Металлизация — это покрытие поверхностей металлами путём превращения их в плазму с помощью электрической дуги и нанесения полученной плазмы на металлизируемые поверхности струёй газа под давлением 5-7 бар. Для металлизации используются цинк, алюминий, медь, нержавеющая сталь и другие стойкие к расплавлению металлы и их сплавы. Металлизировать можно все поверхности, которые не растворяются и не разрушаются от наносимого на них слоя металла. Это может быть и покрытие скульптур медью, и восстановление изношенных рабочих частей механизмов специальными металлами, и металлизация поверхностей из стекла, но наиболее широко металлизация применяется для антикоррозийных покрытий. Металлизировать металлические изделия экономически более выгодно, чем красить, если срок службы изделия превышает 15 лет. Металлизация всё более широко используется в Европе для защиты мостов и конструкций из металла. Металлизируются надводные части кораблей, внешние поверхности резервуаров
Термическое распыление, или металлизацию, регламентирует международный стандарт EN ISO 22063.
В стандарте поясняется металлизация чёрных металлов цинком, алюминием, их сплавами, когда алюминия 15%, а цинка 85%; алюминия 85% и 5% магния.
Для металлизации используемый металл сцепляется с поверхностями механически, поэтому стандарт описывает подготовку поверхностей до Sa2,5 или Sa3 путём абразивной очистки, что регламентирует ISO 8501-1. Рекомендуется острая шероховатость поверхностей по второй части ISO 8503-2, высота шероховатостей от 40 мкм.
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КАК АЛЬТЕРНАТИВА ЦИНКОВАНИЮ И ПОКРЫТИЮ КРАСКОЙ:
Преимущества и недостатки металлизации в сравнении с покраской перечислены в таблице:
Преимущества | Недостатки |
Существенно более долгий срок службы – от 20 до 50 лет (соблюдая ISO 22063 рекомендуемую толщину). | |
Гарантирует анодную защиту | Обязательна абразивная обработка (шлифование) |
Устойчивость к абразивному воздействию | Требуются навыки оператора |
Более дешёвая цена 1м^2 по сроку службы | Высокие начальные инвестиции |
Позволяет использовать конструкции без перерыва в эксплуатации |
В отличие от покрытия поверхностей красками, изделия с термически наносимым покрытием можно использовать почти сразу после выполнения работ. Ещё более эффективно экономит время и расходы, если на различные части деталей нанести металл во время производства. Можно наносить покрытие на любую часть деталей и есть возможность собрать изделие сразу после завершения металлизации.
Цена металлизации примерно равна цене покраски великолепными красками, но, с учётом того, что разница срока службы составляет 25-30 лет, очевидно, что это более экономный метод.
ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТАЛЛИЗАЦИИ В СРАВНЕНИИ С ГОРЯЧИМ ЦИНКОВАНЕМ:
- Устойчивость к механическим ударам и трению. Горячему цинкованию свойственно отслоение.
- Металлизировать можно большие массивные конструкции. Горячее цинкование конструкций ограничено габаритами ванн для цинкования.
- Для металлизации можно использовать различные металлы для защиты стали. Это гарантирует антикоррозийную устойчивость в различных агрессивных средах. Например, металлизацией нанесённый алюминий устойчив к разбавленным кислотам.
- Возможность ремонтировать локально.
- Не требуется разбор агрегатов на части.
- Можно покрывать толщиной до 500 мкм.
ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПЕРЕД ПОКРАСКОЙ ДОКАЗЫВАЮТ ПРАКТИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ.
Тестирования и опыт исследования многолетнего воздействия на поверхности доказывает, что металлизация более эффективна для защиты сталей от коррозии, чем просто покрытие красками. Также с учётом срока службы это дешевле, чем покраска. Кроме того вы избежите всей серии текущих косметических ремонтов через 5-10 лет и капитального ремонта через 15 лет. Содружество Сварщиков Америки (ССА) 19 лет исследовало процессы коррозии. В 1974 г. ССА завершило 19-летнее исследование антикоррозийных покрытий, нанося алюминиевые и цинковые покрытия на стали.
Результаты исследований:
0,08-0,15 мм толщины алюминиевые покрытия обеспечивают полную антикоррозийную защиту защищаемого металла в морской воде lm2 и в агрессивной промышленно-морской среде (C5-M);
Цинковое покрытие должно быть толщиной 0,3 мм, чтобы была гарантирована полная защита поверхностей в морской воде в течение 19 лет. В агрессивных морских и промышленных средах покрытие из цинка толщиной 0,23 мм без финишного покрытия и покрытие из цинка толщиной 0,08-0,15 мм с финишным покрытием гарантируют 19-летнюю антикоррозионную защиту.
В тех случаях, когда после использования алюминиевого покрытия возникают физические повреждения, такие как царапины, коррозия в этом месте не развивается. Это означает, что анодная защита активна.
Типы покрытий, указанные в табл. 2, гарантируют полную защиту низкоуглеродистой стали более двадцати лет.
Таблица 2. Толщина покрытия, необходимая для термического опрыскивания. Источник : ССА. | ||
Тип воздействия | Металлизация алюминием | Метализация цинком |
Воздействие морской воды | 0,180 мм – непокрытый
0,150 мм — покрашенный |
0,30 мм – непокрытый |
Воздействие морской атмосферы
C5-M |
0,008 мм — покрашенный
0,15 мм – непокрытый |
0,24 мм – непокрытый
0,08 мм — покрашенный |
Промышленная среда | 0,08 мм — покрашенный
0,15 мм – непокрытый |
0,24 мм – непокрытый
0,08 мм — покрашенный |
Уже 20 лет назад первым сооружением в Северном море, которое было покрыто металлическим напылением, стали специализированные сооружения, такие как сигнальные маяки, мостовые настилы между платформами и запасные ступени, которые нельзя было временно убрать.
Труднодоступные участки были металлизированы, например, нижние платформы и металлические области, заполненные водой, которые дорого обслуживать. Теперь вся платформа, особенно та часть, которая качает газ, защищена металлизацией.
Среди площадок, используемых для электроопрыскивания, — деревня Troll в Норвегии. Другой норвежский проект, Soposo Heidrun, обрабатывал поверхность незащищенных стальных сосудов и резервуаров во влажной среде (максимальная рабочая температура 1200С):
- подготовка поверхности абразивоструйной очисткой Sa3,
- напыление AlMg5 (200мкм +/- 50 мкм) электродуговым способом,
- Слой эпоксидного связующего покрытия (25 мкм)
- Слой полиуретанового покрытия (50 мкм).
В Кайстере, в посёлке Мердок, где конструкции были изготовлены по технологии Sonos, на части факелов и нижних палубных платформ для добычи нефти на морском дне напылили алюминиевое покрытие. Минимальный показатель адгезии алюминия составляет 7,0 мПа, в среднем 12,0 мПа через 20 лет. Вышеуказанные условия применения покрытия – относительная влажность (не более 80 %) при минимальной температуре воздуха и стали 100 С. Все это было сделано 20 лет назад и по сей день служит отлично.
КАКОЙ МЕТАЛЛ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЛЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Распыляемые металлы, такие как кадмий, цинк и алюминий-магний, химически активны. Они становятся анодами для стали. При повреждении покрытия оно само и основа (сталь) отсутствует.
Алюминий:
Для металлизации используется алюминий чистотой 99,5%.
Устойчив к морской и загрязненной среде. Подходит для анодной защиты. В соответствии с ISO 22063 имеет покрытие толщиной 200 мкм для погружения в солёную и пресную воду (Im 2 и Im3) и не имеет поверхностного покрытия.
Устойчив к высоким температурам (можно использовать как противопожарные покрытия на наружных трубах, паровых баках…).
Легкий.
Образует оксидный слой, снижающий проницаемость поверхности;
Алюминиевые покрытия дешевле цинковых или любых других при той же толщине, но требуют более качественной подготовки поверхности под покрытие Sa3. Алюминий не рекомендуется для покрытий размером менее 75 микрон. Алюминий также эффективен в качестве антикоррозийного покрытия под изоляционными материалами, которые намокают при погружении в воду. Использование алюминия с термонапылением рекомендуется для заводского оборудования, работающего при высоких температурах.
Напыляемый алюминий способен выдерживать воздействие большинства разбавленных растворов кислот (pH 3,5 и выше), срок службы которых зависит от химического состава реагентов и типа поверхности. Сильно разбавленные растворы азотной и серной кислот, а также органических солей оказывают незначительное воздействие на поверхности с алюминиевым покрытием.
Цинк:
Для металлизации используется цинк чистотой 99,9%.
Подходит для анодной защиты.
Отличная стойкость к механическим воздействиям.
Срок службы пропорционален толщине покрытия (в этом случае краска не используется).
Тонкий слой цинка толщиной 25 микрон гарантирует превосходную защиту мелких деталей, таких как болты и гайки. Следовательно, использование цинкового покрытия рекомендуется в случае, если необходимо свести цену к минимуму.
Цинковое покрытие не устойчиво практически ко всем кислотам, как органическим, так и неорганическим. Цинковое покрытие применяется в диапазоне рН от 6 до 12.
Цинк более устойчив к жесткой воде. Он не устойчив к любой воде, если температура воды превышает 240С.
Zn/Al 15
Это оптимальное сочетание цены и антикоррозионной стойкости. Цинк 85% Алюминий 15%. Согласно ISO 22063, для погружения в пресную воду (Im3), в морскую атмосферу (C5-M), в промышленную среду (C5-I; C4) достаточно толщины 150 мкм без верхнего слоя.
Al/Mg5
Использование алюминиевого сплава с 5% магния становится прекрасной альтернативой покрытию хорошими и дорогими красками. Указанный сплав является эффективным покрытием для морских платформ и деталей, находящихся на палубе или погруженных в воду. Согласно ISO 22063, 250 мкм этого покрытия прослужат около 50 лет.
Защитив металлизированную поверхность краской, мы получим срок службы около 50 лет.
При использовании металлизации выше 150 мкм покрытие можно не использовать, так как в противном случае алюминий и цинк естественным образом образуют гидроксидную плёнку, закрывающую поры.
Обычно рекомендуется наносить хотя бы один слой покрытия, чтобы заполнить открытые поры. В некоторых проектах используются 3-4 слоя краски толщиной 3-4 микрона. Типичные примеры:
- Прибрежные (оффшорные модули) (под водой): 1 слой толщиной 20 микрон;
- Прибрежные (оффшорные модули) (над водой): 1 слой толщиной 25 микрон и 1 слой краски 40 микрон;
- Емкости стальные для хранения нефтепродуктов и мосты: первый слой 25 мкм; 2 слоя эпоксидного покрытия 100 мкм; верхнее покрытие 50мкм акрил-полиуретан.
В тексте используется:
Материал Британского института коррозии JK.
Статьи:
- Антикоррозионные металлические покрытия.
- Защита от коррозии в нефтегазовых установках и методы термического напыления.
- Эффективная антикоррозионная защита резервуаров химически активными веществами.
Стандарты, которых необходимо придерживаться при использовании процесса металлизации.
LST EN 22063 Металлические и другие неорганические покрытия. Цинк, алюминий и их сплавы; То же — ИСО 22063.
LST 5493 Защитные покрытия для железных и стальных конструкций. Производство, транспортировка, хранение и монтаж.
DIN 8566 части 1 и 2 по термическому напылению.
ISO 1463 Металлические и оксидно-металлические покрытия. Измерение толщины покрытия. Микроскопический метод.
ISO 2064 Металлические и другие неорганические покрытия. Определения и символы.
ISO 2176 Немагнитные покрытия на магнитных поверхностях. Измерение толщины покрытия. Магнитный метод.
ISO 4624 Краски и лаки. Испытание на прочность и адгезию покрытий.
ISO 8501 1-4 Подготовка стальных поверхностей перед нанесением красок и сопутствующих продуктов. Характеристики шероховатости поверхности. Стальные поверхности после абразивной очистки.
SS 2626 Оборудование для термического напыления. Требования и испытания.