Zabezpieczenie stali od rdzy. Powłoki metalowe. Emalie. Powłoki z farb olejnych. Łączenie elementów stalowych. Nitowanie, łączenie śrubami. Spawanie, zgrzewanie.

1. Zabezpieczenie stali od rdzy

Korozja jest to stopniowe niszczenie tworzyw metalowych i niemetalowych pod wpływem chemicznego i elektrochemicznego oddziaływania środowiska w wyniku, którego zmieniają się stan i właściwości niszczonego tworzywa.

Rdza – krucha, porowata warstwa głównie uwodnionego tlenku żelaza tworząca się na wyrobach żelaznych pod wpływem wilgotnego powietrza.


Ochrona metali przed korozją:
W zależności od rodzaju korozji i charakteru chemicznego czynników korozyjnych istnieje wiele sposobów zapobiegania lub zmniejszania skutków korozji:
1. Dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska agresywnego.
2. Zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w środowisku alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal, klej lub białko.
3. Ochrona katodowa. Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor) ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony.
4. Powłoki ochronne.
Powłoka ochronna - warstwa materiału nałożona na powierzchnię części metalowej lub niemetalowej w celu zabezpieczenia jej przed korozją lub uszkodzeniami Powłoka metalowa powłoka z metalu na powierzchni chronionego tworzywa; w zależności od sposobu nakładania powłoki rozróżnia się powłoki: elektrolityczne, metalizacyjne, platerowe, kontaktowe.
Powłoka tlenkowa - powłoka wytworzona w sposób naturalny lub sztuczny na metalu lub stopie, w skład której wchodzą tlenki metali podłoża
Powłoka malarska - powłoka wytworzona wskutek zestalania się ciekłego powłoko twórczego materiału malarskiego (farby olejnej,1akieru itp.), rozprowadzonego na powierzchni pokrywanego materiału (np. metalu) w postaci przylegającej do niej warstewki.
Powłoka anodowa - powłoka z metalu, który w określonym środowisku korozyjnym jest mniej szlachetny niż metal podłoża, a więc jego potencjał elektrochemiczny jest bardziej ujemny niż potencjał chronionego metalu. Powłoka chroni metal podłoża nie tylko w sposób mechaniczny,1ecz i elektrochemiczny.
Powłoka katodowa - powłoka z metalu, który w określonym środowisku korozyjnym jest bardziej szlachetny niż chroniony metal, a więc wykazuje potencjał elektrodowy bardziej dodatni niż potencjał chronionego metalu. Powłoka chroni metal tylko mechanicznie i zapewnia ochronę tylko wówczas, gdy jest całkowicie szczelna.
Powłoka chemiczna - powłoka z metalu lub stopu wytworzona w wyniku redukcji chemicznej, najczęściej stosowanym reduktorem jest podfosforyn sodowy, a najczęściej osadzaną powłoką jest powłoka niklowa.
Powłoka galwaniczna - powłoka elektrolityczna z metalu lub stopu nałożona na inny metal lub stop, powstająca w wyniku redukcji prądem elektrycznym (na katodzie) jonów metali do metalu
Powłoka konwersyjna - powłoka niemetalowa wytworzona na powierzchni metalu w wyniku obróbki chemicznej,1ub elektrochemicznej, stanowiąca dodatkową warstewkę, w skład której wchodzą związki metalu Takimi powłokami są np.: powłoki chromianowe na cynku, kadmie, srebrze, powłoki tlenkowe na stali.
Powłoka ceramiczna - powłoka z materiału ceramicznego. Powłokę uzyskuje się przez nałożenie sproszkowanego szkliwa na wytrawioną lub w inny sposób przygotowaną powierzchnię metalu a następnie ogrzanie tego metalu w piecu do takiej temperatury, w której szkliwo mięknie i wiąże się z podłożem.


Zabiegi ochronne przed korozją

Ochrona anodowa
Ochrona katodowa
Ochrona protektorowa
Ochrona chemiczna metali
Natryskiwanie - proces powlekania powierzchni różnych elementów, polegający na rozpyleniu drobnych cząstek materiałów powłokowych.
Natryskiwanie płomieniowe
Natryskiwanie bezpłomieniowe
Natryskiwanie elektrostatyczne
Metalizowanie - wytwarzanie powłok metalowych na elementach metalowych lub niemetalowych.
Metalizowanie elektrolityczne
Metalizowanie natryskowe
Metalizowanie próżniowe
Metalizowanie kontaktowe
Metalizowanie ogniowe
Metalizowanie dyfuzyjne
Platerowanie - nakładanie powłok metalowych przez dociśnięcie ich do metalu podłoża w podwyższonej temperaturze (najczęściej przez nawalcowanie).
Fosforanowanie
Aluminiowanie
Kadmowanie
Krzemowanie
Miedziowanie
Mosiądzowanie
Niklowanie
Ołowiowanie


2. Powłoki metalowe


Powłoki metalowe dzielimy na dwie grupy: powłoki anodowe i katodowe.

Powłoki anodowe są wykonane z metali o bardziej ujemnym potencjale elektrochemicznym (mniej szlachetnych) niż metal chroniony. Pokrywanie metali powłokami anodowymi zapewnia chronionemu metalowi ochronę katodową, gdyż powłoka z metalu mniej szlachetnego działa w charakterze anody jako protektor. Jako przykład powłok anodowych można wymienić cynk i kadm. Najważniejszym, praktycznym zastosowaniem powłok anodowych jest pokrywanie stali powłoką cynkową (blachy ocynkowane). W przypadku pokrywania powierzchni stalowych cynkiem w razie pojawienia się rysy lub szczeliny tworzy się ogniwo w którym katodą jest żelazo zaś anodą cynk. W tej sytuacji do roztworu przechodzą jony cynku a nie jony żelaza. Tak więc w przypadku pokrywania metali powłokami anodowymi, powłoka pokrywająca nie musi być idealnie szczelna.

Powłoki katodowe są wykonane z metali bardziej szlachetnych niż metal chroniony. Przykładem powłok katodowych są np. powłoki z miedzi, niklu, chromu, cyny lub srebra. Powłoka katodowa jest skuteczna tylko wówczas, kiedy cała powierzchnia stalowa jest nią szczelnie pokryta. Po utworzeniu szczeliny powstaje mikroogniwo, w którym żelazo jest anodą i ono ulega rozpuszczeniu, co przyspiesza korozję, a metal szlachetny staje się katodą ogniwa. W rezultacie uszkodzenia powłoki katodowej szybkość korozji w miejscu uszkodzenia jest większa niż w przypadku braku powłoki katodowej.
Metaliczne powłoki ochronne mogą być nakładane przez: zanurzenie w ciekłym metalu, platerowanie (zwalcowanie na gorąco), natryskiwanie roztopionego metalu na powierzchnię chronioną i elektrolizę.



3.Farby, Lakiery i Emalie

Farby, lakiery i emalie sluza do pokrywania powłokami ochronnymi przedmiotow i konstrukcji zarówno przemysłowych, jak i o charakterze użytkowym. Pokrywanie powierzchni powłokami malarskimi ma za zadanie przede wszystkim ochronę malowanej powierzchni przed niszczącym działaniem czynników zewnętrznych np.atmosferycznych, a także nadanie powierzchni zabarwienia i gładkości.

Lakierami nazywa się substancje ciekłe lub roztwory substancji stałych, posiadające własność tworzenia przezroczystej powłoki w postaci cienkiej i twardej błony, przylegającej do malowanego podłoża.
Farby i emalie są to mieszaniny tzw. pokostów lub lakierów z pigmentami odpowiednio rozcieńczone, tak aby nadawały się do rozprowadzenia cienką warstwa na malowanej powierzchni, wykazywały własność zasychania oraz tworzenia cienkiej, twardej i jednocześnie elastycznej powłoki. W farbach i emaliach pigmenty nadają powłoce barwę. Natomiast pokosty i lakiery są to substancje wiążące pigment z malowanym podłożem.

Do niemetalicznych powłok ochronnych zalicza się również emalie szkliste, które wyróżniają się dobrą odpornością na działanie alkaliów, kwasów a także na działanie rozpuszczalników organicznych i na działanie podwyższonych temperatur.
Zadaniem powłok niemetalicznych jest izolowanie powierzchni metalu od dostępu tlenu i wilgoci. Używane w tym celu farby i lakiery oprócz ochrony przed korozją służą zarazem do dekoracji powierzchni.

Malowanie-zabezpiecza duże obiekty, powinno być powtarzane, jeśli powierzchnia farby popęka


Rozróznia się farby i emalie olejowe i bezolejowe

Olejowe dzielą sie na :
 farby olejowe – zawierające pokost ilub surowy olej lniany i stosowany do pokrywania powierzchni zewnętrznych; są to farby przeciwrdzewne, wagonowe, okrętowe
 emali chude – zawierające lakier z domieszką oleju i stosowane są do malowania sprzętów kuchennych, łazienek, pralni itp.
 emalie półtłuste – zwierające lakier kopalowy lub inny żywiczny; stosuje się do malowania powierzchni wewnętrznych, mebli kuchennych, podłóg itp.
 emalie tłuste – czyli emalie zawierające środek wiążący w postaci pokostu z olejem zagęszczonym lub sam olej zagęszczony; używane SA one do malowania wagonów, samochodów, rowerów, blach wytłaczanych itp.



4. Łączenie elementów stalowych

stal – stop żelaza zawierający do 2,14% węgla.

Poszczególne elementy konstrukcji stalowych łączy się ze sobą za pomocą sworzni, śrub, nitów, spawania i klejenia.

Za pomocą sworzni łączy się przeguby w belkach ciągłych, pomosty w mostach łukowych z jazdą dołem, ogniwa łańcuchów w mostach wiszących itp. Sworznie wykonuje się w kształcie wałków, bardzo dokładnie dopasowanych do elementów łączonych.

Łączenie srubami stosuje się w pewnych szczególnych przypadkach, np. przy łączeniu elementów żeliwnych lub konstrukcji z fundamentami, w mostach tymczasowych oraz tam, gdzie nitowanie napotyka na trudności. Sruby stosowane w konstrukcjach stalowych mają prawie wyłącznie gwint trójkątny, ostry. Śruby poddawane wstępnemu napięciu (tzw. sprężone) wyrabia się ze stali o wysokiej jakości i po założeniu w konstrukcjach napina (napręża) przez dokręcanie ręcznie lub mechanicznie.



Łączenie nitami jest bardzo szeroko stosowane. Jest to sposób łączenia blach lub blach z kształtownikami za pomocą nitów — krótkich, metalowych prętów lub tulejek zakończonych z jednej strony łbami; wiercenie otworów, wkładanie w nie nitów i rozklepywanie ich drugiego końca (zamykanie na zimno lub na gorąco) do utworzenia drugiego łba, tzw. zakuwki
Największa grubość części nitowanych nie powinna przekraczac 4,5 d ( d- średnica nitu), przy większych grubościach należy stosowac sruby zbieżne.nity mogą być scinane w jednym, w dwóch albo w wielu przekrojach i nazywaja sie odpowiednio nitami jednocietymi, dwucietymi, wielociętymi. Przy łączeniu elementow rozstawia sie nity szeregowo lub w szachownice.

Do klejenia konstrukcji stalowych używa sie przede wszystkim żywic sztucznych w tym zakresie prowadzone są liczne próby i doświadczenia . Pierwszy most całkowicie klejony zbudowano w 1958 r.


7. Spawanie i zgrzewanie

Spawanie i zgrzewanie to łączenie ze sobą kawałków metalu za pomocą obróbki cieplnej. Powierzchnie metali rozgrzewa się tak, że ulegają nadtopieniu, po czym łączy się je ze sobą. Po usunięciu źródła ciepła metale stygną i zespalają się, trwale połączone. Jeśli dwa kawałki metalu tylko łączymy ze sobą, to taki proces nazywamy spawaniem, jeśli natomiast rozgrzane kawałki metalu ściskamy, to wtedy mamy do czynienia ze zgrzewaniem. Podczas spawania możemy również nakładać dodatkową warstwę metalu –spoiwa, lecz nie zawsze jest to konieczne.

Spawanie gazowe
W technologii spawania gazowego do rozgrzewania łącznych elementów wykorzystuje się ciepło płomienia powstałego wskutek spalania mieszanki acetylenu lub propanu z tlenem. Gaz spawalniczy i tlen są podawane do palnika z osobnych butli ciśnieniowych. Temperatura płomienia spalanej mieszanki przekracza 3000 stopni C, co w zupełności wystarcza, aby stopić stal i wiele innych materiałów. Podczas spawania w płomieniu rozgrzewa się też specjalny drut, który topiąc się, pokrywa spoinę, dodatkowo ją wzmacniając.


Spawanie łukowe
Jeśli ciepło wytwarzane jest w łuku elektrycznym powstałym pomiędzy elektrodą a łączonymi częściami, to mamy do czynienia ze spawaniem łukowym. Łuk taki jest wyładowaniem elektrycznym w gazie. Energia wyzwalana podczas wyładowania powoduje ogrzewanie gazu w obszarze łuku, a co za tym idzie jego rozrzedzenie. W efekcie gaz wędruje ku górze, co powoduje wyginanie obszaru wyładowania również ku górze, w formie łuku,. Zwykle podczas spawania łączone metale tworzą anodę i połączone są dodatnim biegunem zasilania. Katodą, źródłem elektronów, jest elektroda spawarki. Energia łuku jest generowana przepływem strumienia elektronów o dużej gęstości pomiędzy katodą a anodą, a temperatura gazu w łuku może osiągnąć nawet 20000 stopni C, choć zwykle wynosi 5000-6000 stopni C.

Spawanie w osłonie gazów obojętnych
Spawanie w osłonie gazów obojętnych jest znacznie wygodniejsze niż spawanie łukowe. Zamiast krótkiej elektrody druciano-topnikowej wykorzystuje się elektrodę wykonaną z samego tylko drutu, który jest podawany w sposób ciągły ze szpuli. Drut przechodzi przez uchwyt skonstruowany w ten sposób, że dookoła niego jest nadmuchiwany obojętny gaz z butli.

Gaz ten ma chronić spoinę przed utlenianiem się w atmosferze. Drut, połączony z dodatnim biegunem agregatu, jest tutaj anodą, dlatego podczas wyładowania większość energii jest przenoszona właśnie na drut, powodując jego gwałtowne topnienie i przenoszenie metalu w obszar powstającej spoiny. Mechanizm tego procesu zależy od natężenia prądu w łuku. Dla natężenia powyżej 30 amperów kropelki gorącego metalu są rozpędzane przez znaczne siły w kierunku spawanych części. Są to oddziaływania znacznie silniejsze od grawitacji i dlatego spawać można w dowolnej pozycji.

Spawanie wiązką lasera
Specjalne sprawy można wykonywać za pomocą lasera rubinowego. Laser taki wysyła impulsy czerwonego światła. Moc szczytowa w impulsie może wynosić nawet dziesiątki megawatów, impulsy są jednak niezmiernie krótkie. Lasery tego typu wykorzystuje się do precyzyjnego spawania miniaturowych elementów. W takich wypadkach całkowita moc urządzenia jest niewielka. Laser umożliwia także spawanie elementów znajdujących się wewnątrz aparatury próżniowej, promień przechodzi wówczas przez szklaną ściankę komory. Spawanie takie jest stosunkowo proste, gdy laser emituje światło widzialne. W takich zastosowaniach laser rubinowy został prawie całkowicie zastąpiony przez mniejszy i sprawniejszy, bazujący na materiale o nazwie NdYAG



Zgrzewanie
Zgrzewaniem nazywamy techniki łączenia materiałów, za pomocą działania temperatury i ciśnienia. Podczas zgrzewania ciernego zgrzewane elementy trą o siebie, wytwarzając przy tym znaczną temperaturę, konieczną do trwałego ich złączenia. W ten sposób łączy się rury i wałki. Zgrzewanie wybuchowe jest podobne, lecz przebiega gwałtowniej. Tu wysoka temperatura jest wytwarzana również dzięki zamianie energii mechanicznej na cieplną, np. wskutek uderzenia ciężkiego młota. Przy kuciu natomiast młot uderza w nagrzany do czerwoności zmiękczony metal –jest to tradycyjna technika używana przez kowali.
Zgrzewanie jest stosowane także do łączenia tworzyw sztucznych. W tym wypadku można, celem miejscowego rozgrzania łączonych części, używać ultradźwięków. Jednak najważniejszą spośród wszystkich technik zgrzewalniczych niewątpliwie pozostaje zgrzewanie oporowe.

Zgrzewanie oporowe
Ciepło potrzebne do rozgrzania zgrzewanych elementów jest w tym wypadku wytwarzane przez przepływający przez nie prą elektryczny o stosunkowo dużym natężeniu. Pręty używane jako elektrody, przez które przepływa prąd, nagrzewają się wyłącznie w obszarze styku ze zgrzewanymi elementami. Podczas zgrzewania nie używa się dodatkowego metalu jako spoiwa, niepotrzebny jest także topnik ani gaz ochronny. Lecz z drugiej strony zasilacze muszą być w stanie zapewniać impulsowy przepływ prądu o natężeniu, sięgającym nawet 50 tysięcy amperów .