2.9.3. Protecţie anticorozivă prin acoperirea suprafeţelor

Acoperirea suprafeţelor metalice este precedată de două operaţii obligatorii: degresarea (eliminarea grăsimilor, uleiurilor) realizată cu solvenţi organici, soluţii alcaline (pH = 11...13) şi  decaparea (eliminarea oxizilor superficiali) realizată cu acizi; în cazul oţelurilor acizii utilizaţi sunt HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, HOOC – COOH (acid oxalic), pentru fonte uneori HF, pentru cupru, acid sulfocromic, HNO₃, HCl, pentru zinc, HNO₃ (apă tare). Pentru a preveni atacul acidului asupra metalului de bază se utilizează inhibitori de decapare (sulfuri, mercaptani, aminoderivaţi, tiouree).

Acoperirea suprafeţelor metalice se poate realiza pe numeroase căi, cu o gamă largă de substanţe.

Acoperirile metalice prin difuzie termică constau în îmbogăţirea, la cald, a suprafeţei metalului de bază cu un metal cu rezistenţă ridicată la coroziune. Elementul de aliere este introdus în stare atomică şi este adsorbit de suprafaţa metalului, cu formare de combinaţii intermetalice sau de soluţii metalice. Aceste tipuri de acoperiri fac parte din gama tratamentelor termochimice şi cele mai des întâlnite sunt amintite în cele ce urmează:

- Cromizarea constă în depunerea cromului prin difuzia termică pe aliaje feroase, cu formarea de soluţii solide Fe-Cr.

- Alitarea constă în depunerea aluminiului prin difuzie pe fonte sau oţeluri. Alitarea se aplică oţelurilor sărace în carbon şi se utilizează ca înlocuitori de oţeluri înalt aliate. Se poate realiza o difuzie simultană a aluminiului şi cromului în oţeluri, la temperaturi de 1250...1350°C.

- Sheradizarea reprezintă procesul de difuzie a zincului în fonte sau oţeluri;

- Titanizarea reprezintă procesul de îmbogăţire a suprafeţei oţelurilor în titan.

Tot prin difuzie la cald se pot introduce şi elemente nemetalice, cunoscându-se două tratamente termochimice uzuale:

- Nitrurarea, procedeu care constă în realizarea unui strat subţire de nitruri metalice şi  poate înlocui tratamentele electrolitice ca zincarea, nichelarea sau cromarea. Tratamentul se aplică oţelurilor şi aliajelor de titan.

- Silicizarea se aplică oţelurilor cu conţinut scăzut de carbon deoarece efectul anticoroziv este însoţit de fragilizarea materialului (care este accentuată de un conţinut ridicat de carbon).

Din punct de vedere tehnologic, obţinerea de straturi protectoare prin difuzie se realizează cu pulberi fine ale elementului de aliere (cât mai pur) în medii lichide de săruri topite sau în medii gazoase, prin împachetare, la cald.

Acoperirile prin metalizare reprezintă un procedeu termomecanic de acoperire a unei suprafeţe metalice cu un alt metal. Metalizarea se realizează prin pulverizarea (cu ajutorul unui fluid sub presiune) a unui metal topit pe suprafaţa de protejat, mai rece. Aducerea metalului în stare topită se poate realiza prin topire în arc electric sau topire în plasmă.

Pentru a preveni fenomenele secundare nedorite (şi rapide la temperatura de lucru) se lucrează în atmosferă inertă (argon). Metalele utilizate pentru acoperiri sunt: Zn, Pb, Al, Sn, Cu şi aliajele sale, Mo, Ni, oţeluri inox. Prin depunerea concomitentă a două sau a mai multor metale se obţin acoperiri compozite cu utilizări specifice. Prin aceeaşi tehnologie se pot realiza şi alte acoperiri: cu bor (pentru instalaţiile nucleare), cu fier (acoperiri magnetice), cu magneziu (protecţie anticorozivă), cu hafniu (tehnologii nucleare), cu tantal (materiale cu rezistenţă la temperaturi ridicate), cu zirconiu.

Legătura dintre suport şi materialul de acoperire este chimică şi/sau mecanică ceea ce determină acoperiri etanşe, de grosimi variabile.

Acoperirile metalice prin imersie la cald sunt cunoscute din secolul XIX. O suprafaţă metalică poate fi acoperită cu un alt metal prin imersie la cald numai dacă între cele două metale se poate realiza un aliaj. Dintre elementele uzuale, zincul şi aluminiul formează cel mai uşor cu fierul (cu oţelurile) aliaje şi combinaţii intermetalice, mai greu staniul iar plumbul numai în prezenţa staniului. Cel mai des se practică acoperirea prin imersie la cald a oţelurilor în zinc topit.

Acoperiri metalice prin placare. Placarea reprezintă acoperirea metalului suport cu un metal mai rezistent la coroziune. Tehnologic, placarea se poate realiza prin presare (la cald şi presiune), laminare, topire sau sudură. O placare eficientă se realizează dacă cele două metale difuzează reciproc la interfaţă sau când au o rugozitate care permite o aderenţă reciprocă la presare. Placarea prin presare se aplică în special la acoperiri cu folie subţire de aur iar placarea prin laminare, topire sau sudură se aplică pentru straturi subţiri de aluminiu, plumb, oţeluri inox, cupru, alamă. Se obţin structuri cu rezistenţă anticorozivă ridicată (fără pori) şi cu rezistenţă bună la uzură.

Acoperiri metalice prin galvanizare au fost prezentate în Paragraful 2.2.

Acoperiri protectoare cu pelicule de oxizi  se pot realiza pe cale chimică (brunarea fierului) sau electrochimică (eloxarea aluminiului).

- Brunarea constă în obţinerea unei pelicule de Fe3O4 pe un suport  de aliaj feros, la cald (240°C), pe cale uscată, sau pe cale umedă în soluţii care conţin H₃PO₄ şi oxidanţi, când se formează pelicule foarte subţiri (3μm) cu rezistenţă mai scăzută la coroziune.

- Eloxarea aluminiului se realizează în scop protector şi decorativ. Pelicula obţinută pe cale electrolitică are grosime de câţiva microni şi proprietăţi fizico - chimice şi anticorozive foarte bune.

Acoperirea cu pelicule superficiale de oxizi în scopuri de protecţie se poate realiza şi pe alte metale: magneziu, cupru, zinc, cadmiu, argint şi aliajele lor.

Acoperiri cu pelicule de fosfaţi (fosfatarea) constă în acoperirea materialului de protejat cu straturi subţiri, protectoare de fosfaţi stabili, greu solubili. Funcţie de structura peliculei rezultate, fosfatarea poate fi cristalină sau amorfă. Fosfatarea cristalină este un tratament final sau intermediar putând fi urmată de operaţii mecanice iar fosfatarea amorfă este un tratament preliminar vopsirii. Fosfatarea se aplică aliajelor feroase, aluminiului, zincului. Ea poate decurge pe două căi:

- Fosfatarea chimică necesită un compus agresiv care prin atacul suprafeţei generează ioni metalici, un compus care să furnizeze ioni fosfat, unul sau mai mulţi compuşi care să precipite cu cationii metalului de bază ca fosfaţi micşti şi acceleratori, de obicei oxidanţi.

- Fosfatarea electrochimică se execută în curent alternativ, într-o soluţie de electrolit de fosfatare.

Acoperiri protectoare cu email asigură o protecţie anticorozivă foarte eficace chiar şi în medii agresive, fiind mult utilizate în construcţia de utilaje pentru industria chimică (reactoare, autoclave, cisterne, coloane de distilare). Emailul este o combinaţie de natură anorganică (pe bază de silicaţi), sticloasă, aderentă. Pentru a exista o compatibilitate între email şi oţel, acesta trebuie să aibă un conţinut scăzut de carbon şi să conţină titan (4...5%). Procesul de emailare implică crearea unui strat de bază (grund pe bază de CaO şi NiO) şi a unui strat de acoperire. Emailurile obişnuite sunt rezistente la acţiunea oricărui acid (excepţie făcând HF); rezistenţa lor scade cu temperatura şi - fără excepţie - soluţiile diluate de acizi s-au dovedit mai agresive decât cele concentrate, la temperaturi de 80...100°C sau peste. Situaţia este similară în medii alcaline. Pentru utilaje care funcţionează la temperaturi ridicate se utilizează emailuri speciale cu adaosuri refractare (Cr₂O₃, SiO₂, CaO etc.).

Acoperiri protectoare cu materiale peliculogene. Cele mai vechi şi bine cunoscute peliculogene utilizate ca protecţie anticorozivă sunt lacurile şi vopselele. Din punct de vedere chimic acestea sunt suspensii de pigmenţi anorganici şi organici, naturali sau sintetici şi diferite materiale de umplutură într-un liant al cărui component principal este o substanţă peliculogenă (ulei vegetal, ulei sicativ, răşină naturală sau sintetică). Clasificarea lor se face după mai multe criterii:

Din punctul de vedere al protecţiei, vopselele pot fi active (conţin numai pigmenţi capabili să inhibe coroziunea) şi pasive (realizează numai izolarea suprafeţei metalice, ecranarea).

Calitatea unei protecţii oferite de acoperiri cu materiale peliculogene depinde de câţiva factori: gradul de curăţire a suprafeţei metalice, aderenţa peliculei (depinzând de umiditatea absorbită), porozitatea, elasticitatea şi duritatea acesteia. Prin alegerea lor judicioasă, se pot realiza acoperiri în mai multe straturi, care au rezistenţă la coroziune superioară acoperirilor metalice sau chimice precum şi calităţi estetice remarcabile. Majoritatea vopselelor utilizate astăzi se bazează pe răşini sintetice: răşini alchidice, fenolice, epoxidice, poliuretanice, dispersii vinilice, dispersii pe bază de clorcauciuc

Materiale naturale ca bitumurile şi asfalturile se utilizează ca lac asfaltic sau emulsii, realizând acoperiri cu bună rezistenţă faţă de apă, alcool metilic, alcool etilic, glicoli, gaze corozive (H₂S, SO₂).

Pe lângă materialele plastice enumerate, se pot realiza acoperiri cu cauciuc (dur sau semidur) pentru rezervoare, recipienţi, conducte ce vin în contact cu esteri şi alcooli.