В даний час кріпильні вироби без покриттів застосовуються все менше і менше, тому що крім механічного впливу, що може викликати руйнування кріплення, метали, з яких виготовлені деталі кріплення, руйнуються при взаємодії з навколишнім середовищем - цей процес називається корозією. Залежно від оточуючих метал умов (температура, вологість, хімічний склад навколишнього середовища і т.д.) умови експлуатації по поділяються на легкі, середні, жорсткі і дуже жорсткі.
Для захисту металів від корозії на них наносять різні покриття. Крім того, покриття наносять для додання виробам декоративного виду або створення спеціальних поверхневих властивостей. Покриття можуть бути:
- металевими,
- неметаллическими,
- неорганічними,
- порошковими,
- лакофарбовими,
- пластмасовими,
- гумовими.
Захисні властивості покриттів залежать від можливості взаємодії матеріалів покриттів і деталі.
Розрізняються два різновиди способів захисту - механічний і електрохімічний.
Механічний захист досягається за рахунок ізолювання матеріалу від зовнішнього середовища і ефективна тільки при відсутності пір, задирів і ін. Ушкоджень покриття.
Електрохімічний захист забезпечується в тому випадку, якщо матеріал покриття є анодним стосовно захищається матеріалу і не залежить від пористості.
Основним видом корозії металів є електрохімічна, що виникає в зоні контакту двох металів, що мають різний електрохімічний потенціал. Виникає при наявності вологи гальванічна пара призводить до поступового розчинення металу має менший потенціал. Покриття, виконані з матеріалу, потенціал якого в даних умовах більш негативний чим потенціал захищається металу, називаються анодними. Анодними покриттями для заліза і його сплавів (сталь, чавун) є покриття з магнію, алюмінію, цинку, хрому. Такі покриття при наявності пір і задирів руйнуються самі, а захищається метал немає. Катодними називаються покриття, у яких потенціал більш позитивний, ніж у захищається металу, для стали такими покриттями будуть: мідне, нікелеве, олив'яне, свинцеве, срібне, золоте. Зрозуміло, що анодні покриття забезпечують як механічну, так і електрохімічний захист, а катодні тільки механічну.
Цинк - найпоширеніше антикорозійне покриття добре анодно захищає сталь в атмосферних умовах і в прісній воді при нормальних і низьких температурах, але при високих температурах, в агресивних середовищах його потенціал змінюється в бік збільшення і може перевищити потенціал заліза.
Кадмій - утворює катодний покриття по відношенню до заліза в атмосфері або в прісній воді, але в морській воді кадмієві покриття є анодним.
Слід пам'ятати, що не всяке анодне покриття і не у всіх випадках виявляється задовільним, тому що воно саме також не повинно занадто швидко руйнуватися. Так, наприклад, цинкове покриття, широко застосовується для захисту від корозії в середніх географічних широтах, виявляється нестійким в тропічному кліматі. Причиною цього служить інтенсивне розчинення і змивання водою і вологою повітря шару солей цинку, що утворюється на поверхні при корозії. В результаті цього відбувається оголення глибинних шарів металу, і швидкість корозії не сповільнюється.
Розглянемо особливості і способи застосування найбільш поширених видів покриттів кріпильних виробів. Для кріпильних виробів застосовуються:
- металеві (цинкові, кадмієві, мідні і т.д.),
- неметаличні неорганічні (окисні, фосфатні),
- лакофарбові покриття.
З металевих покриттів в світовій практиці найбільш широко у світовій практиці застосовуються цинкові. Їх широке застосування для захисту сталевих і чавунних виробів обумовлено в основному двома причинами. Перша - висока природна стійкість самого цинку внаслідок утворення на цинку в корозійної середовищі захисних плівок з продуктів корозії, друга - висока анодного захисту при температурі до 70 ° С. При більш високих температурах цинк захищає сталь тільки механічно. Захисні властивості цинкових покриттів визначається як їх товщиною, так методом їх нанесення.
Цинкові покриття, отримані різними методами, відрізняються по рівномірності, будовою, щільності, складу і т.п. Гарячий спосіб дозволяє отримати покриття великої товщини (50. 150 мкм), але ця товщина коливається в значних межах і точне регулювання його неможлива. Звідси високі втрати металу, часом недостатню якість покриття. На параметри основного металу (самої кріпильної деталі) гаряча оцинковка практично не впливає, але розміри деталі можуть помітно змінитися.
Економія металу при електролітичному методі покриття становить до 50%, при цьому підвищується твердість покриття (500. 600 Н / мм 2) і його однорідність, забезпечується високий ступінь чистоти обложеного цинку і підвищена хімічна стійкість, але товщина покриття невелика (5. 35 мкм).
Крім того, при електролітичному цинкування відбувається наводороживание і як наслідок охрупчивание основного захищається металу.
Обидва методи є екологічно шкідливими, і перед виробниками постійно стоїть проблема утилізації відходів. Всіх недоліків позбавлений метод - шерердізаціі. застосовуваний, на жаль, виробниками кріплення поки досить рідко.
Для підвищення корозійної і механічної стійкості цинкові покриття часто піддають хроматирование (пасивування) або фосфатуванню. Для жовтого (хроматного) пассивирования оцинковані вироби занурюють у розчини хромової кислоти або її солей. Утвориться хроматних плівка являє собою з'єднання хрому і цинку, захисні властивості якої практично не змінюються навіть при наявності на ній механічних пошкоджень (подряпин, рисок і т.п.). Після хроматного пассивирования покриття набуває жовтого або зеленувато-жовте забарвлення з райдужним відтінком. Фосфатирование цинкових покриттів застосовується на кріпильні вироби рідко в основному при необхідності їх подальшого фарбування.
Кріпильні вироби з цинковим покриттям отриманим гарячим або електролітичним способом без хроматування або фосфатування придатні для використання в легких або середніх умовах експлуатації, з додатковою обробкою або пофарбовані - в будь-яких. Шерардірованние кріпильні вироби працюють в будь-яких умовах.
Кадміювання кріпильних виробів проводиться рідко. Кадмій та його сполуки дуже токсичні, і в багатьох країнах кадміювання заборонено. Колір, механічна міцність і ряд інших показників кадмієвих покриттів близькі до цинкових. Покриття кадмієм також можуть піддаватися хроматирование і фосфатуванню. Захисні властивості кадмієвих покриттів в звичайних умови нижче цинкових, але в морських умовах і при сильній конденсації водяної пари такі покриття застосовуються і понині.
Нікелеве покриття є катодних по відношенню до сталі і захищає її тільки механічно. Для нікелювання кріпильних деталей застосовують дзвіниці ванни або ванни з обертовими барабанами з електролітом, основним компонентом якого є сірчанокислий нікель. Нікелеві покриття мають привабливий декоративний вигляд (хоча з часом тьмяніють), але знижують механічні властивості стали і мають малу корозійну стійкість. У зв'язку з цим нікельовані кріпильні вироби - рідкість, хоча і використовується наприклад в меблевій промисловості.
Так само вкрай рідко застосовується для кріпильних виробів хромування, яке, маючи висоестетічний вид, майже вдвічі знижує межа витривалості покритої їм стали без спеціальних операцій попередньої підготовки металу. Хроматування застосовується або як декоративне, або як зносостійке, в зв'язку з низьким коефіцієнтом тертя хрому. Для декоративних цілей також може застосовуватися на кріпильні вироби латунирование, зокрема для деталей меблевого кріплення (шурупи, гвинтові стяжки та ін.), Антикорозійні властивості якого вкрай низькі.
Серед неметалічних покриттів для кріпильних виробів (в тому числі сталевих шурупів) широко застосовуються оксидування і фосфатування.
Фосфатирование використовується для сталевих виробів, які не потребують декоративного виду, і полягає в обробці останніх спеціальним хімічним складом (сіль Мажеф), в результаті якої на поверхні стали утворюється фосфатная плівка (фосфат заліза) з високими захисними властивостями. Залежно від якості підготовки поверхні деталі плівка може мати різну кристалічну структуру. Найбільш високими захисними властивостями володіють мелкокристаллические плівки. Фосфатна плівка дуже добре пов'язана з основним захищається металом (на молекулярному рівні), володіємо відмінну адгезію лакофарбових і ін. Покриттів (добре забарвлюється), має високу маслоемкость.
Додаткова обробка підвищує захисні властивості фосфатних плівок. Така обробка проводиться в розчинах хрому, промаслюванням, Гидрофобизирование або забарвленням. Промаслення зазвичай проводиться веретенним або авіаційним маслом при температурі 100 ° С, при цьому істотно підвищуються антикорозійні та антифрикційні властивості деталі.
Гидрофобизирование полягає в створенні додатково на поверхні деталей тонкої водовідштовхувальним (гидрофобной) плівки. Залежно від технології підготовки поверхонь деталей, що піддаються фосфатуванню, і технології самого процесу товщина покриття може бути 2. 15 мкм, а колір деталі - від світло-сірого до чорного.
Оксидування полягає в формуванні на поверхні виробу або деталі плівки окислів. Оксидне покриття за багатьма властивостями (антикорозійним, адгезійним, мослоемкім) близько до фосфатного. Колір сталевого виробу після оксидування в залежності від режиму процесу змінюється від темно-сірого до блискучо-чорного.
Вважається, що з власної антикорозійної стійкості фосфатні покриття перевищують оксидні. Фосфатовані або оксидовані вироби можуть застосовуватися тільки в легких умовах експлуатації, якщо ці покриття піддані промаслюванням або Гидрофобизирование - в середніх і жорстких. Для використання їх в будь-яких умови експлуатації необхідно фарбування.
Фарбування-практично всі кріпильні вироби можуть фарбуватися усіма поширеними фарбами, хоча якість адгезії може виявитися різним в залежності від типу покриття кріплення, виду фарби, ступеня забрудненості окрашиваемого вироби і т.д.
Серед шурупів, які виготовляються і пропонуються споживачеві в пофарбованому вигляді слід виділити покрівельні саморізи, забарвлення яких повинна поєднуватися з кольором покрівлі та відповідати умовам високої атмосферостойкости. Для фарбування покрівельних саморізів в даний час використовуються порошкові фарби, які найкращим чином відповідають пропонованим до фарбування вимогам.
Порошкове фарбування - екологічно чиста, безвідходна технологія отримання високоякісних декоративних і декоративно-захисних полімерних покриттів. Покриття формують з полімерних порошків, які наносять на поверхню виробу. Потім виріб нагрівають і витримують при заданій температурі кілька хвилин. Через відносно високу температуру полімеризації фарбують в основному метал і скло. Впродовж останнього десятиріччя відбувається швидке проникнення технології порошкового фарбування в сфери традиційних способів нанесення лакофарбових покриттів. У світі сьогодні забарвлюють з використанням цієї технології приблизно 15% всіх виробів підлягають забарвленням, і це число збільшується.
Для зручності виробників і споживачів кольору саморізів кодуються по одній з існуючих систем позначення кольору.
У світі існує кілька систем позначення колірних відтінків. Однією з поширений в Росії систем є система кольорів фінської фірми Rannila (RR), що спеціалізується на виробництві металочерепиці та інших покрівельних матеріалів.
У зв'язку зі спеціалізацією фірми номенклатура відомої системи RR порівняно невелика. Більш потужною і універсальною системою позначень колірних відтінків є система RAL. Її розробив Німецький Інститут Гарантій Якості і Сертифікації RAL. У 1927 році інститут встановив стандарт на колірний простір, розділивши його на діапазони і позначивши кожен колір чотиризначним цифровим індексом, зрозумілим різним областям промисловості. З тих пір у міру появи нових барвників стандарт неодноразово розширювався.
Цінконаполненних покриття під назвою «Dacromet 320» (Дакромет 320) були розроблені фірмою «Diamond Shamrock Corp.» (США), як спосіб захисту від корозії сталевих деталей, в основному кріплення. Покриття наноситься методом занурення деталей в суспензію цинкових частинок у водному розчині органічних і неорганічних компонентів. Після видалення надлишків суспензії центрифугуванням для остаточного формування покриття деталі піддаються ступенчатому нагріванню, починаючи з 80 ° С і до завершальної температури 300 ° С.
Особливість покриття «Дакромет 320» полягає в наявності цинкових частинок мікронних розмірів у вигляді пластівців, попередньо оброблених в хроматних розчині і щільно пов'язаних між собою неорганічним сполучною. Товщина сухого покриття становить 8-10 мкм. Покриття має сріблясто-сірий вид і, завдяки наявності в системі хроматов, має високу корозійну стійкість - близько 500 в нейтральному соляному тумані.
Відомі й інші модифікації покриття «Дакромет», наприклад, для покриття листової сталі. Покриття типу «Дакромет» відомі також під назвами «Dacral», «Geomet» і іншими - від виробника.
Подальшим розвитком цинкнаповнені покриттів з'явилися так звані «цінкламельние покриття». що не містять шестивалентного хрому. Система ламельного цинкового покриття включає в себе базовий шар, що складається з тонких алюмінієвих і цинкових лусочок (ламелей) і, при необхідності, один або кілька додаткових шарів, які надають покриттю спеціальні властивості: фрикційні, корозійну і хімічну стійкість, колір та інші. Цінкламельние покриття відомі за назвами їх розробників «Delta», «Geomet» і ін.
Цінкламельное покриття наносять на попередньо підготовлену поверхню деталей шляхом занурення в високодисперсних суспензію цинкового та алюмінієвого порошків, що мають форму лусочок, в сполучному матеріалі або її напилення з наступним нагріванням деталей до 240 ° С для сушки і затвердіння. Сформоване базове покриття містить більше 70% цинкового і до 10% алюмінієвого порошку, а також сполучний органічний матеріал. Воно складається з безлічі шарів алюмінієвих і цинкових частинок товщиною менше мікрометра і шириною близько 10 мкм, розташованих паралельно один одному і покривається, з'єднаних сполучним компонентом. Малий розмір часток уможливлює наносити цінкламельние покриття товщиною 4 - 8 мкм, які застосовують в автомобілебудуванні. Корозійна стійкість покриттів понад 700 годин в нейтральному соляному тумані. Більш товсті покриття застосовують для нанесення на деталі і елементи будівельних конструкцій.
Покриття має електропровідними властивостями, його більш електронегативний потенціал по відношенню до сталі створює електрохімічний захист на додаток до бар'єрної.
Застосування цінконаполненних покриттів не призводить до виникнення водневої крихкості покриваються сталей. Товщина покриттів на сталі, як і у випадку звичайних цинкових покриттів, визначається будь-якими магнітними, магнітно-індукційними та іншими подібними товщиномірами.