В противовес кадмию и хрому. Белорусские ученые нашли способ, как повысить стойкость металла к коррозии
- Подписаться на
Белорусские ученые нашли способ, как повысить стойкость металлических деталей к коррозии и износу, снизив при этом опасность для окружающей среды и здоровья людей. Подробности — в материале корреспондента агентства «Минск-Новости».
Два в одном
— Тематикой гальванических покрытий я начал заниматься еще во время учебы в университете, — говорит младший научный сотрудник лаборатории физики плазменных процессов Физико-технического института НАН Беларуси Даниил Зиневич. — Тогда я понял важность таких разработок для машиностроения. В промышленности десятки лет применяют покрытия из одного элемента, например из цинка, хрома или кадмия. Химики периодически возвращаются к совершенствованию свойств таких защит, а мы, физико-технический институт, подошли к проблеме с точки зрения материаловедения. Изучили, как химия состава и режимы обработки влияют на свойства покрытий, систематизировали множество факторов, отметили, как это отражается на итоговом результате. Исследования позволили найти оптимальные режимы и составы, дающие эффект «два в одном» — стойкость к износу и коррозии. Наш вариант (цинк‑никель) в большинстве случаев может заменить применяемые сегодня хромовые, кадмиевые и цинковые покрытия.
По словам собеседника, цинк‑никелевое покрытие в два-пять раз устойчивее к коррозии, чем цинк, — в зависимости от кислотно‑щелочного состояния среды. В равных условиях эксплуатации оно изнашивается почти в восемь раз медленнее, чем цинковое. Стоимость зависит от технологии производства.
Очень токсичные элементы
— Почему возникла необходимость замены технологий с кадмием и хромом?
— В первую очередь из‑за их высокой экологической нагрузки, особенно при утилизации отработанных растворов, — объясняет ученый. — Экологические нормы по хрому строже, чем по цинку, примерно в шесть раз. Работать с хромом опаснее: для осаждения хромового покрытия требуется высокая концентрация раствора — около 300 г/л, тогда как для цинка достаточно примерно 30 г/л. В гальваническом процессе раствор кипит, образуются взвеси, которые попадают в воздух, — необходима мощная вытяжка с надежными фильтрами, чтобы молекулы хрома не попали в атмосферу. После этого отработанный раствор нужно утилизировать. Фильтры пропитываются раствором и превращаются в желе — их нельзя просто выбросить или сжечь из‑за риска вторичных выбросов активных веществ.
По словам Даниила Зиневича, кадмий и хром широко применяют в мировом машиностроении для защиты втулок, штоков и других движущихся деталей. Хромовые покрытия часто используют для снижения трения и увеличения срока службы компонентов. В Беларуси небольшое число предприятий выполняет покрытия из хрома. К сожалению, пока его можно заменить далеко не везде.
Кадмий — крайне токсичный тяжелый металл, поражающий костную ткань, печень и почки. Сроки выведения из организма — от 12 до 38 лет. К основным источникам относятся курение и промышленные выбросы при производстве красок (сульфид кадмия — кадмиевые пигменты), никель-кадмиевых аккумуляторов, при нанесении гальванических покрытий (кадмировании).
Оксид хрома (VI) (хромовый ангидрид) — очень активное химическое соединение, которое может взрываться, соприкасаясь с органическими веществами, или приводить к их возгоранию. Используется для воспламенения топлива в ракетной технике, при хромировании металлических деталей, как сильный окислитель и тому подобное. Ядовит, при высоких концентрациях паров смертельно опасен. При попадании на кожу может вызывать рак, в более легких случаях — экзему, дерматиты, оставляя несмываемые пятна коричневого цвета.
Где использовать?
По словам Даниила Зиневича, в Европе есть спрос на покрытия с двойными свойствами, аналогичные разработанным белорусскими учеными. Так, сплав цинка и никеля применяют для защиты металлических компонентов в Германии: на заводах Audi и BMW его используют для деталей подвески и тормозной системы. Эти узлы испытывают большие нагрузки и быстро нагреваются, поэтому главной задачей было обеспечить термостойкость покрытия. Чисто цинковое покрытие в таких условиях активно отслаивается, а цинк в паре с никелем устойчив при температурах 150–200 °C и продлевает срок службы деталей.
— Технологию для промышленного применения нового покрытия в различных режимах мы уже разработали и получили на нее необходимые сертификаты, — отмечает он. — Ее могут использовать «АМКОДОР», МТЗ, МАЗ, «Волат». С технической точки зрения проблем с внедрением нет: в некоторых случаях достаточно слить старый раствор в емкость, заполнить ее новым и работать дальше. Однако в Беларуси отсутствует государственный стандарт на покрытие «цинк‑никель», который определял бы, где и когда его применять, и с какой толщиной наносить. Это одна из причин, по которой предприятия придерживаются традиционных методов гальваники. Кроме того, информацию о нашей инновации нужно донести до технологов и проектировщиков, разрабатывающих детали и узлы. Надеемся, после введения соответствующего ГОСТа процесс внедрения более безопасной технологии нанесения покрытий в отечественную промышленность пойдет быстрее.
Фото автора и из интернета
