Газотермическое напыление металлических покрытий — это расплавление и нанесение металла на подложку. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы могут быть разными, главное, что в результате на поверхности остается тонкое, более устойчивое к коррозии и эрозии чем основной металл, покрытие.

Многолетний опыт применения покрытий Спрамет и тестирование с применением внешнего воздействия на поверхность, доказывают, что данный метод является более эффективным в длительной антикоррозионной защите стали, чем защита краской или поимерными композициями.

Но Спрамет являются также прекрасной антикоррозийной основой под краску. Органические покрытия, нанесённые на поверхности железа и стали, портятся под действием подпленочной коррозии, которая происходит под покрытием в результате недостаточной адгезии. Тонкий слой покрытия Спрамет предотвращает коррозию основания, и крепко связывает сталь с органическим покрытием.

Существует много факторов коррозии, таких как природа веществ, вызывающих коррозию, формы коррозии, скоростной фактор и используемые металлы. Иногда незначительные изменения условий становятся важным фактором в решении проблем коррозии. Поэтому здесь даётся только короткое описание электрохимической коррозии двух металлов, что является наиболее важным при использовании антикоррозийных металлических покрытий.

электрохимический ряд химических элементов в морской воде:

• Анодные (подвергаются коррозии)
• Магний
• Сплавы магния
• Цинк
• Оцинкованная сталь
• Сплавы алюминия
• Кадмий
• Мягкая низкоуглеродистая сталь
• Чугун ковкий
• Чугун
• Нержавеющая сталь (активная)
• Свинец
• Олово
• Марганец
• Никель (активный)
• Латунь (жёлтая медь)
• Медь
• Бронза
• Никель (пассивный)
• Нержавеющая сталь (пассивная)
• Серебро
• Графит
• Золото
• Платина
• Катодные (защищённые)

При электрическом соединении двух различных металлов или их сплавов с электролитом, ток передвигается от катодного метала анодному, от анодного металла к электролиту и от электролита к катодному металлу. Сила тока зависит от разности потенциалов двух металлов. Поэтому, между близкими по потенциалу металлами проходит небольшое количество тока. У анодных металлов коррозия развивается быстрее, чем у катодных; процесс коррозии не всегда удаётся полностью остановить.

В присутствии электролита анодная поверхность подвергается коррозии сильнее, чем катодная. Все перечисленные металлы могут быть катодными по отношению к тем металлам, которые расположены выше их.

Из этого следует, что металлические покрытия, которые являются катодными к основному металлу, могут быть использованы только в толстослойных покрытиях, которые напыляются на детали машин. Например, нержавеющая сталь широко используется для валов насосов и валов паровых турбин. Латунь, бронза, никель, нержавеющая сталь и медь не используются для тонкослойных покрытий, так как основа будет быстро разрушаться при проникновении среды через поры покрытия.

Металлами, анодными к железу, которые могут использоваться в качестве напыляющего металла, являются только кадмий, цинк и алюминий (магний является химически активным). Так как данные металлы защищают железо, подвергаясь разрушению, во время напыления их пористость не оказывает влияния на выбор металла для напыления. Все другие металлы, которые обычно используются для напыления, являются катодными по отношению к железу и защищают его, обеспечивая только полное непористое барьерное покрытие, которое, к тому же, будет защищать железо механически.

Поэтому, наиболее часто для антикоррозийной защиты железа и стали термически напыляемыми металлами используют цинк и алюминий. Цинковое покрытие, толщиной в 100-150 микрон, прекрасно подходит для многих видов атмосферных условий. Благодаря тому, что алюминий имеет свойство окисляться, и таким образом защищает себя от дальнейшего разрушения, считается, что необходимо использовать более толстый слой данного металла, минимальная толщина слоя данного металлического покрытия для атмосферной коррозии должна составлять 150-200 микрон.

Необходимо постоянно учитывать и стараться избегать побочных электрохимических действий, в результате которых разнородные металлы могут соединиться в электролит. Например, ёмкость для хранения холодной воды в целях антикоррозийной защиты необходимо покрывать цинком, тогда покрытие будет служить долго. Но если в ёмкость поместить медные рулоны/катушки, присутствие меди вызовет электрохимическую реакцию и таким образом ускорит процесс коррозии цинка и срок службы покрытия будет намного меньше. Для того чтобы избежать этого, необходимо электрически изолировать катушки в ёмкости.

Цинк является чистым на 99,9% и не вызывает загрязнения в процессе напыления. Следовательно, термически напыляемые цинковые покрытия более чистые, чем те, которые используются в процессе горячей гальванизации, например, так как никель, который используют в процессе гальванизации, содержит большое количество примесей железа. Алюминий обычно чистый на 99% и используется в процессе большинства антикоррозийных работ.

Преимущества цинкового и алюминиевого покрытия. Выбор металла для термического напыления.

Среда	Металл
Загрязнённая	Al
Щелочная	Zn
Кислотная	Al
Горячая вода	Al
Морская вода	AlMg5
Катодная защита	Zn
Механические повреждения	Zn или электродуговое напыление Al

Алюминий:

• Устойчивость к высоким температурам;
• Лёгкий;
• Хорошая устойчивость к загрязнённой и морской средам;
• Образует оксидный слой, который уменьшает проницаемость поверхности и остананвливает коррозию.

Цинк:

• Подходит для катодной защиты;
• Хорошая устойчивость к механическим повреждениям;
• Срок службы пропорционален толщине покрытия (в том случае, если не применяются пропитки);
• Используется в антикоррозийных грунтовочных покрытиях.

Напылённый алюминий способен выдерживать действие многих разведённых растворов кислот (имеющих pH 3.5 и выше), срок службы данного покрытия определяется в зависимости от химического состава реагентов и вида поверхности. Сильно разбавленные растворы окиси азота и серной кислоты, а также многие органические кислоты имеют незначительное воздействие на напылённые алюминиевые покрытия, если они обработаны пропитками. Напылённый цинк плохо противостоит действию почти всех кислот, как органических, так и не органических. Цинковые покрытия используются, преимущественно, в диапазоне pH от 6 до 12.

Как и при напылении цинкового покрытия, срок службы определяется плёнкообразующей природой среды. Сопротивляемость цинка больше в жёсткой воде, чем в мягкой. Он имеет плохую сопротивляемость в любой воде при температуре выше 24^oС.

Спрамет-антикор как альтернатива окраске

Тестирование напыляемых металлических покрытий на устойчивость к внешнему воздействию, показало, что они имеют более длительный срок службы, чем покрытия, полученные во время окраски, которая предполагает соответствующую подготовку стального изделия и выполнение соответствующих процедур во время применения. Во многих случаях напылённый алюминий можно оставлять незащищённым, без использования пропиток.

Использование сплава алюминия с 5% магнием является прекрасной альтернативой покрытию краской. Данный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, которые находятся на палубе корабля.

Термически напыляемый алюминий хорошо использовать для заводского оборудования, работающего при высоких температурах. При использовании эпоксидной пропитки, данное покрытие выдерживает до 5000С, при использовании силиконовых пропиток — более высокую температуру. В отличие от покрытия поверхности краской, изделия с покрытием Спрамет можно использовать почти сразу же после проведения работ. Ещё меньше повреждений во время эксплуатации будет, если наносить покрытие на отдельные детали в процессе производства, что позволяет напылять покрытие на любую часть изделия, и даёт возможность осуществить сборку изделия после завершения работ или после проведения ремонтных работ.

Исследование процесса коррозии Американским Сварочным Обществом в течение 19 лет

В 1974 г. Американское Сварочное общество завершило 19-летнее изучение антикоррозийной защиты, напыляя цинковые и алюминиевые покрытия на сталь с низким содержанием углерода.
Результаты данного исследования следующие:

• Алюминиевое покрытие толщиной 0.08-0.15 мм, как с применением пропиток, так и без, обеспечивают полную антикоррозийную защиту металла-основы в течение 19 лет в морской воде и в жёсткой морской и промышленной атмосфере;
• Цинковое покрытие без использования пропитки должно быть 0.30 мм толщиной для того, чтобы обеспечить полную защиту поверхности в морской воде в течение 19 лет. В жёсткой морской и промышленной атмосфере, покрытие цинка толщиной 0.23 мм без использования пропитки и 0.08-0..15 мм с использованием пропитки, обеспечивают антикоррозийную защиту в течение 19 лет;
• В условиях воздействия жёсткой морской атмосферы, необходимо нанести 1 слой промывочного раствора и добавить 1-2 слоя винил алюминия. Это улучшит внешний вид изделия и продлит срок службы цинкового покрытия почти на 100%. Использование пропиток с алюминием улучшает внешний вид, как при этом на металле-основе не появляется ржавчины в течение 19 лет.
• Тонкий слой газотермически напылённого алюминия является более эффективным, оно имеет меньшую тенденцию к образованию вздутий, и, следовательно, имеет более долгий срок службы;
• В тех случаях, когда после использования алюминиевого покрытия возникают физические повреждения, такие как царапины, коррозия не прогрессирует, это означает, что обеспечивается протекторная защита.
• Виды покрытий, которые перечислены в таблице ?2, обеспечивают полную защиту стальных панелей из низкоуглеродистой стали.

Средняя продолжительность срока службы покрытия

Средняя продолжительность срока службы металлических конструкций и поддержания их эстетичного внешнего вида зависит в значительной мере от подготовки поверхности и эксплуатационных характеристик покрытия, которое будет контактировать непосредственно со сталью. В этой связи цинк и алюминий играют фундаментальную роль, не только благодаря их способности противостоять агрессивному воздействию окружающей среды, но также благодаря активному защитному действию, которую они оказывают на сталь.

Данные материалы просты в применении, они напыляются на стальные изделия после обработки пескоструйным аппаратом для подготовки поверхности. Стоимость данного процесса сопоставима со стоимостью нанесения хорошей краски, но если учитывать, что разница в сроке службы составляет 25-30 лет, тогда видно, что в процессе применения данного метода Вы экономите деньги (данные основываются на Британском Стандарте 5493).

Метод металлизации путём напыления проволоки позволяет напылять покрытие разной толщины на большие участки изделий.

Срок службы термически напыляемого покрытия против органического.

• Напыление металла — 25 лет
• Однослойное покрытие — 15 лет
• Двухслойное покрытие — 10 лет
• Олифа — 5 лет

Где используются металлические покрытия?

Метод напыления металлов применяется уже более 50 лет для напыления мостов, дымовых труб и деталей, более 20 лет для напыления прибрежных конструкций. В Северном море первым сооружением, которое было покрыто металлическим напылением, стало специализированное оборудование морских платформ, такое как балки сигнального факела, мостиковые перекрытия между платформами и запасные ступеньки, которое невозможно было безопасно заменять.

За этим последовали другие труднодоступные участки, такие как нижние платформы и металлические зоны заплеска воды, которые слишком дорогие в обслуживании. Сейчас вся платформа, особенно та часть, которая перекачивает газ, защищается с помощью применения такого метода. Среди платформ, на которых применялось электродуговое напыление — платформы месторождений Troll, Conoco Heidrun, Murdoch в Норвегии.

Минимальный показатель адгезии алюминия составляет 7.0 мПа, средний — 12.0 мПа. Условия применения данного покрытия — относительная влажность (80% макс), при мин. температуре воздуха и стали 10⁰С.

Применение газотермического напыления (основы и пропитки) требует большего количества времени, чем процесс нанесения 4 слоёв краски при использовании эквивалентных ресурсов. Причина в том, что напыляемый металл дольше наносится на поверхность, руководители стройки должны принимать это во внимание и добавлять в свои графики дополнительное время.

Дизайн металлоконструкций должен быть таким, чтобы обеспечить свободный доступ к ним металлизационого пистолета и производить напыление под правильным углом и близко к поверхности. На такие детали, как верхние поверхности нижних балок на двутавровой балке, которая поддерживает палубные втулки, закреплённые на консоли плиты, и бимсовый полосовой металл очень трудно, практически невозможно термически напылять.

Во время напыления алюминия, особенно электродуговым методом, необходимо использовать цилиндрические и прямоугольные полые профили, так как данный конструктивный метод сводит к минимуму замкнутость и использование замкнутых пластин/листов.

Процесс термического напыления алюминия требует автоматизации повторяющейся работы, как, например, при напылении труб и компонентов, которые не требуют постоянного автоматического репрограммирования.

Автоматизация процесса помогает уменьшить усталость оператора и уменьшает возможную опасность, которую данный процесс представляет для здоровья и безопасности, а также обеспечивает напыление ровного, экономного слоя металла. Хотя, процесс автоматизации не применим для напыления сосудов сложной формы и сборных стальных рам.

Основой для данной статьи является доклад, который был сделан на конференции «Corrosion 94», в Великобритании Антикоррозионным институтом Великобритании.
Коды и стандарты, относящиеся к термонапыляемому алюминию
Соответствующие коды и стандарты в Европе включают следующие:

BS EN 22063	Металлические и другие неорганические покрытия — цинк, алюминий и их сплавы
BS 5493	Защитные антикоррозионные покрытия для железных и стальных конструкций. Погрузка, транспортировка, хранение и сборка
DIN 8566	1 и 2 часть дополнения для термического напыления
ISO 1463	Металлические и оксидные покрытия — Измерение толщины покрытия — Микроскопический метод
ISO 2063	Металлические покрытия — Антикоррозийная защита железа и стали — Напыление металлов цинка, алюминия и их сплавов
ISO 2064	Металлические и другие неорганические покрытия — Определения и условные обозначения
ISO 2176	Немагнитные покрытия на магнитных поверхностях — Измерение толщины покрытия — Магнитный метод
ISO 4624	Краски и лаки — Испытание покрытия на прочность и адгезию
ISO 8501 1- 4	Подготовка стальных оснований перед нанесением краски и похожих продуктов — Характеристики шероховатости поверхностей стальных оснований  после дробеструйной очистки
NPD	Руководство по антикоррозийной защите оборудования
NS 476	Правила утверждения инспектора по обработке поверхности
NS 1975	Правила утверждения обработки поверхности
SS 2626	Оборудование для термического напыления — требования и тестирование