Неметаллические защитные покрытия

В машиностроении применяют разнообразные неметаллические покрытия: керамические, лакокрасочные, гальванические, оксидными и пластмассовыми пленками. Они могут быть органическими и неорганическими. Их защитное действие сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, соединения хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.

Керамические покрытия. Керамические покрытия обычно представляют собой достаточно тонкие и хрупкие слои. В то же время они обладают великолепным сопротивлением окислению и коррозии, и керамика является прекрасным материалом для деталей, работающих при статических нагрузках, например для облицовки камер сгорания. Керамические покрытия чаще всего представляют собой сложные силикаты с добавками ZrC2, А12О3, СеО2 и т. д., способные обеспечить защиту материала подложки до температур 1260 °C.

Примером керамического покрытия является стекловидная эмаль, которая входит в число систем покрытий, самых стойких к высокотемпературной коррозии в газовых средах. Поверхность эмали не пористая, обладает высокой прочностью и износостойкостью, и такое покрытие обеспечивает хорошую защиту до 600 °C.

К основным недостаткам покрытий относятся хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.

Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные покрытия применяют для защиты металлов от коррозии или как декоративные. Они должны быть сплошными, беспористыми, газои водонепроницаемыми, химически стойкими, эластичными, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью. К некоторым покрытиям предъявляют специальные требования: повышенная стойкость при высоких температурах, стойкость против кислот, щелочей, бензина и т. п.

Процесс нанесения в общем случае состоит из трех основных этапов: подготовки поверхности, ее окраски и сушки, отделки. Подготовка включает очистку, выравнивание, грунтовку и шпатлевку с последующим шлифованием. Очистку проводят химическим или механическим воздействием. Поверхности окрашивают одним или несколькими слоями. Применяют масляные и эмалевые краски и лаки. Срок сушки нитроэмалей 30−40 мин. При высыхании они образуют твердый блестящий слой. Масляные и спиртовые эмали сохнут 24−48 ч. В процессе сушки смола или масло полимеризуются, испаряется растворитель.

Пластмассовые покрытия

Пластмассы используют в качестве антикоррозионных, декоративных и антифрикционных покрытий. Их наносят газопламенным или вихревым способом. Исходными материалами служат термопластичные пластмассы (полиэтилен, полипропилен, полиамид, капролактам, поливинилбутираль, фторопласт, полиуретан) в виде мелкодисперсного порошка, переходящего при нагреве в вязкотекучее состояние. Толщина покрытий 0,15−0,35 мм. Заготовки перед напылением нагревают до температуры 180−300°С в зависимости от применяемой пластмассы. Продолжительность напыления 2−5 с. Пластмассовые покрытия позволяют использовать углеродистые стали вместо легированных и цветных металлов.

Композиционные покрытия

Композиционные покрытия могут состоять из двух или более отдельных покрывающих материалов, нанесенных либо послойно, либо в виде смеси. К особой категории смешанных покрытий относятся так называемые керметы — смеси керамики и металла. Они совмещают в себе теплоемкость и прочность керамики с пластичностью и теплопроводностью металлов. Две наиболее перспективные новые технологии производства специальных сплавов и керметов — это метод быстрого затвердевания и механическое легирование. Возможно нанесение распылением, плазменным напылением и с помощью детонационной пушки.

Электролитическим методом можно осуществить совместное осаждение. Такие покрытия обладают высокой износостойкостью, достаточной вязкостью и пластичностью.

Химическую вакуумную пропитку паром сочетают с CVD (Chemical vapor deposition) — химическим процессом для получения высокочистых твердых материалов. Возможного вредного влияния на подложку высокотемпературного CVD можно избежать с помощью плазменной технологии.

Основные переменные, которыми нужно управлять, — давление, температура, массоперенос, динамика и активность в системах покрытие — подложка и пар — газ. Процесс CVD проводят при давлениях от значительно ниже атмосферного до высоких. Требуется контроль давления в реакторе, вводимых реагентов и выводимого продукта.