Покрытия для металла: виды, цвета, методы окраски

Металлы обладают уникальными физическими свойствами и являются неотъемлемой частью жизни человека. Трудно найти сферу деятельности, где бы не использовались изделия или конструкции из этих материалов. Однако у большинства металлов и сплавов есть недостаток – они разрушаются под действием факторов окружающей среды. При этом даже точечная коррозия существенным образом влияет на характеристики изделий, снижает срок их эксплуатации, портит внешний вид. Поэтому независимо от того, где и как планируется использовать металлическую продукцию, важно позаботиться о том, чтобы исключить контакт металла с окружающей с средой. Для этого на его поверхность наносят специальные защитные покрытия.

Виды покрытий металла и требования к ним

Все используемые на сегодняшний день защитные покрытия металлов разделяют на две большие группы:

• металлические;
• неметаллические.

Первые представляют собой тонкий слой устойчивого к коррозии металла, который наносится на поверхность изделия. Вторая группа более разнообразна. Это лакокрасочные материалы, полимеры, эмали и другие вещества. 

К разным типам покрытий металла предъявляются специфические требования, которые определяют целесообразность их использования в каждом конкретном случае.  Однако любой защитный материал должен обладать:

• высоким уровнем адгезии с основным металлом;
• хорошей сопротивляемостью агрессивной среде;
• достаточной прочностью к механическим воздействиям;
• устойчивостью к перепадам температур.

Кроме того, покрытие на поверхности металла должно быть сплошным, равномерно распределённым, что особенно важно для обеспечения его долговечности и придания изделию эстетичного вида.

Металлические покрытия

По отношению к основному металлу металл, используемый в качестве защитного покрытия, может быть электроотрицательным (анодное покрытие) или электроположительным (катодное покрытие). В первом случае коррозии подвергается только защитный слой, а находящийся под ним металл не разрушается даже если на покрытии есть микротрещины. Во втором случае металл будет защищён только при условии целостности покрытия. Одной из разновидностей катодной защиты является использование протекторов («жертвенных» анодов) – элементов, выполненных из более активных металлов, чем металл конструкции. Соответственно коррозии подвергается только протектор. Такая защита, особенно в сочетании с покраской, эффективна для металлоконструкций, находящихся в почве или в морской воде. 

Существует несколько методов покрытия металлов другими металлами. Это:

• Гальванизация.  Металл оседает на поверхности изделия в результате электролиза растворов солей.
• Газотермическое напыление. Предварительно расплавленный металл с помощью струи воздуха распыляется по обрабатываемой поверхности.
• Окунание. Изделие погружается в ванну с расплавленным металлом.
• Плакирование. Защитный и основной металлы соединяются между собой термомеханическим способом (горячей прокаткой, сваркой или прессованием). Если горячей прокатке подвергается сталь, то на её поверхности образуются чешуйчатые частицы из оксидов железа – прокатная окалина. Это соединение является одним из самых коррозийностойких покрытий. Но оно очень хрупкое, поэтому не может служить надёжной защитой для металлических изделий и в процессе дальнейшей обработки металла удаляется.
• Термодиффузионный метод. Сцепление защитного и основного металла осуществляется в процессе их совместной диффузии, которая происходит при высокой температуре.

В качестве металлических покрытий чаще всего используют цинк, олово, золото, хром, никель, серебро, алюминий, медь и другие устойчивые к агрессивной среде металлы. Соответственно они будут определять и цвет покрытия.

Лакокрасочные покрытия

Использование лакокрасочных покрытий – грунтовок, эмалей, лаков и красок – это один из самых простых и доступных способов защиты металлов. Чаще всего для этих целей используют краски. Окрашиванию обычно предшествует нанесение грунтовки. Кроме того, что этот лакокрасочный материал защищает изделие от коррозии, он заполняет поры и неровности и улучшает сцепление между красящим составом и металлом. При этом важно предварительно подготовить металлическую поверхность к окрашиванию. Очистить её от загрязнений и ржавчины, выровнять неровности. Это позволит получить качественное равномерное покрытие. 

Немаловажное значение имеет и толщина покрытия краски на металлоконструкции или другой металлической поверхности. Она не должна превышать 10-12 % от толщины металлической основы. Более толстый слой за счёт своего веса обладает плохим сцеплением с поверхностью и увеличивает внутреннее напряжение, что в конечном итоге приводит к деформации покрытия, его растрескиванию и отслаиванию. 

Говоря о том, какими красками красят металлоконструкции и металлические изделия, следует отметить, что всё определяется условиями эксплуатации металлической продукции. Например, технические средства, обычно окрашивают жидкими красками, так как такое покрытие проще восстанавливать в случае повреждения. Если же конструкция предназначена для эксплуатации в особо агрессивных условиях, то выбирают порошковые составы. Они более устойчивы к негативным факторам и долговечны. К тому же расход краски для покрытия металлоконструкций в этом случае значительно меньший. 

Жидкие краски наносят путём распыления или с помощью валиков и кистей. В отдельных случаях применяют метод окунания. Порошковое окрашивание осуществляется электростатическим распылением с последующей полимеризацией в специальных печах. Краска для металлоконструкций кроме основы, в качестве которой могут использоваться акриловые сополимеры, полиуретановые, эпоксидные, силиконовые смолы, содержит и другие важные компоненты – наполнители, отвердители, функциональные добавки, пигменты. Последние определяют цвета покрытий металлов в соответствии с цветовой палитрой RAL, что позволяет выбрать любой оттенок и придать металлическому изделию эстетичный вид.

Полимерные покрытия

Современным и уже довольно популярным методом защиты металлических поверхностей от комплекса негативных факторов является использование полимерных покрытий – полистирола, полипропилена, фторопласта, полиуретана, эпоксидной смолы. Такой вариант отлично подходит для обработки металлоконструкций и металлопрокатной продукции.  Например, покрытие жидким полиуретаном используется для защиты элементов автомобилей, а составы на основе эпоксидных смол – для обработки трубопроводов. Причём эпоксидное покрытие труб не только защищает изделие от коррозии, но и является своеобразным изолятором, препятствуя контакту металла с транспортируемым веществом. 

Полимеры по своей структуре похожи на краски. Основу высокомолекулярных веществ также составляют связующие смолы. Однако пигментов полимерные составы не содержат. Их заменяют твёрдые смазочные вещества, находящиеся в высокодисперсном состоянии. Красящие вещества могут добавляться отдельно, что даёт возможность получать полимерные покрытия в соответствии с системой RAL. 

Полимерные составы представляют собой горячую смолу, которая при застывании образует ровное покрытие необходимой толщины. Нанесение состава осуществляется путём:

• окунания;
• газотермической обработки;
• напыления.

В некоторых случаях полимеры наносят кистью или валиком на металлическую поверхность. В соответствии с требованиями ГОСТ толщина полимерного покрытия металла должна составлять от 70 до 120 мкм. 

Полимерное покрытие повышает износо- и термостойкость металлических деталей и конструкций, придаёт им эстетичный внешний вид, повышает электроизоляционные свойства. 

Силикатные эмали

Данный метод защиты используется для обработки изделий, предназначенных для использования в агрессивных средах. Представляет собой стеклообразную смесь из кремнезёма и других оксидов, которая наплавляется на поверхность металлических изделий, например, стальных труб. Предварительно поверхность очищается, обезжиривается и обрабатывается грунтовкой. После этого наносится эмаль и запекается в специальных печах при температуре 880 - 920°С. Последним этапом является нанесение финишного покрытия. Эмаль обеспечивает надёжную и долговечную защиту. Однако она при сильных механических воздействиях она может растрескиваться.

Критерии выбора покрытий для металлов

Это далеко не полная классификация видов покрытий металлов, используемых в промышленности. В качестве защиты могут использоваться:

• мягкая и твёрдая резина. Этот материал обладает повышенной химической стойкостью и является своеобразным электроизолятором;
• защитные плёнки из оксидов или солей, характеризующиеся высокой устойчивостью к агрессивным химическим средам;
• пасты и смазки, образующие на поверхности металла стойкую плёнку;
• композиционные и многослойные материалы. 

Основным критерием выбора покрытия для металла являются условия эксплуатации металлических деталей или конструкций: рабочий диапазон температур и давления, уровень влажности, степень механических воздействий, контакт с агрессивной средой. 

Только учитывая все вышеперечисленные факторы, можно выбрать оптимальный вариант покрытия, которое надёжно защитит металлическое изделие от коррозии, придаст ему эстетичный вид и в разы увеличит срок эксплуатации.