Коррозия и защитно-декоративные покрытия

Под коррозией понимают разрушение материала вследствие воздействия на него внешней среды. Коррозия металлов и изделий из них имеет химическую или электрохимическую природу. Кор­розия неметаллических материалов (органических и синтетичес­ких) вызывается микроорганизмами и называется микробиологи­ческой коррозией, или биокоррозией.

Коррозия обычно сопровождается изменениями внешнего вида изделий, поскольку начинается с поверхностей, имеющих непосред­ственное соприкосновение с внешней средой. Химическая корро­зия — результат воздействия на металл различных химических веществ с образованием на его поверхности химических соедине­ний — т. е. продуктов коррозии. Так, изделия из углеродистой стали покрываются ржавчиной, представляющей собой гидроокись железа; изделия из меди и ее сплавов зеленеют, покрываясь окис­лами и солями меди. Все металлические материалы со временем в той или иной степени подвергаются коррозии, однако степень ее зависит от стойкости металлов в тех или иных средах. Так, алю­миний и его сплавы в воздухе покрываются тонкой пленкой окис­ла, который защищает их от дальнейших разрушений, однако при действии щелочных растворов процесс коррозии ускоряется во много раз.

Необходимость защиты медицинских изделий от коррозии вызы­вается тем, что эти изделия перед употреблением проходят тер­мическую или химическую стерилизацию либо обработку анти­септическими растворами. Кроме того, медицинские изделия сопри­касаются с агрессивными коррозионными средами в виде гноя, крови и пр., ускоряющими процессы коррозии. Следовательно, для увеличения срока службы изделий необходимо предохранить их от коррозии тем или иным методом в зависимости от условии эксплуатации. Для этой цели применяют различные покрытия. Не нуждаются в дополнительном защитном покрытии лишь благород­ные металлы и некоторые нержавеющие стали, поверхность кото­рых для повышения устойчивости против коррозии необходимо хорошо отполировать. Покрытие, защищающее металл от корро­зии, одновременно является и декоративным, т. е. придает изделию красивый внешний вид.

Для защиты медицинских изделий и их частей из металла от коррозии применяют три вида покрытий: металлические, неметал­лические неорганические и неметаллические покрытия красками и лаками.

Металлические покрытия. Медицинские инструменты, изготов­ленные из углеродистых сталей и латуни, с целью защиты от кор­розии принято покрывать слоем никеля или хрома либо тем и дру­гим одновременно, используя гальванический метод. При этом учитывают, что внешний вид покрытия должен соответство­вать функциональному назначению изделий. Покрытие может быть блестящим или матовым. Матовое никелевое покрытие не приме­няют, так как оно не придает изделию хороший декоративный вид. Хромовое покрытие выполняют как блестящим, так и матовым. В последние годы довольно широкое распространение получило матовое черное хромовое покрытие.

На металлические покрытия существует ГОСТ, устанавливаю­щий для стальных изделий многослойные покрытия (медь+никель+хром), причем условия эксплуатации для покрытых изделий делятся на четыре группы: легкие, средние, жестки и очень жесткие. Однако медицинские изделия претерпевают при эксплуа­тации воздействие очень агрессивных веществ, поэтому отрасле­вым стандартом (ОСТ 64-1-72—80) для изделий, имеющих кон­такт с тканями организма, лекарственными средствами, наркоти­ками и подвергающихся дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации, установлена особая группа условий экс­плуатации: М-1. К ней отнесены все хирургические инструменты. Толщину покрытия для хирургических инструментов назначают с учетом условий эксплуатации. Так, хирургические иглы покры­вают минимальным слоем хрома в 1—5 мкм, ножи и скальпели—слоем хрома 3—6 мкм, а остальные инструменты покрывают слоем никеля (12 мкм) и хрома (3 мкм). Никелевые покрытия дополня­ют хромовым потому, что оно имеет тенденцию к потускнению, а также для уменьшения пористости покрытия, так как поры ни­келевого покрытия перекрываются слоем хромового.

Детали оборудования, которые эксплуатируются во влажной среде, покрывают оловом (лудят) или цинком, причем латунные детали покрывают слоем олова непосредственно, а остальные предварительно покрывают слоем никеля (3 мкм) и меди (10 мкм). Детали дезинфекционного оборудования, подвергаю­щиеся воздействию пароформалиновых и других смесей, исполь­зуемых в дезинфекционных камерах, покрывают слоем цинка до 42 мкм.

Для защиты деталей медицинского оборудования применяют, как правило, трехслойное покрытие (медь + никель + хром) с об­щей толщиной слоя от 24 до 40 мкм, или двухслойное (никель+хром) —до 18 мкм.

Для покрытия некоторых изделий (трахеотомические трубки, оправы для очков и др.) используют благородные металлы — се­ребро и золото.

Металлические и неметаллические неорганические покрытия.Они состоят из неорганических соединений металлов (окисные, окисно-фосфатные, фосфатные и др.) и получаются при химиче­ской обработке изделий. Оксидные пленки на изделиях из стали имеют черный цвет и применяются на инструментах, в том числе из нержавеющей стали, предназначенных для оперирования под микроскопом (набор для операций по поводу отосклероза), а так­же для светопоглощающих поверхностей деталей оптических при­боров. Эти пленки получают методом оксидирования, т. е. обработкой в кипящем растворе щелочей (температура 135— 145 °С): едкого натра NаОН, нитрита натрия Nа₂NО₃ (или тринатрийфосфата Nа₂РО₃). Окисное покрытие имеет невысокие защит­ные свойства. Эти свойства усиливаются при обработке покрытия нейтральными маслами.

Нашло применение и оксидирование цветных металлов (детали из меди и ее сплавов, инструменты из титана). Инструменты из. титановых сплавов оксидируют электрохимически в электролите, содержащем щавелевую кислоту при нормальной температуре на­ложением постоянного тока. Цвет образующейся пленки зависит от марки сплава и может изменяться от светло-зеленого с крас­новатым оттенком до темно-серого с зеленоватым оттенком.

Защитно-декоративные окисные пленки на алюминии и его сплавах получают методом анодирования, т. е. обработкой в электролитической ванне, содержащей раствор серной кислоты (180—200 г на 1 л воды) при нормальной температуре. Оксидная пленка, полученная таким способом, может быть окрашена в раз­личные цвета (черный, синий, светло-зеленый, красный и желтый, а также цвет «под золото»), так как легко адсорбирует органи­ческие и неорганические красители. Окрашивание производят пу­тем погружения детали в раствор красителя, нагретого до 60— 70 °С. Анодирование обеспечивает защиту изделия, работающего в водопаровой среде, а также от атмосферной коррозии.

Для деталей медицинских изделий нашло применение износоус­тойчивое анодно-окисловое покрытие, которое характеризуется вы­сокой твердостью (770 кгс/мм²) и высокой устойчивостью к исти­ранию, особенно при пропитке его смазочными маслами. Его цвет от темно-серого до черного.

Для повышения коррозионной стойкости деталей, покрытых цин­ком и кадмием, особенно для тропических условий, эти детали подвергают фосфатированию. Фосфатные покрытия представ­ляют собой прочно сцепленные с поверхностью металла пленки нерастворимых фосфорнокислых солей цинка. Пленка окрашена в серо-дымчатый цвет и имеет мелкокристаллическую структуру. К недостаткам этого покрытия относят то, что на нем сохраняют­ся отпечатки пальцев.

Обработка поверхностного слоя. Гальваническое покрытие, по­лучаемое в электролитах без специальных добавок, как правило, получается матовым. Оно не имеет достаточно хорошего деко­ративного вида, легко загрязняется и плохо очищается. Чтобы придать покрытию декоративный вид, его полируют. Блестящее покрытие может быть получено механическим, химическим или электрохимическим способом, а также в специальных электроли­тах с добавкой блескообразователей.

Матированное покрытие в отличие от матового хорошо очищается от загрязнений. Оно получается на поверхности, обра­ботанной перед покрытием пескоструйным устройством с исполь­зованием мелкозернистого абразива (электрокорунд Аl₂О₃) или в специальных электролитах матирования. Матированные абразивом поверхности изделий из нержавеющих сталей с последующим электрополированием имеют высокую коррозионную стойкость даже при воздействии агрессивных биологических сред (кровь, гной) и стерилизующих агентов.

Зеркальное покрытие (с высотой неровностей на поверх­ности не более 0,1 мкм) получают механической полировкой по­верхности перед покрытием.

Неметаллические покрытия красками и лаками. Для антикорро­зионной защиты и декоративной отделки медицинского оборудова­ния, аппаратуры и мебели широко используют неметаллические покрытия — лакокрасочные и пленочные. Лакокрасочные покры­тия — один или несколько слоев лакокрасочных материалов, на­несенных на окрашиваемую поверхность. К пленочным относятся покрытия пленкой, наклеиваемой на поверхность изделия. Основ­ная масса поверхностей изделий медицинской аппаратуры и обору­дования защищается с помощью лакокрасочных покрытий, хотя обклеивание пленками начинает постепенно внедряться в произ­водство медицинской аппаратуры.

Лакокрасочные покрытия по показателям внешнего вида в со­ответствии с ГОСТом 9.032—72 делят на 7 классов. Для поверх­ностей изделий медицинского назначения применяют III, IV и иногда V класс покрытия по стандарту, причем для окраски ос­новных поверхностей, определяющих внешний вид изделий, ис­пользуют только III и IV классы. По V классу окрашивают по­верхности, доступные для обозрения, но не определяющие декора­тивный вид изделия. Класс покрытия определяет и нормы дефек­тов, которые допускаются на поверхности.

К дефектам окрашенной поверхности относят: 1) шагрень— рябь на поверхности покрытия; 2) штрихи — следы кисти, сохра­нившиеся после высыхания; 3) риски — царапины, образовавшие­ся при шлифовании металлической поверхности или промежуточ­ных слоев и оставшиеся заметными после нанесения последнего слоя; 4) потеки краски; 5) волнистость — совокупность периодиче­ских неровностей с относительно большим шагом, рассматривае­мых на участке условной длины 600 мм.

На поверхностях III класса потеки не допускаются совсем; воз­можны незначительные шагрень, риски и штрихи; волнистость не более 1,5 мм/м и не более 10 включений размером менее 0,5х0,5 мм. На поверхностях IV класса допускаются шагрень, штрихи и риски, волнистость не более 2 мм/м и включения большего раз­мера (1х1 мм) не более 1—2. На поверхностях V класса, поми­мо указанных выше дефектов, допускаются волнистость не более 2,5 мм/м и включения 2х1 мм не более четырех.

Поверхности, окрашенные по III классу, — глянцевые, с коэф­фициентом отражения света более 50%, поверхности IV и V клас­сов—полуглянцевые с коэффициентом отражения соответствен­но не более 49 и 37%. Наличие и отсутствие дефектов определя­ют визуально. Степень блеска поверхности (глянец) может быть определена фотометром.

Класс покрытия конкретных изделий указан в ТУ на изделия. Аппаратура окрашивается только по III классу. По тому же клас­су окрашивают оборудование операционных залов, процедурных, лабораторное и аптечное оборудование, хотя некоторые виды вспо­могательного оборудования могут быть окрашены и по IV классу. Транспортные больничные средства, дезинфекционное и стерилизационное оборудование окрашивают по IV классу.

Материалы покрытий выбирают с учетом условий эксплуатации изделия. Все покрытия изделий, эксплуатирующихся в лечебных учреждениях, должны допускать дезинфекцию 3% раствором пере­киси водорода или 1 % раствором хлорамина с добавлением мою­щих средств. Для изделий, эксплуатирующихся на открытом воз­духе (дезинфекционные камеры), применяют водостойкие покры­тия. Внешнюю поверхность светильников, нагревающуюся на не­сколько десятков градусов выше температуры окружающей сре­ды, покрывают термостойкими эмалями. Для окраски внутренних поверхностей дезинфекционных камер употребляют химически и термически стойкие покрытия. Для окраски оснований столов, кресел и других деталей, которые могут иметь контакт с минераль­ным маслом, применяющимся в гидросистемах механизмов подъ­ема столов и т. п., используют маслостойкие покрытия. Для электроаппаратов применяют электроизоляционные покрытия. Од­ним из видов защитных покрытий является эмалирование.

Эмалирование. Эмалью называют стекловидную массу, получаемую путем сплавления некоторых природных материалов (песок, мел, глина, полевой шпат) с так называемыми плавнями (бура, гндрокарбонат натрия, поташ и др.) с добавлением краси­телей. Эмалью покрывают стальные и чугунные изделия. Поверх­ность изделия перед эмалированием должна быть хорошо подго­товлена — выровнена, очищена и обезжирена. Процесс изготовле­ния эмалированных изделий состоит в нанесении на их поверх­ность слоя эмали и последующего обжига, причем эти операции могут повторяться 2—3 раза. В зависимости от состава красителя можно получить различные цвета эмалированных изделий: от бе­лого до темно-коричневого. Для медицинских изделий применяют, как правило, светлые эмали.