Методы цинкования

Методы цинкования

Гальваническое или горячее цинкование стальных изделий. Какой метод выбрать?

В обработке стальных изделий методом цинкования существуют несколько способов, два из которых :
– гальванический способ;
– горячее цинкование.

Гальванический метод подразумевает цинкование стали с помощью электрического тока, а горячий способ происходит путем окунания изделия в цинковый раствор.

Гальваническая оцинковка может происходить по двум технологиям. Технология первая состоит в помещении стального изделия во вращающийся барабан. Таким способом можно оцинковать мелкие металлоизделия, как с резьбой на поверхности, так и без. Вторая технология – подвесная. Деталь при этом подвешивается с помощью медной проволоки и оцинковывается с помощью раствора электролитов. Используется для крупногабаритных изделий.

Как правильно выбрать метод цинкования

Для применения правильной технологии, стоит принять во внимания следующие факторы:

1. Агрессивность среды, в которой в дальнейшем будет эксплуатироваться изделие.
2. Эстетические качества будущего покрытия.
3. Особенности конструкции стальной детали.

Горячее цинкование металла

Рассмотрим более подробно. В случае, когда продукция, прошедшая оцинковку, в дальнейшем будет работать в агрессивной среде, например на воздухе, вдоль проезжей части, или на промышленном предприятии, основное требование к наносимому покрытию – стойкость против коррозии. Правильный способ обработки – горячее цинкование. Толщина покрытия не менее 60 микрометров. Даже самая агрессивная среда, характеризующаяся высокой влажностью, может разрушить около 10 мк покрытия за год. Не стоит забывать, что при поднятии детали из расплавленного цинка могут остаться подтеки и наплывы на поверхности. Это несколько усложняет монтаж всей конструкции. Поэтому разрабатывая чертеж лучше несколько увеличивать монтажное отверстие, также для сборки пользоваться защитными перчатками.

Поскольку основная функция применения горячего метода – защита от коррозии, декоративные элементы уходят во второй план. Толщина цинкового покрытия не нормирована, поэтому в разных частях изделия из металла может быть разной. По технологии толщина покрытия должна быть не меньше нужного значения. В строительстве распространенное требование к стальным деталям – они должны быть покрыты цинком толщиной не меньше 120 микрометров. Горячий способ покрытия предусматривает предварительные подготовительные работы с конструкцией. Такие работы достаточно сложные в техническом плане, чертежи обязательно должны проходить согласование с оцинковочным заводом.

Гальваническая оцинковка

Данный способ применяется, если не только нужно защитить изделие от ржавчины, но и придать декоративный внешний вид. Покрытие цинком в разы тоньше, чем при горячем цинковании, около 6-9 микрометров. Слой накладывается равномерно по всей поверхности металлоизделия. Продукция после оцинковки в обязательном порядке проходит пассивацию в хроматных растворах. Это делается с целью придания декоративного эффекта для детали, ведь сам цинк серого цвета. Возможны две цветовые вариации пассивации – придание голубизны и радужный эффект. Голубой цвет – это обычного вида цинковое покрытие, с легкой голубизной. Радуга – придание поверхности детали золотистого, переливающегося эффекта.

Гальванический способ покрывает только наружную поверхность, изнутри в труднодоступном месте металл не ложится, поскольку отсутствует электропроводимость. При горячем цинковании путем окунания происходит покрытие внутренних частей изделия, при этом по технологии нужны отверстия, чтобы происходил отток цинка и выход газа. Именно поэтому стальные конструкции, с гальванической цинковой обработкой эксплуатируются в умеренных климатических условиях и не могут устанавливаться в агрессивной среде. Такие металлоизделия не должны часто соприкасаться с водой или постоянно находится на улице.

Для выбора способа проведения оцинкования стоит учитывать конструкторские особенности изделия. Так, горячее покрытие цинком происходит в температурном режиме около 450 градусов Цельсия. При этом тонкий металл деформируется. Гальванический метод не требует повышенных температур, не вызывает деформаций деталей, и потому носит еще название «холодное цинкование». Когда деталь имеет резьбовое соединение стоит сделать выбор в сторону гальванического метода, поскольку резьба должна покрывать только тонким слоем из цинка.

Для того, чтобы сделать правильный выбор, в пользу того или иного способа покрытия стальной детали цинком нужно внимательно изучить технологические условия, среду применения изделия и другие факторы. Только после этого, приняв во внимание все плюсы и минусы, можно выбрать способ оцинковки.

Технология гальванического цинкования металла

Гальваническое цинкование металлоконструкций является одним из самых востребованных видов цинкования, благодаря которому изделия приобретают высокие защитные и декоративные свойства.

В отличие от горячего метода обработки, данная технология является более простой и дешевой.

Однако она имеет определенные ограничения по использованию, что обусловлено сравнительно тонким слоем защитного покрытия (не превышает 40 мкм).

Технология гальваники предусматривает осаждение цинка из состава электролита на металлоконструкцию, которая в свою очередь подключена к сети питания через отрицательный полюс.

Чтобы увеличить уровень механической и коррозийной устойчивости, а также для повышения декоративных качеств деталей, цинковое покрытие дополнительно подвергают хроматированию, кадмированию или обработке фосфатными составами.

На производстве гальваническая обработка металла проводится в строгой последовательности

  1. Очистка поверхности деталей от лакокрасочных и смазочных материалов, ржавчины и окалины (процедура проводится с использованием обезжиривающих и щелочных смесей).
  2. Промывка чистой водой в специальной проточной ванне.
  3. Электролитическое обезжиривание и последующая промывка.
  4. Травление в составе, который включает воду и соляную кислоту. Процедура удаляет остатки ржавчины и окалины, исключая растворение или деформацию основного металла, а также декапирует поверхности перед обработкой.
  5. Промывка, непосредственно гальваническая оцинковка и повторная промывка.
  6. Для устранения с поверхности окисной пленки применяться осветление металла в растворе, состоящем из воды и азотной кислоты.
  7. Промывка, фосфатирование (при необходимости) с последующей промывкой.
  8. Может быть проведена пассивация электролитическим хроматированием или путем хроматированного распыления.
  9. Сушка детали.

В зависимости от особенностей технологии обработки и типа продукции гальваническая обработка металла может включать дополнительные манипуляции.

Если обрабатывают полосу, то цинкование начинают с разматывания материала, а далее выполняют сварку концов. На заключительном этапе полосу обрабатывают маслом и сматывают.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

  1. Механическая зачистка.
  2. Травление изделия.
  3. Промывка в проточной воде.
  4. Обезжиривание.
  5. Промывка, аналогичная п. 3.
  6. Гальваническое цинкование.
  7. Промывка, сушка и контроль.

В цехе оборудование гальванических линий цинкования располагается линейно, повторяя порядок описанного выше техпроцесса (см. рис. ниже). Для перемещения изделий между участками обработки используются мостовые или консольные краны с дистанционным управлением.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Дефекты при гальваническом цинковании

Среди причин, которые значительно влияют на уровень качества обрабатываемых деталей, выделяют следующие:

  • Низкое качество подготовки металлоконструкций;
  • Отклонение от соблюдения рецептуры электролита;
  • Нарушения характеристик и последовательности этапов гальванической обработки.

Также качество готовой продукции зависит от конфигурации, особенностей расположения и состояния плоскостей ведущих и дополнительных анодов, а также пространственного расположения изделий в электролите.

Вследствие этого на деталях могут присутствовать такие дефекты, как:

  • Питтинг – на металле образуются углубленные полосы или незначительные точечные каверны. Такие недостатки появляются, как правило, в результате того, что в электролите присутствуют гидрокисные или органические примеси, а также при низкой интенсивности перемешивания или его полном отсутствии.
  • Низкий уровень адгезии – плохое схватывание цинкового слоя или его отслаивание может наблюдаться при нарушении процесса очистки, травления или обезжиривания детали. Также такое наблюдается при засорении электролита различными органическими соединениями, включая соли разных других металлов.
  • Разнотипность внешнего вида – вызывает несоблюдение рецептуры в части пропорции используемых компонентов электролита при одновременном накоплении в гальванической ванне определенного объема солей железа. Также причиной данного дефекта может выступать недостаточное перемешивание компонентов и пониженная температура, которая не отвечает норме.
  • Повышенная шероховатость – свидетельствует о присутствии в гальванической смеси всевозможных механических примесей, сульфата цинка и гидроксидов в повышенном объеме. Также это возникает в результате недостаточного количества анионов цинка в электролите и при избыточной плотности тока.
  • Хрупкость цинкового покрытия – является следствием превышенной плотности тока в катодном пространстве или присутствием в электролите органических примесей в большом объеме.
  • Темный (преимущественно коричневый) цвет – вызывает наличие в гальванической ванне различных органических загрязнений. Такой эффект также может вызвать существенно снижение плотности тока возле катода и повышение температуры электролитической смеси.

Сравнительные характеристики горячего и гальванического цинкования

Сегодня применяется два вида цинкования металлоизделий – это горячее оцинкование путем окунания деталей в расплав цинка и гальванический способ обработки цинком, который предполагает воздействие на детали электрического тока. В свою очередь гальваническая технология цинкования производится двумя технологическими методами.

В первом случае обработка выполняется в специальных установках (барабанах), которые вращаются с определенной скоростью. Метод получил распространение для обработки деталей с резьбой и без резьбы.

Во втором случае металлоконструкции подвешивают при помощи медной проволоки, а затем опускают в смесь с электролитом. Широко применяется для оцинкования габаритных конструкций. В свою очередь метод горячего оцинкования также выполняется подвесным способом, используется для крупногабаритных конструкций.

анализ коррозионной стойкости

Перед выбором конкретного способа обработки деталей нужно учитывать следующие факторы:

  1. Эстетические и декоративные требования к защитному покрытию.
  2. Уровень влияния агрессивности факторов внешней среды, в которой планируется использовать конструкцию.
  3. Конструктивные особенности деталей (наличие отверстий, пр.).
  4. Насколько метод обработки отвечает технологическим нормам процессов оцинкования.

В случае, когда конструкции предполагается эксплуатировать на улице и в других агрессивных условиях, главным требованием к покрытию выступает высокая антикоррозийная стойкость. Такие изделия следует обрабатывать цинком по технологии горячего оцинкования, которая позволяет наносить покрытие толщиной от 60 микрометров.

В данном случае в течение года цинковое покрытие разрушается не больше, чем на 10 микрометров.

Однако метод горячей обработки может применяться только в отношении конструкций, в которых имеются отверстия определенного диаметра. Также следует учитывать, что на деталях, обработанных таким способом, могут оставаться наплывы, подтеки и капли.

Поэтому декоративные качества покрытия в данном случае достаточно низкие. К тому же тонкие металлоизделия могут деформироваться вследствие горячей обработки, что обусловлено особенностями технологии (цинк наносят при температуре 450°C).

Гальваническая оцинковка металла проводится при комнатной температуре, поэтому данный метод иногда называют «методом холодного цинкования», при котором металл не подвергается деформации.

Данный способ обработки отлично подходит для деталей, в которых присутствуют резьбовые соединения.

Технология цинкования металла горячим способом

Способы цинкования металлов

Кроме основанного на электролизе гальванического цинкования, существует еще несколько технологических методов нанесения цинковых покрытий. Каждый из них решает особые производственные задачи, а в совокупности они дополняют друг друга и охватывают весь спектр вариантов защиты изделий с помощью цинковых покрытий. Далее вкратце описываются главные разновидности цинкования, применяемые в современных промышленных производствах.
Горячее. При использовании этой технологии нанесение цинка на поверхность изделия проводится путем погружения его в расплавленный металл. Таким способом можно получить самые толстые защитные слои. По сравнению с гальваническим горячее цинкование является более затратным, но обеспечивает самую высокую скорость нанесения цинкового покрытия.

Холодное. Холодным цинкованием в обиходе называют покрытие металлических изделий и больших металлоконструкций с помощью кистей и пульверизаторов композитами, содержащими не менее 80% цинка (в сухой пленке). Это самая простая по нанесению технология цинкования, но она менее долговечна, чем горячая и гальваническая.
Газотермическое. При газотермическом цинковании защитный слой на поверхность детали наносится распыленной струей расплавленного цинка. Для этого используют цинковую проволоку, которая вместе с потоком воздуха автоматически поступает в пистолет, где под воздействием электрической дуги и горящего газа плавится и превращается в воздушный поток, насыщенный капельками металла. Таким методом наносят покрытия на объемные металлоконструкции (опоры линий электропередач, емкости нефтехранилищ и т. п.). К его достоинствам относят самую большую толщину напыляемого слоя, а к недостаткам — большой расход цинка, около трети которого теряется при распылении.

Термодиффузионное. Для цинкования этим методом применяют вращающиеся барабанные печи, в которые загружают обрабатываемые детали и специальные порошки, содержащие цинк и вспомогательные компоненты. При вращении в течение нескольких часов при температуре 350÷450 °C происходит диффузионное насыщение поверхностных слоев железа атомами цинка, в результате чего образуется устойчивое защитное покрытие.

Сфера применения гальванического цинкования

Данный способ широко применяется на изделиях, изготовленных из углеродистых сталей и разных видов чугуна. Основной сортамент гальваники представлен разным инструментом, деталями машин и оборудования, всевозможными опорами и крепежными элементами, включая тонколистовой холоднокатаный металлопрокат.

Наряду с защитными свойствами, гальваническое цинкование также наделяет металл декоративными качествами. Это обусловлено равномерностью распределения покрытия по поверхности и точным повторением покрытия конфигурации детали.

Толщина цинкового покрытия составляет 6 – 9 микрометров, но при этом конструкции подвергаются пассивации в специальном хроматном растворе. Благодаря пассивации можно получить высокий эстетический эффект.

Процедура позволяет придать конструкциям такие цветовые решения, как радуга (золотистый цвет, который отлично переливается на солнце) и голубизна (цинк белого цвета приобретает голубой отлив).

Методика гальваники предполагает лишь внешнее покрытие деталей, поскольку нанести покрытие в труднодоступных местах невозможно вследствие отсутствия электропроводимости.

Металлоконструкции, оцинковка которых проводилась гальваническим способом, широко применяются в умеренной среде. Таким образом, такие конструкции могут использоваться на улице лишь периодически, при этом они не должны иметь прямой контакт с влагой.

Виды электролит

Применение данной технологии предусматривает соблюдение состава электролита и температурного режима. Это обусловлено тем, что эти параметры при требуемой плотности тока оказывают прямое воздействие на структуру наносимого покрытия и скорость осаждения цинка.

Чтобы получить желаемый декоративный эффект, в электролит добавляют окрашивающие и блескообразующие компоненты.

Метод гальванического оцинкования предполагает использование нескольких групп электролитов, которые отличаются составом рецептуры:

  • Слабокислые и кислые – наиболее простые составы, при создании которых применяются сульфаты, хлориды, борфториды и их смеси;
  • Цинкатные и цианидные – это щелочные вещества, в составе которых присутствует цианид натрия и цинкат натрия, которые растворяют в едком натре;
  • Аммиакатные – нейтральные и щелочные составы, полученные посредством растворения оксида цинка в смеси хлорида или сульфата аммония.

Также технологи используют электролиты, создаваемые на основе аминосоединений. Однако такие растворы применяются крайне редко.

цинкование деталей гост цинкования класс цинкования металла гальваническое цинкование Термодиффузионный способ цинкования оцинкованные листы

Технологический процесс, схема покрытия металла цинком

  • Данная технология представляет собой электролитический химический процесс — электролиз.
  • К двум, находящимся в емкости с электролитом, металлам: стальным деталям и чистому цинку подводится электрический ток посредством специальных электродов.
  • Цинк используется любой формы (пластины, шары), загружается в специальные сетчатые контейнеры.
  • Анод (цинк) в процессе электролиза растворяется, ионы цинка оседают на стальной поверхности изделий, формируя покрытие с толщиной 4-20 мкм.

  • Растворение цинковых анодных электродов осуществляется в результате прохождения электрического напряжения через электролит с катодной плотностью 1-5 А/дм.
  • Для защиты деталей от коррозии в метизном производстве, сегодня применяются три метода гальванического цинкования: щелочное, кислотное и цианидное.
  • Наиболее распространенной технологией цинкования является метод гальванического цинкования в электролитах со слабокислой средой. Эта технология обеспечивает высокую степень укрываемости и качественный внешний вид цинковой поверхности. Благодаря этому методу снижается склонность цинкуемых деталей к водородной хрупкости и появляется возможность цинковать изделия сложной конфигурации из стали и чугуна.

Вывод

Цинковый слой, нанесенный методом горячего оцинкования, способен сохранять эксплуатационные свойства на протяжении до 120 лет при использовании в обычных условиях. Это обусловлено толщиной слоя цинка, который составляет до 200 мкм.

В результате металл приобретает высокие защитные свойства и отличается стойкостью к механическим воздействиям. Более того, покрытие способно самостоятельно восстанавливаться при образовании трещин, что обусловлено особенным составом цинкового раствора.

В свою очередь толщина слой цинка при гальванике составляет не более 15 мкм. Поэтому срок службы изделий с такой толщиной покрытия в агрессивных условиях способно прослужить не более 1 года. Преимуществами данной методики выступают доступная стоимость, ровность и равномерность покрытия.

Источник https://steeltreyd.ru/galvanicheskoe-ili-goryachee-tsinkovanie/

Источник https://met-lit.ru/raboty-s-metallami/galvanicheskaya-vanna-cinkovaniya.html

Источник