и украсить поверхность. Пики на поверхности приглаживаются, уменьшая значение R_a и увеличивая отражающую способность и блеск, сульфидные вкрапления могут также быть удалены или уменьшены.

Сравнительный анализ вариантов обработки поверхности 2В, 2F, DВ и 4N:

Обработка методом холодной прокатки 2В — это наиболее широко применяемый вариант поверхностной обработки нержавеющей стали. Поверхностная структура образуется за счёт холодной прокатки, травления и лёгкой отделочной прокатки на дрессировочном стане. При этом образуются гладкие плоские участки, окружённые слегка протравленными границами зёрен. Поверхность глянцевая, но с низкой чёткостью отражения. Средняя шероховатость поверхности R_a составляет от 0.1 до 1.0 мкм в зависимости от толщины проката.

Матовая обработка с прокаткой 2F — образует более тусклую поверхность. Этот вариант приобретает растущую популярность, особенно в области отделки фасадов и крыш. Обработка поверхности выполняется путём пропуска в дрессировочном стане на вальцах, при помощи которого придаётся шероховатость. Матовость поверхности достигается путём прессировки травлёного холоднокатаного материала. Шероховатость поверхности R_a находится в диапазоне от 0.5 до 0.9 мкм.

Обработка методом сухой щёточной зачистки DВ — образует мелкозернистую, но в то же время прочную поверхность. Такая поверхность достигается путём обработки рулонного проката с использованием нескольких непрерывно вращающихся тонкоструктурных щёток. При этом образуется равномерная поверхность, на которой отсутствуют острые заусенцы. Шероховатость поверхности (R_a), измеренная поперёк направления щёточной обработки, составляет от 0.1 рм до 0.25 мкм.

Обработка методом влажной шлифовки No. 4 — образует глянцевую атласную поверхность. Для этой обработки применяются мелкозернистые, шлифовочные ленточные шкурки. Применение охлаждающего масла позволяет использовать высокое давление в процессе шлифовки, благодаря чему образуется равномерная, чётко очерченная поверхность. Поверхности, обработанные по методу шлифовки No. 4, просты в обслуживании. Они достаточно долговечны для использования на открытом воздухе или в бытовых приборах общего пользования. Показатель шероховатости R_a для этого варианта обработки поверхности, измеренный попёрек направления составляет от 0.2 мкм до 0.35 мкм.

В зависимости от качества и технологии обработки поверхности нержавеющих сталей можно классифицировать следующим образом (тип поверхности соответствует европейским стандартам (EN)):

• 1D — горячекатаная, термически обработанная, травлёная сталь имеет матовую, слегка шероховатую поверхность с достаточно высокими коррозионностойкими свойствами.
• 2B — холоднокатаная, термически обработанная, травлёная и обработанная на дрессировочном стане сталь обладает наиболее распространённым видом поверхности. Имеет матовую, гладкую, слегка глянцевую поверхность.
• 2R — холоднокатаная, с последующим обжигом в вертикальной печи в среде едкого аммиака (светлый отжиг). Имеет полированную, зеркальную поверхность
• 2G — базовая шлифовка. Шлифованная поверхность, получается, посредством последовательной обработки поверхности абразивами (типичный абразив 120 GRIT). После прохождения листа через шлифовальную линию получается равномерная матовая поверхность.
• 2J — шлифованная/полированная. Влажная абразивная шлифовка (180–240 GRIT) и полировка щётками.
• 2M — декоративная, текстурированная поверхность получается путём односторонней модельной прокатки листа с выдавливанием рисунка (DECO, AN). Рисунок имеет явно выраженный, ощутимый тактильно, рельеф (до 50 мкм). Существует большое количество фактур проката: под кожу, лен, зерно, изморозь и т.д. Обратная сторона листа, за исключением AN 2, AN 5, AN 6, остаётся гладкой.
• 2W — напольное покрытие «чечевица». Рифлёный лист применяется в качестве напольного нескользящего покрытия, выпускаются толщиной 3–5 мм.
• N8 — суперзеркало. Поверхность получается путём дополнительной полировки листа с поверхностью нержавеющей стали 2R до идеального состояния. По качеству отражения N8, обладая всеми свойствами стали, не уступает зеркалу из стекла.
• N8 HY — суперзеркало с рисунком. Стандартный рисунок наносится на поверхность листа методом травления глубиной 20–30 мкм, что создаёт в декорациях 3D эффект.
• N8 TIN — суперзеркало под золото. Различные оттенки золотого получаются путём ионноплазменного напыления на нержавеющий лист с поверхностью N8 нитрида титана. Покрытие не только позволяет экономить на замене золота более дешёвым аналогом, оно необычайно прочное, в 10 раз прочнее основы.

Советы по уходу за поверхностями и изделиями с нержавеющей стали:

• Не рекомендуется удалять защитную плёнку до момента установки готового изделия.
• Для очистки нержавеющей стали хорошо подходит обычная тёплая вода или слабощелочные чистящие средства (рН 9÷11, например, мыло).
• Для очистки поверхностей из нержавеющей стали можно применять обычные растворители (не содержащие хлор). После этого рекомендуется ополаскивать водой.
• Не следует применять высокоабразивные или содержащие железо губки и моющие средства, которые могут поцарапать или иным образом повредить металл.
• Не используйте дезинфицирующие жидкости или порошки, содержащие хлор. Хлориды могут повредить конструкции из нержавеющей стали.
• Конструктивные элементы зданий, которые не имеют естественной очистки дождевой водой, лучше всего мыть 1-2 раза в год.
• Элементы, находящиеся в постоянном контакте с водой (например, поручни и ступеньки лестниц плавательных бассейнов) рекомендуется очищать ежедневно.

Характеристики типов поверхности плоского нержавеющего проката

ASTM	DIN	описание	поверхность	применение
No. 0 Finish / HR black	lc	горячекатаная	слой окалины
No. 1 Finish	lla	горячекатаная, отожжённая, травленная	механически и химически чистая	главным образом, используется для промышленного производства, где поверхность не имеет значения
CR	llla	закаленная	более гладкая, ровная и светлая, чем получаемая в процессе lla	используется там, где нужны высокая текучесть и предел прочности на разрыв, а вот коррозионная стойкость металла не так важна
CR Unpickled	lllc	холоднокатаная, отожжённая и не травленная	очень тонкий слой окалины	поверхность чаще всего встречается в высокопрочных сталях
2D	lllb	холоднокатаная, отожжённая и травленная	тусклая, но более гладкая, ровная и светлая чем lla	наряду с 2В наиболее широко используемая поверхность в различных отраслях промышленности и производства
2B	lllc	холоднокатаная, отожжённая и травленная с отделочной прокаткой	матовая, имеет блеск	наряду с 2D наиболее широко используемая поверхность в различных отраслях промышленности и производства
BA	llld	светлая с высокой степенью отражения(зеркальная), получаемая после холодной прокатки финальным отжигом в контролируемой атмосфере печи	гладкая, ровная с высокой степенью отражения	используется в декоративных целях
No. 4-6 Finish	lV	холоднокатаная, отожжённая, травленная с финальной обработкой / шлифовкой с размером зерна от 80 до 220 GRIT	глянцевая, ровная, шлифованная	благодаря своей “немаркости” в отличие от зеркальной поверхности наиболее широко используется

Условные обозначения:
DIN (17440) — Deutsche Industrie Norm
ASTM (A 480/BS 1449 Part 2) — American Society for Testing and Materials

Специальные поверхности плоского нержавеющего проката

EN	описание поверхности	Grit	Ra
2В			0.1–0.5 µ
1G/2G	Базовая шлифовка	120	2.0-2.5 µ
1J/2J	щетки, абразив, средний нетканый пояс — направленный	180	0.8-1.2 µ
1J/2J	Dull Polished — тусклая полировка – направленная	240	0.6 µ
1K/2K	сатинирование — направленное	320	0.5 Max
1P/2P	яркая полировка — не направленная с высокой ясностью отражения	600	0.1 µ
1P/2P	зеркало – не направленная с очень высокой ясностью отражения	800	0.05 µ

Условные обозначения:
EN — Cтандарт Евронормы
Цифра (1) — горячекатаный прокат
Цифра (2) — холоднокатаный прокат

Производственные стандарты для плоского нержавеющего проката

сортамент	толщина (мм)	ширина (мм)	длина (мм)	поверхность
Горячекатаные плиты	5.0-50.0	1000/1250/1500	2000/2500/3000/6000	No.1 Finish
Горячекатаные рулоны/листы	3.0-6.0	1250 max 1000/1250/1500	рулоны 2000/2500/3000/6000	No.1 Finish
холоднокатаные рулоны/листы	0.4-4.0	1250 max 1000/1250/1500	рулоны 2000/2500/3000/6000	2D/2B/BA/No.3/No.4

Производственные нормы некоторых декоративных нержавеющих листов

изображение поверхности	название поверхности	толщина (мм)	ширина (мм)	марка стали
	Чечевица	3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.35	1020-1270	AISI 304, AISI 304L, AISI 316, AISI 316L
	Слоновья кожа	0.6-1.5	500-1520	AISI 304, AISI 430
	Квадрат	0.6-1.5	500-1520	AISI 304, AISI 430
	Ромб	0.6-1.5	500-1520	AISI 304, AISI 430

Виды и свойства нержавеющих сталей

Виды и свойства нержавеющих сталей

---

Нержавеющими сталями — называются стали содержащие минимум 12% хрома, который образует защитную плёнку из оксида хрома на поверхности металла. Сопротивление к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Наиболее характерными являются молибден, никель и азот. Никель обеспечивает хорошую пластичность и вязкость. Различное содержание элементов приводит к образованию различных видов кристаллических решёток, и, как следствие, различным свойствам стали. В наиболее агрессивных средах (серной, соляной, плавиковой, фосфорной кислотах и их смесях) применяют сильнолегированные сплавы с высоким содержанием никеля, молибдена, меди, кремния.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов. Наиболее важным элементом сплава, таким образом, является хром, но многие другие элементы, такие как никель молибден и азот, также вносят свой вклад в антикоррозионные свойства нержавеющей стали. Другие элементы также могут добавляться в сплав для увеличения коррозионной стойкости в особых средах.

По химическому составу нержавеющие стали делятся на:

• Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на
  • Мартенситные
  • Полуферритные (мартенситно-ферритные)
  • Ферритные
• Хромоникелевые
  • Аустенитные
  • Аустенитно-ферритные
  • Аустенитно-мартенситные
  • Аустенитно-карбидные
  • Хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями)

Различают аустенитные нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, и стабилизированные — с добавками Ti и Nb. Значительное уменьшение склонности нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии достигается снижением содержания углерода (до 0,03 %). Нержавеющие стали, склонные к межкристаллитной коррозии, после сварки, как правило, подвергаются термической обработке. Широкое распространение получили сплавы железа и никеля, в которых за счёт никеля аустенитная структура железа стабилизируется, а сплав превращается в слабо-магнитный материал.

• Аустенитные стали — не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля который увеличивает сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Обозначаются начальной буквой «A». Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа. К данному классу относятся стали 300 серии.
• Мартенситные стали и мартенситно-ферритные стали — обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабо–агрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. Обозначаются начальной буквой «С». К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.
• Ферритные стали — Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, лёгкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. Обозначаются начальной буквой «F». К этому виду относятся, стали 400 серии.
• Аустенитно-ферритные стали —  повышенный предел текучести по сравнению с аустенитными однофазными сталями, отсутствие склонности к росту зёрен при сохранении двухфазной структуры, меньшее содержание остродефицитного никеля и хорошая свариваемость. Аустенитно-ферритные стали находят широкое применение в различных отраслях современной техники, особенно в химическом машиностроении, судостроении, авиации. К этому виду относятся, стали типа 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т.
• Аустенитно-мартенситные стали — Потребности новых отраслей современной техники в коррозионностойких сталях повышенной прочности и технологичности привели к разработке сталей аустенитно-мартенситного (переходного) класса. Это стали типа 07Х16Н6, 09Х15Н9Ю, 08Х17Н5М3.
• Сплавы на железоникелевой и никелевой основе — применяются при изготовлении химической аппаратуры, особенно для работы в серной и соляной кислотах, необходимо применять сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные стали. Для этих целей используют сплавы на железоникелевой основе типа 04ХН40МТДТЮ и сплавы на никель-молибденовой основе Н70МФ, на хромоникелевой основе ХН58В и хромоникельмолибденовой основе ХН65МВ, ХН60МБ.

По типу поверхности выделяют следующие виды нержавеющей стали:

• Шлифованная (матовая или сатинированная)
• Полированная (зеркало, супер-зеркало)
• Декоративная:
  • структурная (текстурированная)
  • с травлёным рисунком
  • цветная

Сферы применения:

Целлюлозно-бумажная промышленность

Практически все оборудование целлюлозных заводов и большая часть бумагоделательных изготавливаются из нержавеющих сталей. Минимально допустимой маркой является 1.4401(AISI 316), но уже на современных предприятиях с циркуляцией жидкостей Ио замкнутым оборотным циклам эта марка неэффективна и должны использоваться стали с минимальным содержанием молибдена 3-6%. Выбор марки стали является работой для специалистов.

На каждый современный крупный завод расходуется около 3000-5000 тонн нержавеющей стали, причём большая её часть приходится на трубы. В этой области по всему миру в ближайшем будущем ожидаются значительные инвестиции.

Электроэнергетика

Сегодня большая часть энергии в мире производится путём сжигания полезных ископаемых (уголь, нефть или газ) или в атомных электростанциях. В обоих случаях использование (в море или на суше) и до получения электрической энергии — везде нержавеющая сталь. Также и в атомной энергетике. В этой области всегда применяются специальные, высоколегированные стали, так как требования к материалам, используемым здесь, предельно высоки.

Защита окружающей среды

В данной области ещё много предстоит сделать, поскольку реально работа по защите окружающей среды только начинается. Современное общество окончательно поняло важность данной проблемы и пытается законодательным путём (а в ряде случаев и добровольно) предпринять действия по уменьшению вредного воздействия на природу. Давно действующие заводы, цеха, электростанции закрываются или модернизируются путём сооружения замкнутых оборотных схем для жидкостей и очистки газа. Улавливаемая пыль очищается или пускается в переработку. Новые заводы строятся с учётом удовлетворения высоких требований с точки зрения охраны окружающей среды. Охрана окружающей среды является огромной областью деятельности и значительные инвестиции вкладываются в нержавеющую сталь. Используется широкий диапазон марок: от обычной 1.4301(AISI 304) до высоколегированных специальных сталей.

Транспорт

За последние годы резко возросла необходимость в транспортировке товаров, различных материалов и жидкостей. Одновременно встала задача повысить безопасность перевозок (многие материалы и жидкости чрезвычайно опасны). Решением этой проблемы является специальные транспортировочные контейнеры и ёмкости. С целью снижения стоимости созданы так называемые многоцелевые ёмкости-контейнеры из нержавеющей стали, в которых можно перевозить в одном рейсе, к примеру, молоко, а в следующем — скипидар. Их только необходимо в промежутках между рейсами промыть и продезинфицировать. Из-за такой многофункциональности для их изготовления применяются высоколегированные марки сталей, обычно 1.4401(AISI 316) или даже лучшие. Транспортное машиностроение является громадным рынком для нержавеющих сталей.

В автомобильной промышленности более всего нержавеющая сталь используется для производства выхлопных труб и катализаторов, на изготовление которых идут ферритные или аустенитные марки. За год производятся миллионы автомобилей и на каждый расходуется 10-20 кг нержавеющей стали в виде указанных деталей.

Домашнее хозяйство

В домашнем хозяйстве всегда можно встретить нержавеющую сталь Это идеальный материал для изготовления ложек, вилок, сковород, кастрюль и другой кухонной утвари. Внутренние части высококачественных посудомоечных и стиральных машин изготавливаются из нержавеющей стали, также как и высококлассные мясорубки. Нержавеющая сталь — материал, связанный с понятием высокого уровня жизни и таким образом объём её использования в домашнем хозяйстве растёт месте с уровнем жизни. Италия, Германия и Франция являются наиболее известными странами–производителями высококачественной бытовой техники.

Строительство и архитектура

Нержавеющая сталь предлагает много интересных возможностей для архитекторов и дизайнеров. Она хорошо комбинируется со стеклом, камнем, деревом и другими материалами. Другими словами, может быть прекрасно приспособлена для отделки фасадов и интерьеров общественных зданий. Как кровельный материал она также превосходна. Уличная мебель, сделанная из нержавеющей стали, красиво выглядит и практически не изнашивается.

Сводная таблица наиболее распространённых видов нержавеющих сталей

 НЕРЖАВЕЮЩАЯ ХРОМОНИКЕЛЕВАЯ СТАЛЬ

EN	DIN	AISI	ASTM	AFNOR
X 5 CrNi 18 10	1,4301	304	S 30400	Z 6 CN 18 09
X 5 CrNi 18 12	1,4303	305		Z 8 CN 18 12
X 10 CrNi S 18 9	1,4305	303	S 30300	Z 10 CNF 18 09
X 2 CrNi 19 11	1,4306	304 L	S 30403	Z 3 CN 18 10
X 12 CrNi 17 7	1,431	301	S 30100	Z 11 CN 18 08
X 2 CrNiN 18 10	1,4311	304 LN	S 30453	Z 3 CN 18 10 Az
X 1 CrNi 25 21	1,4335	310 L		Z 1 CN 25 20
X 1 CrNiSi 18 15	1,4361		S 30600	Z 1 CNS 17 15
X 6 CrNiTi 18 10	1,4541	321	S 32100	Z 6 CNT 18 10
X 6 CrNiNb 18 10	1,455	347 (H)	S 34700	Z 6 CNNb 18 10

 НЕРЖАВЕЮЩАЯ ХРОМОНИКИЛИЕВАЯ МОЛИБДЕНОВАЯ СТАЛЬ

EN	DIN	AISI	ASTM	AFNOR
X 5 CrNiMo 17 12 2	1,4401	316	S 31600	Z 7 CND 17 11 02
X 2 CrNiMo 17 13 2	1,4404	316 L	S 31603	Z 3 CND 18 12 2
X 2 CrNiMoN 17 12 2	1,4406	316 LN	S 31653	Z 3 CND 17 11 Az
X 2 CrNiMoN 17 13 3	1,4429	316 LN (Mo+)	(S 31653)	Z 3 CND 17 1 2 Az
X 2 CrNiMo 18 14 3	1,4435	316 L (Mo+)	S 31609	Z 3 CND 18 14 03
X 5 CrNiMo 17 13 3	1,4436	316 (Mo)		Z 6 CND 18 12 03
X 2 CrNiMo 18 16 4	1,4438	317 L	S 31703	Z 3 CND 19 15 04
X 2 CrNiMoN 17 13 5	1,4439	317 LN	S 31726	Z 3 CND 18 14 05 Az
X 5 CrNiMo 17 13	1,4449	(317)		Z 6 CND 17 12 04
X 1 CrNiMoN 25 25 2	1,4465		N08310/S31050	Z 2 CND 25 25 Az
X 1 CrNiMoN 25 22 2	1,4466		S 31050	Z 2 CND 25 22 Az
X 4 NiCrMoCuNb 20 18 2	1,4505			Z 5 NCDUNb 20 18
X 5 NiCrMoCuTi 20 18	1,4506			Z 5 NCDUT 20 18
X 5 NiCrMoCuN 25 20 6	1,4529		S31254 (±)
X 1 NiCrMoCu 25 20 5	1,4539	904 L	N 08904	Z 2 NCDU 25 20
X 1 NiCrMoCu 31 27 4	1,4563		N 08028	Z 1 NCDU 31 27 03
X 6 CrNiMoTi 17 12 2	1,4571	316 Ti	S 31635	Z 6 CNDT 17 12
X 3 CrNiMoTi 25 25	1,4577			Z 5 CNDT 25 24
X 6 CrNiMoNb 17 12 2	1,458	316 Cb/Nb	C31640	Z 6 CNDNb 17 12
X 10 CrNiMoNb 18 12	1,4582	318		Z 6 CNDNb 17 13

 ДУПЛЕКСНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

EN	DIN	AISI	ASTM	AFNOR
X 2 CrNiN 23 4	1.4362		S 32304/S 39230	Z 3CN 23 04 Az
X 2 CrNiMoN 25 7 4	1.4410		S 31260/S 39226	Z 3 CND 25 07 Az
X 3 CrNiMoN 27 5 2	1.4460	329	S 32900	Z 5 CND 27 05 Az
X 2 CrNiMoN 22 5 3	1.4462	(329 LN)/F 51	S 31803/S 39209	Z 3 CND 22 05 Az
X 2 CrNiMoCuWN 25 7 4	1.4501	F 55	S 32760
X 2 CrNiMoCuN 25 6 3	1.4507		S 32550/S 32750	Z 3 CNDU 25 07 Az
X 2 CrNiMnMoNbN 25 18 5 4	1.4565		S 24565

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР (C° 600 – 1200)

EN	DIN	AISI	ASTM	AFNOR
X 10 CrAl 7	1.4713			Z 8 CA 7
X 10 CrSiAl 13	1.4724			Z 13 C 13
X 10CrAI 18	1.4742	442	S 44200	Z 12 CAS 18
X 18 CrN 28	1.4749	446	S 44600	Z 18 C 25
X 10 CrAlSi 24	1.4762			Z 12 CAS 25
X 20 CrNiSi 25 4	1.4821	327		Z 20 CNS 25 04
X 15 CrNiSi 20 12	1.4828	302 B/309	S 30215/30900	Z 17 CNS 20 12
X 6 CrNi 22 13	1.4833	309 (S)	S 30908	Z 15 CN 24 13
X 15 CrNiSi 25 20	1.4841	310/314	S 31000/31400	Z 15 CNS 25 20
X 12 CrNi 25 21	1.4845	310 (S)	S 31008	Z 8 CN 25 20
X 12 NiCrSi 35 16	1.4864	330	N 08330	Z 20 NCS 33 16
X 10 NiCrAlTi 32 20	1.4876		N 08800	Z 10 NC 32 21
X 12 CrNiTi 18 9	1.4878	321 H	S 32109	Z 6 CNT 18 12
X 8 CrNiSiN 21 11	1.4893		S 30815
X 6 CrNiMo 17 13	1.4919	316 H	S 31609	Z 6 CND 17 12
X 6 CrNi 18 11	1.4948	304 H	S 30409	Z 6 CN 18 11
X 5 NiCrAlTi 31 20	1.4958		N 08810	Z 10 NC 32 21
X 8 NiCrAlTi 31 21	1.4959		N 08811

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

EN	DIN	AISI	ASTM	AFNOR
X 6 Cr 13	1.4000	410 S	S 41008	Z 8 C 12
X 6 CrAl 13	1.4002	405	S 40500	Z 8 CA 12
X 12 CrS 13	1.4005	416	S 41600	Z 13 CF 13
X 12 Cr 13	1.4006	410	S41000	Z 10 C 13
X 6 Cr 17	1.4016	430	S 43000	Z 8 C 17
X 20 Cr 13	1.4021	420	S 42000	Z 20 C 13
X 15 Cr 13	1.4024	420 S	J 91201	Z 15 C 13
X 30 Cr 13	1.4028	420	J 91153	Z 33 C 13
X 46 Cr 13	1.4034	(420)		Z 44 C 14
X 19 CrNi 17 2	1.4057	431	S 43100	Z 15 CN 16 02
X 14 CrMoS 17	1.4104	430 F	S 43020	Z 13 CF 17
X 90 CrMoV 18	1.4112	440 B	S 44003	Z 90 CDV 18
X 39 CrMo 17 1	1.4122	440 A		Z 38 CD 16 01
X 105 Cr Mo 17	1.4125	440 C	S 44004/S 44025	Z 100 CD 17
X 5 CrTi 17	1.4510	430 Ti	S 43036/S 43900	Z 4 CT 17
X 5 CrNiCuNb 16 4	1.4542	630	S17400	Z 7 CNU 17 04
X 5 CrNiCuNb 16 4	1.4548	630	S17400	Z 7 CNU 17 04
X 7 CrNiAl 17 7	1.4568	631	S17700	Z 9 CNA 1 7 07

Условные обозначения:
DIN – Deutsche Industrie Norm
EN – Стандарт Евронормы EN 10027
ASTM – American Society for Testing and Materials
AISI – American Iron and Steel Institute
AFNOR – Association Francaise de Normalisation