Виды цинкования металла

Одним из самых значимых недостатков металлоконструкций, изделий из железа, стали и их производных — является склонность к коррозии. Взаимодействуя с кислородом, незащищённая поверхность чёрных металлов окисляется, образуя рыхлый слой, называемый ржавчиной. Последняя является ничем иным, как оксидом, сквозь который (из-за пористой структуры) кислород снова и снова проникает к железу, разрушает его, ослабляя тем самым изделие или конструкцию. Чтобы минимизировать этот недостаток, применяется цинкование.

Определение и общие принципы цинкования

Цинкование — это технологический процесс обработки деталей или конструкций из металла, нацеленный на защиту от воздействия коррозии. Существует несколько способов оцинковки, которые рассмотрены ниже. Однако вне зависимости от применяемого метода, принцип защиты металла от ржавления остаётся одним и тем же.

Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к следующему. Тем или иным методом на подготовленную поверхность изделия или конструкции наносится слой цинка. В зависимости от применённой методики защитный слой либо только укрывает поверхность основного материала, либо дополнительно соединяется с ним за счёт диффузного взаимодействия. Цель и результат, в принципе, всегда одни и те же — на поверхности уязвимого к коррозии металла образуется слой цинка определённой толщины.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка. В отличие от оксида железа, она имеет высокую плотность и прочность, за счёт чего она: во-первых, не пропускает к металлу атмосферный кислород; во-вторых, не разрушается от малейшего механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в прочной воздухонепроницаемой оболочке, которая защищает его от разрушающей коррозии.

Более того, если в результате механического воздействия оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, образуя новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

Даже если цинковое покрытие повредить до самого железа, его ржавление будет происходить не так интенсивно, как в случае с незащищённым металлом. Всё потому, что цинк с железом в повреждённом месте образует так называемую гальваническую пару, в которой именно цинк является более активным металлом. То есть, он вступает в реакцию коррозии первым, тогда как менее активное железо ржавеет и разрушается не так активно.

Методы цинкования металла

Перед описанием распространённых в современной промышленности технологий цинкования предлагаем рассмотреть общие различия между ними. Это важно, поскольку выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат. На практике это означает, что в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

В целом, методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

1. Толщина защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.
2. Равномерность толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, опоре ЛЭП всё равно, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих прецизионные отверстия, резьбу, фаски и прочее — равномерность слоя цинка крайне важна.
3. Прочность удержания защитного покрытия на металле — сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Например, при рассмотренном далее горячем и термодиффузионном цинковании цинк не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.
4. Внешний вид оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.
5. Стойкость к механическим повреждениям — чем она выше, тем дольше продержится защита на изделиях, подвергающихся тем или иным физическим нагрузкам.
6. Способность к самовосстановлению — по большей части зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.
7. Коррозионная устойчивость — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

В зависимости от применяемой технологии цинкования меняются эти свойства, а также сложность технологического процесса, доступные объёмы и скорость обработки, себестоимость процесса и, в конце концов, его целесообразность. По сути, всё рассмотренное и перечисленное выше — является наглядными критериями сравнения методов цинкования.

В современной промышленности наибольшей распространённостью отличаются следующие пять технологий цинкования:

1. Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.
2. Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.
3. Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.
4. Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.
5. Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Теперь рассмотрим эти методы цинкования более детально. В частности, «заглянем» внутрь технологического процесса, сравним по вышеописанным свойствам, приведём преимущества, особенности и недостатки.

Горячее цинкование

Горячее цинкование — это технологический процесс нанесения защитного цинкового слоя на металл путём непосредственного погружения в расплавленный цинк. Поскольку именно данный метод является наиболее распространённым и востребованным в современной промышленности, эта технология рассмотрена наиболее детально. Своей популярностью способ обязан внушительному списку преимуществ, которыми обладают оцинкованные изделия.

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

1. Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.
2. Навеска металлоконструкций. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.
3. Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.
4. Сушка и предварительный разогрев. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.
5. Цинкование. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

1. Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

Преимущества горячего цинкования (с учётом мощностей нашего предприятия):

• сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;
• высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);
• возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);
• толщина защитного покрытия 40-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;
• высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;
• высокая стойкость к механическим повреждениям;
• отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;
• высокая коррозионная устойчивость.

Недостатки:

• невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;
• неравномерность защитного покрытия;
• непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать следующие выводы.

Горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.

Холодное цинкование

Холодное цинкование — это самый простой, дешёвый и универсальный способ защитной обработки металлоконструкций. Заключается в том, что предварительно подготовленный металл окрашивается по аналогии с применением обычных полимерных красок. Единственная разница — в наносимом составе содержится определённая концентрация цинкового порошка, который после застывания основы образует защитный слой, действующий описанным выше образом. То есть, на поверхности конструкции образуется оксид цинка, который препятствует контактированию атмосферного кислорода с металлом.

Преимущества холодного цинкования:

• дешевизна;
• простота технологического процесса;
• возможность обработки металлических изделий и конструкций любой формы и размеров;
• обрабатываемые детали не нужно демонтировать и транспортировать на предприятие для цинкования;
• при необходимости может быть нанесён слой цинкосодержащего состава любой толщины;
• внешний вид металлоконструкции можно задать финишной обычной краской, тогда как подложкой для неё будет служить цинкосодержащий грунт.

Недостатки:

• неконтролируемая равномерность толщины защитного покрытия;
• невысокая прочность удержания защитного покрытия на металле;
• слабая стойкость к повреждениям.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать несколько выводов о холодном цинковании. Во-первых, эта технология хороша тем, что её можно реализовать буквально в полевых условиях. Во-вторых, форма, вес и габариты обрабатываемых металлоконструкций не могут стать помехой для цинкования. С другой стороны, способ абсолютно не подходит для тех случаев, когда требуется долговечное и высокопрочное защитное антикоррозионное покрытие. Также он не годится для обработки мелких прецизионных деталей.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование (также называется электролитическим) — это электрохимический метод антикоррозионной обработки металлических деталей. По факту является самым распространённым, хотя и не наилучшим. Распространённость гальванического цинкования связана с тем, что обработанные детали имеют презентабельный внешний вид. Они получаются блестящими, яркими, и могут иметь оттенки от белого, до серебристого с голубым.

Технология заключается в следующем. Обрабатываемую деталь (необязательно металлическую, то есть, токопроводящую) погружают в электролит, в котором содержится цинк. Такая жидкость обладает способностью проводить электрический ток. Когда он протекает через электролит, цинк, являющийся анодом в данном случае, разрушается, и его ионы оседают на поверхности обрабатываемой детали.

Преимущества гальванического цинкования:

• презентабельный внешний вид защитного покрытия;
• тонкий слой цинка (10-20 мкм), что позволяет обрабатывать прецизионные детали;
• равномерность оцинковки;
• сравнительно низкая себестоимость процесса;
• возможность обработки неметаллических предметов, которые не могут выдержать, например, процесса горячего цинкования;
• способность к самовосстановлению;
• достойная прочность удержания цинка на поверхности.

Недостатки:

• слишком малая толщина слоя цинка для интенсивной эксплуатации изделий в агрессивной среде (имеется в виду вне сухих помещений);
• абсолютная неустойчивость к механическим нагрузкам;
• низкая общая коррозионная устойчивость.

В силу перечисленных плюсов и минусов гальванический метод цинкования востребован только в тех сферах, где больше требуется презентабельный внешний вид, либо временная защита от коррозии (например, на период складского хранения или транспортировки). Поэтому он считается больше декоративным, нежели защитным.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинкование — это метод низкотемпературной антикоррозионной обработки, который заключается в обработке деталей в среде с порошковым цинком при температурах от 260°C до 450°C (чем выше температура, тем равномернее получается покрытие). В результате пребывания детали в такой среде атомы цинка на атомном уровне проникают в верхние слои обрабатываемого материала, образуя равномерный защитный слой толщиной 20-100 мкм. При этом, есть возможность регулировать толщину наносимого покрытия путём увеличения или уменьшения времени процесса цинкования.

Преимущества термодиффузионного цинкования:

• регулируемая толщина защитного покрытия;
• высокая прочность удержания цинкового покрытия за счёт диффузии металлов;
• равномерное распределение цинка по всей обрабатываемой поверхности (включая труднодоступные места);
• высокая стойкость к повреждениям;
• способность к самовосстановлению;
• высокая общая коррозионная устойчивость (сравнимая с горячим цинкованием).

Недостатки:

• сложность технологического процесса;
• высокая себестоимость (примерно в два раза дороже, чем горячее цинкование);
• непрезентабельный внешний вид оцинкованных деталей.

В промышленности термодиффузионное цинкование востребовано в сферах, где от обработанных деталей требуется высочайшая стойкость к абразивному износу и пластичность поверхности. Обычно используется для антикоррозионной защиты металлических изделий в нефтегазовой, энергетической, сельскохозяйственной и реже в строительной сферах. Несмотря на преимущества особой популярностью технология не пользуется из-за высокой трудозатратности и, как следствие, дороговизны.

Газотермическое цинкование

Газотермическое цинкование — это метод металлизации металлических изделий путём высокоскоростного напыления на их поверхность цинкового порошка. Выполняется следующим образом. На обрабатываемую деталь направляется открытый огонь (применяются газовые горелки), и в зону наивысшего нагрева подаётся цинковый порошок, либо цинковая проволока. В результате мелкодисперсные капельки цинка с высокой скоростью налетают на обрабатываемую поверхность, где застывают, образуя защитный слой толщиной 30-50 мкм. Если необходимо получить более толстое покрытие, цинкование проводится в несколько этапов.

Преимущества газотермического цинкования:

• возможность осуществления цинкования вне производственных условий и без демонтажа металлоконструкций;
• сравнительная равномерность покрытия;
• регулируемая толщина цинка.

Недостатки:

• нельзя обрабатывать мелкие детали;
• пористость покрытия;
• невозможно качественно оцинковать труднодоступные места;
• не подходит для цинкования прецизионных деталей;
• высокая трудоёмкость процесса;
• низкая производительность.

Несмотря на множественные недостатки газотермического метода цинкования, технология, всё же, применяется в определённых сферах деятельности. К примеру, она востребована там, где нужно выполнить антикоррозионную обработку без демонтажа конструкций, восстановить часть утерянного в процессе коррозии материала и так далее.

Заключение

На нашем производстве мы используем технологию горячего цинкования. Для реализации основного этапа применяется ванна горячего цинкования марки Pilling, позволяющая обрабатывать металлоконструкции весом до 6 тонн и размерами в пределах 13×2×3,1 м. Толщина цинкования — в диапазоне 80-200 мкм. Производительность линии — до 30 000 тонн в год.

Технология гальванического цинкования

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.

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.

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.

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.

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.

Процесс радужного пассивирования блестящих цинковых покрытий на основе солей трёхвалентного хрома Pasigal H

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Преимущества цинковых покрытий

В настоящее время оцинковка является самым массовым покрытием, используемым для антикоррозионной защиты черных металлов. Это связано с тем, что по совокупности экономических, экологических, технологических и физико-химических факторов у горячего и гальванического цинкования попросту нет конкурентов. К примеру, цинк дешевле никеля в четыре раза, а олова — в восемь раз. Сопоставимый с ним по цене кадмий и его соединения высокотоксичны и канцерогенны, а технология их применения гораздо сложнее.

Цинк прекрасно адгезируется к поверхности стали и чугуна. Кроме того, он является более активным металлом, поэтому легче окисляется и в паре с цинком не дает вступать железу в окислительные реакции. Эта его особенность проявляется даже в тех случаях, когда непрерывность покрытия нарушена, т. е. на поверхности металла имеются царапины, задиры, трещины или потертости. Гальванические цинковые покрытия пластичны и сохраняют непрерывность на деталях, работающих в режиме циклической деформации. К примеру, кадмированный цинк используется в качестве коррозионной защиты стальных пружин, работающих в режиме периодического сжатия и растяжения.

Цинкование с черным хроматированием

Декоративное чернение стали с высокими антикоррозионными свойствами. Обозначение: Ц [толщина] хр.ч. Наносится на все виды стали (в.т.ч. нержавеющую), чугун, ЦАМ. Микротвердость: от 500 до 1200 МПа. Удельное сопротивление (18°С): 5,75*10 Ом*м.

Достоинства покрытия:

• Глубокий черный цвет;
• Защищает сталь от коррозии даже при наличии царапин или сколов покрытия (анодная защита), в отличие от химического оксидирования;
• Отлично заменяет химическое оксидирование стали в случаях, когда к изделиям предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости.

Недостатки покрытия:

• Необходимо обязательное промасливание;
• Низкая стойкость черной хроматной пленки к истиранию;
• Повышенная хрупкость при температуре выше +250° и ниже -70°С;
• При гибке, развальцовке черная хроматная пленка может повреждаться.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

• Цинкование металла
• Ванны горячего цинкования
• Ремонт покрытия оцинкованных изделий при повреждении
• Требования к методам обработки металла перед изготовлением
• Процесс диффузионного цинкования крепежных изделий

comments powered by HyperComments

Описание процесса

Гальваническое цинкование выполняется методом электролиза с расходуемым анодом. В роли катода, как и во всей гальванике металлов, выступает обрабатываемое изделие, а в качестве анода используют пластины чистого цинка, размещаемые по ванне так, чтобы обеспечить равномерность потока анионов к покрываемой поверхности. Основными реагентами в составе электролита в общем случае являются сернокислый и хлористый цинк, а также фторборат цинка. Для улучшения параметров гальванического цинкования в раствор также вводят соли натрия, калия и алюминия. Скорость осаждения и максимальная толщина слоя цинка регулируется плотностью тока, которая зависит от состава гальванического раствора и его температуры.

В процессе гальванизации происходит электрохимическое растворение цинка в объеме электролита и перемещение его на катод (покрываемое изделие). Поэтому анодные пластины должны периодически контролироваться на истощение, а при необходимости очищаться от окислов солей.

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.

Цинкование с радужным хроматированием

Защита стали от коррозии в различных условиях эксплуатации. Обозначение: Ц [толщина] хр. Наносится на все виды стали, чугун, ЦАМ. Микротвердость: 500-1200 МПа. Удельное сопротивление (18°С): 5,75*10 Ом*м. Рабочая температура: до +300°С.

Достоинства покрытия:

• Защищает сталь от коррозии как в легких, так и в тяжелых условиях эксплуатации даже при наличии царапин или сколов покрытия (анодная защита);
• Восстанавливает со временем защитные свойства при небольших механических повреждениях (свойство ”самозалечивания” хроматной пленки);
• Обеспечивает легкую свинчиваемость резьбовых деталей;
• Средняя пластичность, в некоторых случаях выдерживает гибку, развальцовку и т.д.

Недостатки покрытия:

• Низкая стойкость хроматной пленки к истиранию;
• ащитные свойства снижаются при температуре выше +70°С;
• Повышенная хрупкость при температуре выше +250° и ниже -70°С;
• Низкая химическая стойкость к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов и в солевой сред.

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.

Применяемые электролиты

При гальваническом цинковании состав и температура электролита при заданной плотности тока напрямую влияют на скорость осаждения и структуру цинкового покрытия. Кроме того, отдельные виды электролитных растворов могут содержать в своем составе блескообразующие и окрашивающие добавки, используемые в декоративных целях. Для гальванического цинкования применяют основные группы электролитов, каждая из которых имеет множество рецептурных разновидностей:

1. Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
2. Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
3. Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Дефекты гальваники

Причины отклонений качества покрытий при гальваническом цинковании можно свести в три основные группы: недостатки в подготовке деталей, нарушения в рецептуре электролита и несоблюдение параметров гальванического процесса. Помимо этого на качество цинкования влияет конфигурация и пространственная ориентация детали в электролите, а также размещение и состояние плоскостей основных и вспомогательных анодов.
Недостаточная адгезия. Отслаивание и непрочность присоединения защитного слоя цинка после гальванического цинкования, как правило, связаны с нарушениями техпроцесса при очистке, травлении и обезжиривании поверхности изделия. Кроме того, причиной этого явления может быть засорение электролита солями других металлов и органическими соединениями.

Питтинг. Питтингом в гальванике называют образование на поверхности осаждаемого металла небольших точечных каверн или углубленных полосок. В гальваническом цинковании этот дефект может проявляться вследствие отсутствия или недостаточной интенсивности перемешивания, а также из-за наличия в электролите органических или гидрокисных примесей.

Шероховатость. Излишняя шероховатость защитного цинкового слоя обычно указывает на присутствие в гальваническом растворе избыточного количества сульфата цинка, различных гидроксидов и механических примесей. Это явление также может быть следствием слишком высокой плотности тока и недостаточной концентрации в электролите анионов цинка.
Неоднородность внешнего вида. При нарушении пропорции основных реагентов электролита и накоплении в гальванической ванне солей железа цинковая поверхность может приобретать неравномерный вид, причем как по окраске, так и по шероховатости. Другими причинами такого отклонения от нормы может быть слишком низкая температура раствора и слабое перемешивание.
Хрупкость покрытия. Если покрытие, полученное гальваническим цинкованием, имеет повышенную хрупкость, то в большинстве случаев это указывает на слишком высокую плотность тока в катодном пространстве. Другая причина этого дефекта — избыточное присутствие в электролите органических примесей.

Темный цвет. Причинами различных оттенков темных цветов (в основном, коричневого) обычно являются наличие органических загрязнений в гальванической ванне, завышенная температура электролитического раствора, а также снижение плотности тока в области катода.

В Интернете можно встретить описания и даже видеоролики с демонстрацией «наружного» гальванического цинкования без использования ванны. А что вы думаете по поводу этой технологии? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к данной статье.

Цинкование с бесцветным хромитированием

Защита стали от коррозии в легких условиях, декоративная отделка. Обозначение: Ц [толщина] хр.бцв. Наносится на все виды стали, чугун, ЦАМ. Микротвердость: от 500 до 1200 МПа. Удельное сопротивление (18°С): 5,75*10 Ом*м. Рабочая температура: до +300°С.

Источник https://umecon.ru/press/view/321

Источник https://t-zinc.ru/texnologiya-czinkovaniya/texnologiya-galvanicheskogo-czinkovaniya.html

Источник https://miminonino.ru/raboty/raduzhnoe-cinkovanie.html