Металлы и их сплавы, бетонные смеси, лаки и краски

Металлы и их сплавы — главные конструкционные материалы современной цивилизации. Их ценят за высокую прочность, однородность и непроницаемость для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах. Металлы используются в качестве проводников электричества (медь, алюминий) и в качестве ма­териалов с повышенным сопротивлением для изготовления резисторов и электронагревательных элементов (нихром). Рабочая часть инструментов также делается из металлов, в основном это инструментальные стали и твердые сплавы. Самые популяр­ные сплавы — сталь, алюминий, чугун, медь. Инструментальная углеродистая сталь используется для создания инструментов для работы по дереву (топоров, колунов, стамесок, долог); пневматических инструментов небольших размеров (зубил, бойков, кузнечных штампов); игольной проволоки; слесарно-монтажных инструментов (молотков, кувалд, бородок, отверток). Инстру­ментальные легированные стали используются для изготовления режущих, сверлильных, измерительных и других инструментов.

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали применяются для изготовления, ножей, вилок и других столовых и кухонных приборов, посуды и металлической галантереи. Нержавеющие стали отличаются устойчивостью к действию пищевых кислот, поваренной соли, не нарушают вкус и цвет пищи.

Чаще всего применяются сплавы, которые состоят из основного элемента и различных добавок. Это улучшает свойства металла и повышает качество изделий. Например, чугун с добавлением кремния часто используется при изготовлении трубо­проводной арматуры. Такой материал продлевает эксплуатационный срок изделий, а любое повреждение (например, трещину) можно быстро заделать с помощью сварочного аппарата. Металлохозяйственные изделия (посуда, корпуса замков, колунов) вырабатывают из серого чугуна методом литья в формы.

Алюминиевые сплавы легко свариваются и шлифуются на специальных станках. Кроме того, они безвредны для пищевых продуктов. Деформируемые неупрочняемые сплавы алюминия в основном применяются для производства посуды, баков сти­ральных машин. Алюминиевые литейные сплавы используются для изготовления корпусов мясорубок, соковыжималок, деталей ножей, столовых и оконных приборов, инструментов, а также отдельных узлов бытовых машин.

Из деформируемых латуней делают посуду, самовары, духовые музыкальные инструменты, галантерейные изделия. Также их используют для изготовления подшипников, втулок, шестерен.

Бронзы бывают оловянные и безоловянные. Оловянные бронзы, у которых основным легирующим элементом является оло­во, применяются для отливки художественных изделий (корпусов настольных часов, подсвечников, бюстов).

Легкоплавкие металлы, имеющие температуру плавления ниже 500 °С (цинк, свиней, кадмий, олово, галлий) широко приме­няются в электро- и радиотехнике. Их используют в качестве антикоррозионных покрытий проводниковых материалов, вводят в состав антифрикционных сплавов. Свинец применяют для изготовления подшипниковых сплавов, в плавких предохраните­лях, мягких припоях, аккумуляторах и кабельных оболочках. Олово используют в качестве защитного покрытия стали (луже­ние), оно входит в состав мягких припоев. Цинк применяют в качестве антикоррозионного покрытия стальных изделий, он входит в состав латуней.

Отделывают металлические изделия травлением, шлифовкой, полировкой, а также нанесением металлических (оцинковка, никелирование, хромирование) или неметаллических (лакирование, окрашивание, эмалирование стекловидными эмалями, оксидирование)покрытий. Изделия из медно-никелевых сплавов (мельхиор и нейзильбер) — ножи, столовые приборы, посу­да — облагораживают серебрением, золочением, чернением, чеканкой.

Недостаток металла в том, что он подвержен коррозии —физико-химическому или химическому взаимодействию между металлом и средой, приводящему к ухудшению его функциональных свойств. Чаще всего эго окисление, которому подвержено, например, железо. Алюминий при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлом оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислоро­дом воздуха. Коррозии подвергаются и некоторые малоактивные материалы. Во влажном воздухе поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной). Коррозия приводит к огромным потерям материалов - ежегодно почти полностью разрушается около 10% производимого железа.

Для противостояния атмосферной коррозии на стальные изделия наносятся тонкие покрытия из других, более устойчи­вых металлов. Часто используются покрытия из хрома и ни­келя. Поскольку хром нередко покрывается трещинами, его обычно наносят поверх менее декоративного никеля. Также для замедления коррозии на поверхность металла наносят лаки и краски, минеральные масла и смазку. Чтобы лакокра­сочное покрытие было более надежным, поверхность тща­тельно очищают от грязи и продуктов коррозии и подвергают специальной обработке. Для стальных изделий используют так называемые преобразователи ржавчины, содержащие ор­тофосфорную кислоту (НЗ Р04) и ее соли. Они растворяют остатки оксидов и формируют плотную и прочную пленку фосфатов, которая способна на некоторое время защитить поверхность изделия. Затем металл покрывают грунтовочным слоем, который должен хорошо ложиться и обладать защит­ными свойствами (обычно используют свинцовый сурик или хромат цинка). Только после этого можно наносить лак или краску.

Бетонные смеси. Бетонные смеси применимы не только в строительстве. С их помощью можно создавать садовую и домашнюю мебель, скульптуры и даже элементы комнатного декора.

Бетонную смесь получают после тщательного перемешива­ния вяжущего вещества, мелкого и крупного заполнителей, воды и необходимых добавок. До затвердевания смесь на­ходится в пластичном состоянии, что позволяет формовать из нее изделия любой конфигурации. Все бетонные смеси требуют точного соблюдения пропорций и порядка внесения компонентов.

Качество приготовленной бетонной смеси можно опреде­лить по ее внешнему виду. Хорошо перемешанная и правиль­но подобранная смесь будет однородной, а зерна крупного заполнителя покрыты раствором, т.е. смесью цемента, песка и воды. Смесь не должна расслаиваться. Если она будет жест­кой и похожей на влажную землю, то будет плохо уплотнять штыкованием. Необходимо к бетонной смеси добавить одно­временно цемент и воду, тогда подвижность бетонной массы увеличится. Если при этом не изменить водоцементное отно­шение (отношение массы воды к массе цемента), то прочность бетона не изменится. Таким образом можно добиться нужной подвижности бетонной смеси при заданной прочности бетона.

Для визуальной оценки качества пластичных смесей приме­няют пробу «на лопату». Ударяют плашмя лопатой по бетонной смеси и смотрят на оставленный след. Если после удара проме­жутки между крупными частицами не заполняются раствором, то его недостаточно. При укладке такой смеси возможно об­разование раковин. Если след от лопаты оказывается слишком глубоким, то это означает, что в смеси избыток раствора. Это приводит к излишней пористости бетона.

Лаки и краски. Лакокрасочные материалы бывают жидкими и пастообраз­ными. Когда их наносят на поверхность изделия, образуется пленка, которая защищает его и придает ему декоративный вид. Выбирая лакокрасочные материалы, обращайте внима­ние на состав. Недостатком синтетических материалов явля­ется их токсичность, которая может проявиться даже спустя десятилетия. Подумайте, не целесообразнее ли использовать краску на растительной или минеральной, а не на синтетиче­ской основе.

Важнейшей составной частью любого покрытия является вещество, которое образует поверхностную пленку — твер­дый или вязкотекучий компонент, который смешивается с рас­творителем, образуя жидкие или высокодисперсные лакокра­сочные материалы. После нанесения покрытия растворитель испаряется, образуя прочную поверхностную пленку. Мате­риалы, состоящие из пленкообразующего вещества и раство­рителя, как правило, либо бесцветные и прозрачные, либо молочно-белые. Чтобы получить цветные покрытия, в них до­бавляют различные пигменты.

Большинство современных материалов в качестве свя­зующих содержат синтетические смолы, которые образуют прозрачные, твердые и эластичные покрытия с большой со­противляемостью к загрязнениям, химикатам, погодным ус­ловиям. Смолы быстро высыхают и легко поддаются обработ­ке. Синтетические смолы являются основой многих красок.

Материалы на основе синтетической смолы, растворите­лем в которых служит вода, называют дисперсионными или водными. Дисперсионные лаки с высоким содержанием растворителя опасны для окружающей среды и здоровья человека. В то же время они являются дезин­фицирующими средствами и защищают от воздействия грибков и бактерий. Изго­товители используют эти лаки в качестве консервантов.

Природным связующим материалом для производства лакокрасочных мате­риалов является льняное масло. Моле­кулы льняного масла примерно в 50 раз меньше молекул синтетических смол и в 10 раз меньше самых плотных пор дерева. Именно благодаря этому краски из чистого (без добавок смол, отвердителей и т. п.) льняного масла значитель­но превосходят синтетические краски по эластичности и схватыванию. Такие покрытия медленнее сохнут, зато они гораздо качественнее. Стоит также учесть, что покрытия на основе льня­ного масла не сохнут в темноте и при отсутствии воздуха.

Недостаток масляных красок в мед­ленном (по сравнению с лаками на смо­листой основе) высыхании и возможном образовании полос при слишком боль­шой концентрации пигмента. Из негу­стых масел, смоляных растворов или масляно-смоляных смесей с добавлением сиккативов (катализаторов, ускоряющих высыхание), изготавливают олифу — ма­териал для бесцветного покрытия. Благо­даря сиккативам олифа высыхает быстро, но если в ней содержится сера, этот про­цесс может длиться до 24 часов. Зато чем медленнее протекает высыхание, тем луч­ше и дольше держится красочный слой.

Масляный лак получают смеши­ванием различных смолистых веществ с маслом. Он плот­нее закрывает или даже полностью закупоривает поверхность, тем са­мым ухудшая диффу­зионную способность материала. Масляный лак более глянцевый, чем матовая масля­ная краска. Однако он хрупок и скло­нен к образованию трещин.

Для окраски древеси­ны часто используют мо­рение. Раствор красителя проникает в верхние слои дерева и в результате химиче­ской реакции, которая зависит от вида древесины и направления волокон, придает дереву более темный оттенок. Морение можно применять только для необработанной древесины.

К особой группе лаков и лаковых красок на основе синтетических смол у которых образование и отвердение пленки является результатом химиче­ских реакций, относятся реактивные покрытия. Это полиуретановые и по­лимерные лаки, лаки на основе эпок­сидной смолы. Они обладают большой устойчивостью к механическим и хи­мическим воздействиям, поэтому при­меняются в случаях повышенной на­грузки (паркетные полы, деревянные лестницы). Для реактивных покрытий используют двухкомпонентные (осно­ва — лак с пигментом и отвердитель) или одно компонентные лаки.

Наиболее экологически чистыми материалами для покрытия дере­вянных поверхностей в жилом про­странстве являются натуральные про­дукты из пчелиного воска, древесной смолы и растительных масел — воск и бальзам. Они позволяют дереву «дышать», препятствуют появлению статического электричества. Также они водостойкие, невосприимчивые к загрязнениям и удобные в приме­нении.

Выбирая краски для дерева, обратите внимание на следующие факторы:
порода древесины;
условия эксплуатации деревянных конструкций (например, повышенная влажность);
способы предварительной обра­ботки деревянных деталей перед мон­тажом;
возможность повторной обработки;
совместимость краски с предыду­щими покрытиями.

Для антисептической зашиты де­рева используются специаль­ные пропитывающие соста­вы (антисептики). Они препятствуют образова­нию и распространению плесени и грибков, а также заражению древесины деревопо­ражающими насеко­мыми. Для зашиты дерева от огня также существуют специ­альные составы. Они могут входить в со­став красок или ис­пользоваться отдельно.

Подготовка дерева к окрашиванию включа­ет в себя сушку, удаление грибка и сучков, применение шпатлевки для дерева, шлифова­ние. В качестве грунтовки исполь­зуют олифу или бесцветную грунтовку (для внутренних работ) или антисепти­ческую грунтовку (для наружных ра­бот). Олифу разбавляют растворите­лем в равных пропорциях. Приступать к окрашиванию после грунтования можно только через сутки.

Лучшим выбором для покрытия де­ревянных конструкций, подверженных воздействию погодных условий, являет­ся светлая (белая) масляная краска с оп­тимально подобранными пигментами. Она должна быть без добавления смол или с минимальным их содержанием. Такая краска обеспечивает долгосроч­ную и надежную защиту. В помещениях лучше использовать улучшенные лако­красочные продукты. Они защищают поверхность от механического и хими­ческого воздействия качественнее, чем более мягкая масляная краска. Пред­почтение следует отдать вододисперси­онным краскам — они стойкие, эколо­гичные, окрашенная ими поверхность «дышит».

Защитные лакокрасочные покрытия наносят на поверхность металличе­ских изделий для декоративной отделки и предотвращения коррозии. Они прин­ципиально не изменяют электрохими­ческую природу процессов, происхо­дящих на поверхности корродирующих металлов, а лишь замедляют их. Покры­тия играют роль диффузного барьера, который эффективно блокирует доступ агрессивных агентов внешней среды к поверхности металла. Представляют собой многослойные системы, состоя­щие из грунтовок, непосредственно со­прикасающихся с металлом, и верхних кроющих слоев.

Грунтовки должны надежно сце­пляться с металлом и обладать хороши­ми антикоррозионными свойствами. Пленкообразующими служат алкидные и эпоксидные смолы, растительные мас­ла. В качестве пигментов используются железный и свинцовый сурик (для грун­товок по черным металлам) и цинковый крон (для грунтовок по цветным метал­лам). Кроме того, применяют и протек­торные грунты, которые состоят из свя­зующего (около 5%) и цинковой пыли (до 95%). Они, подобно цинковому по­крытию, защищают металл электрохими­чески.

Верхние слои защитных лакокра­сочных покрытий должны быть мало­проницаемы для влаги, паров, газов, электролитов, не должны набухать и растрескиваться в рабочей среде. Наиболее распространенные плен­кообразующие для кроющих слоев — алкидные смолы и их композиции с мелами ноформальдегидными мочевино-формальдегидными смола­ми. Хорошей химической стойкостью обладают покрытия на основе фено­ло-альдегидных, эпоксидных смол и по­ливинилхлорида. Верхние слои термо­стойких покрытий получают на основе кремни йорганических полимеров.

Перед нанесением защитных лако­красочных покрытий поверхность ме­таллов специально подготавливают: удаляют окалину, окислы, жировые ве­щества и влагу. Иногда поверхность подвергают пескоструйной обработке, фосфатируют или анодируют.

Лакокрасочные материалы наносят разными способами. В домашних усло­виях распространен метод ручного нане­сения с помощью кисти или шпателя. Ис­пользование ручных или автоматических краскораспылителей ускоряет и облег­чает работу, а также позволяет получить покрытие хорошего качества даже на по­верхности сложной формы. Установки для пневматического распыления могут нагревать до 55-70 °С как лакокрасоч­ный материал, так и расходуемый на рас­пыление воздух. Это позволяет наносить высоковязкие материалы и уменьшать число слоев, необходимых для получения покрытия заданной толщины.

Лакокрасочные материалы распыляют в огражденных, хорошо вентилируемых камерах. Сушка лакокрасочного по­крытия бывает холодной (естественная, воздушная) и горячей (искусственная, печная). Холодную сушку применяют для быстросохнущих материалов, а так­же когда изделие нельзя подвергать воз­действию высоких температур. Горячая сушка позволяет не только ускорить улетучивание растворителя, но и отвер­дить лакокрасочное покрытие на осно­ве реакционно-способных пленкообразователей.

Отделочные операции включают в себя шлифование высушенных ниж­них слоев абразивными шкурками для удаления посторонних включений и улучшения адгезии между слоями. Верхний слой лакокрасочного по­крытия при необходимости полируют с помощью специальной пасты или по­лировочной воды. Шлифование и по­лирование осуществляется не только вручную, но и машинками пневмати­ческого действия или автоматически­ми устройствами.