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.
- 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.
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.
- 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.).
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.